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高性能混凝土防水材料的性能研究論文
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(shù)據(jù)可以看出，sps防水劑在≥0.40%摻量下其凝結(jié)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(nèi)同類防滲材料一等品要求標準，是一種新型的具有良好應(yīng)用前景的剛性防滲材料。
關(guān)鍵詞：砂漿；滲透；合成；防水材料
混凝土已成為工程上應(yīng)用最為廣泛的建筑材料之一。由于干燥收縮、化學(xué)收縮、碳化收縮等原因引起體積收縮而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過其本身的抗拉強度時，混凝土必然開裂，其結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性糟破壞。因此建筑工程的抗?jié)B防水，是建筑物使用中的一項重要內(nèi)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(shù)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(yōu)良技術(shù)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(yīng)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(xué)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(yīng)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(yīng)20min，升溫至80℃反應(yīng)4h，加入丙酮沉淀產(chǎn)物，過濾，用丙酮洗滌沉淀多次，以除去未反應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)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(jù)所消耗的NaOH溶液體積計算產(chǎn)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(nèi)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(shù)400-4000cm-1。
1.3混凝土樣品的制備與養(yǎng)護
水泥與標準砂的質(zhì)量為1比3，用水量及其它原料根據(jù)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(yǎng)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(jié)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(jié)果與討論
2.1聚苯乙烯磺化反應(yīng)的影響因素
2.1.1 H2SO4/pS質(zhì)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(yīng)為一可逆反應(yīng)，硫酸濃度的增加有利于反應(yīng)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(yīng)接觸面積，但R超過3.6之后，產(chǎn)物磺化度增加不明顯，可能是因為R增大引起反應(yīng)接觸面積已接近極限。
2.1.2反應(yīng)時間對聚苯乙烯磺化度的影響
圖2為反應(yīng)時間對聚苯乙烯磺化度的影響，隨著反應(yīng)時間的增加，產(chǎn)物磺化度增大，2個小時以后，磺化反應(yīng)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(yīng)速度很快；產(chǎn)物磺化度到達一定程度時，硫酸濃度下降，正向反應(yīng)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(huán)上引入-SO3-強吸電子基團，使得鄰位氫原子化學(xué)位移明顯地移向低場。化學(xué)位移（δ）7.43的出現(xiàn)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(xiàn)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(jié)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(shù)據(jù)可以看出，SPS防水劑在≥0.40%摻量下其凝結(jié)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(nèi)同類防滲材料一等品標準要求，是一種新型的具有良好應(yīng)用前景的剛性防滲材料。
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