高性能混凝土防水材料的性能研究

陳人云

摘要：文章H2SO4為溶劑合成磺化度90%的聚苯乙烯磺酸鈉防水劑（SPS），通過氫核磁共振（1H-NMR），傅立葉變換紅外光譜圖（FT-IR）表征確～XSPS。試驗表明磺化度≥90%的SPS在水中較好地分散，所以我們采用不同摻量磺化度90%的sPs對混凝土進行了性能測定，從測試數據可以看出，sps防水劑在≥0.40%摻量下其凝結時間，透水壓力比，抗壓抗折強度比，收縮率比和吸水量比性能方面均已達到或超過當前國內同類防滲材料一等品要求標準，是一種新型的具有良好應用前景的剛性防滲材料。

關鍵詞：砂漿；滲透；合成；防水材料

混凝土已成為工程上應用最為廣泛的建筑材料之一。由于干燥收縮、化學收縮、碳化收縮等原因引起體積收縮而產生的內應力超過其本身的抗拉強度時，混凝土必然開裂，其結構的抗滲性糟破壞。因此建筑工程的抗滲防水，是建筑物使用中的一項重要內容。近年來，隨著人們對混凝土滲水原因的深化，以及混凝土外加劑技術的進步，開始采用外加配制防水混凝土。文章中合成的防水劑（SPS）具有優良技術性能和低廉的市場價格，必將使其在防水混凝土中得到廣泛的應用。

1.試驗

1.1原材料

聚苯乙烯（PS北京燕山，666D）；濃硫酸（98%，分析純）；1，2一二氯乙烷（化學純）；丙酮（分析純）；氫氧化鈣（分析純）；基準水泥（山東魯城水泥有限公司）；標準砂（廈門艾思歐標準砂有限公司）。

1.2實驗方法

1.2.1聚苯乙烯磺酸鈉（SPS）的合成

將98%H2S04和1，2一二氯乙烷加入反應器中，升溫至70℃，攪拌下分3次加入Ps（每次間隔20min），加畢，在此溫度下反應20min，升溫至80℃反應4h，加入丙酮沉淀產物，過濾，用丙酮洗滌沉淀多次，以除去未反應的硫酸，100°真空干燥24h得淺黃色固體。采用氫氧化鈉水溶液中和聚苯乙烯磺化產物得到聚苯乙烯磺酸鈉磺化度的測定水溶液備用。

1.2.2聚苯乙烯磺化度的測定

將一定量的聚苯乙烯磺化產物溶于丙酮中，用O.1mol/I的NaOH標準溶液進行滴定，以酚酞為指示劑，根據所消耗的NaOH溶液體積計算產物磺化度。

1.2.3SPS的表征

（1）氫核磁共振（1H-NMR）

以四甲基硅烷為內標，PS以氘代氯仿為溶劑，SPS以重水為溶劑，使用Bruker AV-300核磁共振波譜儀進行測定。

（2）傅立葉變換紅外光譜圖（FT-IR）

將Ps和SPS分別與KBr混合壓片，使用日本島津公司的IRPrestige-21傅立葉變換紅外光譜儀進行掃描，波數400-4000cm-1。

1.3混凝土樣品的制備與養護

水泥與標準砂的質量為1比3，用水量及其它原料根據各項試驗要求確定。采用機械攪拌，液體防滲劑摻入拌合水中，成型溫度為20±3度，并在此溫度下靜停24±2小時脫模，然后在20±3度，相對濕度大于90%的條件下養護至齡期。

1.4混凝土樣品的性能測定

按國家標準JC/T474-2008《砂漿、混凝土防水劑》、GB/T178-1997《水泥強度試驗用標準砂》、Jc/T 603-2004《水泥膠砂干縮試驗方法》、GB/T1346-2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》、GB/T2419-2005《水泥膠砂流動度測定方法》、GB 8076-2008《混凝土外加劑》等進行測試。

2.結果與討論

2.1聚苯乙烯磺化反應的影響因素

2.1.1 H2SO4/pS質量比（R）對聚苯乙烯磺化度的影響

圖1為R對聚苯乙烯磺化度的影響，隨著R的不斷增加，聚苯乙烯磺化度不斷增加，這是因為一方面該磺化反應為一可逆反應，硫酸濃度的增加有利于反應向正方向移動，另一方面R的增加有利于Ps在硫酸中的分散，增大了反應接觸面積，但R超過3.6之后，產物磺化度增加不明顯，可能是因為R增大引起反應接觸面積已接近極限。

2.1.2反應時間對聚苯乙烯磺化度的影響

圖2為反應時間對聚苯乙烯磺化度的影響，隨著反應時間的增加，產物磺化度增大，2個小時以后，磺化反應基本完成。這是因為Ps在二氯乙烷和硫酸作用下得到了很好的分散，硫酸初始濃度高，有利于平衡向正向移動，初始的正向反應速度很快；產物磺化度到達一定程度時，硫酸濃度下降，正向反應速度減小。

2.2 SPS的表征

2.2.11H-NMR圖3和圖4分別為PS和SPS的核磁共振氫譜，由于聚苯乙烯苯環上引入-SO3-強吸電子基團，使得鄰位氫原子化學位移明顯地移向低場?；瘜W位移（δ）7.43的出現證明在聚苯乙烯分子鏈上成功的引入了-SO3-基團。

2.2.2 FT-IR

圖5和圖6分別為Ps和SPS的紅外光譜圖：SPS中出現了3個新峰：1188.15，1128.36cm-1為S=O的反對稱伸縮振動峰，1041.56 on-1為S=O的對稱伸縮振動峰，表明在聚苯乙烯分子鏈上成功的引入了一S03-基團。

3.SPS對混凝土樣品的性能影響

由于磺化度≥90%的SPS才能夠在水中較好地分散，所以我們采用磺化度90%的SPS對混凝土進行了性能測定。表1為磺化度90%的SPS的不同摻量對混凝土性能的影響。

4.結語

（1）從FT-IR和1H-NMR圖中可以看出，采用非均相磺化法成功地制備了SPS。

（2）磺化度90%的SPS的不同摻量對混凝土性能的影響，從測試數據可以看出，SPS防水劑在≥0.40%摻量下其凝結時間，透水壓力比，抗壓抗折強度比，收縮率比和吸水量比性能方面均已達到或超過當前國內同類防滲材料一等品標準要求，是一種新型的具有良好應用前景的剛性防滲材料。