CN101898902A - 可直接应用于潮湿表面的混凝土渗透剂 - Google Patents
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Abstract
一种可直接应用于潮湿表面的混凝土渗透剂，其特征是，它的配方组成，以质量百分率计，包括以下组分：有机硅18.0～35.0％；丙烯酸树脂2.0～10.0％；溶剂58.0～80.0％。该混凝土渗透剂施工简便，无毒高效，符合绿色环保要求，对于长期处于潮湿状态的混凝土构筑件的防腐蚀、耐老化非常有效。
Description
技术领域
本发明涉及化学工业领域中的涂料行业，具体地说，涉及一种可在潮湿表面直接涂装的新型混凝土渗透剂。它可以直接施涂于潮湿的混凝土表面，并与混凝土构筑件一起形成一道牢固的保护层，有效地阻止空气中的二氧化碳气体或海水中的氯离子腐蚀破坏混凝土。其最佳的应用领域在于海港的浪溅区、水位变动区，或是表面常处于潮湿状态的公路桥梁等。
背景技术
若干年前，人们一直认为混凝土，特别是增强混凝土具有抗侵蚀性。但是随着混凝土遭破坏事故的不断发生，人们逐渐意识到，尽管混凝土的强度很高，但仍是易遭破坏的。原因在于：其一，混凝土在生产过程中会产生大量的碱性介质，这些碱性介质对钢筋有良好的保护作用，能在钢筋表面生成难溶的氧化铁，可以阻止钢筋被腐蚀。但是，一旦空气中的二氧化碳气体或海水中的氯离子渗透到混凝土里面后，会与这些碱性物质发生反应，腐蚀钢筋，并引起钢筋膨胀，从而使混凝土产生裂缝；其二，混凝土构筑件为一种非均质多孔结构和高渗透性的材料，它可通过毛细管吸附水，可以使盐分由材料的内部迁移到外部，从而使混凝土表面风化及结盐霜，同时引起材料发生霜冻和解冻，如果长期受空气中水分的侵蚀，就会使混凝土遭受干、湿交替产生的高应力，引起表面开裂，造成破坏[参见：王丽：《渗透型混凝土保护剂的应用》，《新型建筑材料》，2008年第3期]。
近十年来，国内开始采用高分子涂层作为混凝土的表面保护，目前采用的这类表面防护涂层主要有两种方法[参见：孙顺杰：《有机硅石材防护剂性能的研究》，《石材》，2008年第3期和吴三余：GSY新型混凝土有机硅渗透剂的研究和应用(R).第五届全国混凝土耐久性学术交流会.2000年10月]：一种是是采用具有良好耐碱性、耐腐蚀性和附着力强的涂料，常用的类型有：环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸、氯化橡胶和乙烯树脂，其保护方法是通过在混凝土表面刷涂一定厚度的涂膜来保护混凝土结构，不受外界有害介质的入侵。另一种方法是用硅烷浸渍混凝土表面，借以通过其特殊小分子深入混凝土内部几毫米，与水泥的主要成分发生化学反应，从而在毛细孔壁上形成牢固的憎水屏蔽，使水分和水分所携带的氯化物都难以渗入混凝土，大大提高混凝土制品的防水性和综合性能。但是这两种方法都存在一定缺陷，它们对施工的环境要求很高，仅能用于干燥表面，因此在这个基础上开发既可在干燥表面使用又可以在潮湿表面涂装的新型混凝土防护手段，具有相当的现实意义。
发明内容
本发明旨在克服现有混凝土防护技术的缺陷，提供一种既可在干燥混凝土表面使用又可以直接使用于潮湿混凝土表面的新型混凝土渗透剂。该混凝土渗透剂施工简便，无毒高效，不需要繁复的前处理(比如利用大功率探照灯烘干涂装表面)，可以提高工程效率。此外该混凝土渗透剂还具有优异的渗透性和耐碱性，能阻止侵蚀性介质进入，能提高混凝土构筑件的抗腐蚀性。
该新型混凝土渗透剂由特殊丙烯酸树脂、有机硅、溶剂以及必要时再加入一些助剂等原料组成。也就是说，其特征是，它的配方组成，以质量百分率计，包括以下组分：
质量％
有机硅 18.0～35.0
丙烯酸树脂 2.0～10.0
溶剂 58.0～80.0。
在上述配合组分中，所述的有机硅选自硅烷、烷基硅氧烷、含氢聚硅氧烷和含各种取代基的硅氧烷中的一种或几种，其中硅烷的化学式为SinH2n+2，n为1～6的整数，烷基硅氧烷的化学式为RnSi(OR’)4-n，n为0～2的整数，R、R’为甲基、乙基或苯基。适用的有机硅举例如道康宁公司生产的含氢聚硅氧烷HB-180、异丁基硅氧烷DC-9400、武汉道尔生产的辛基硅氧烷HD-78B等。所述的丙烯酸树脂选自分子结构中含有甲基丙烯酸、丙烯酸酯、苯乙烯结构单元的热塑性丙烯酸树脂，分子量在75000～12000之间，玻璃化温度在50～85℃范围内。这是因为出于其应具有良好的保光保色性以及耐水性且干燥快等特殊要求的需要。所述的溶剂选自石油溶剂、芳香族类溶剂、醇类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂以及萜烯类溶剂中的一种或几种。适用的典型溶剂举例如：S150溶剂汽油、二甲苯、乙醇、醋酸丁酯、甲基异丁基酮、松节油等
在本发明所述的混凝土渗透剂中含有硅氧烷类有机硅，这种特殊的小分子的有机硅可以迅速渗入混凝土内部。它带有一定反应活性基团，这类有机硅化合物与硅酸盐基材(混凝土主要含有硅酸盐)有很大的化学亲和力，在渗入混凝土后，它们通过活性基团的相互作用生成的枝状、链状及网状分子，形成一种疏水性硅氧烷膜。这种疏水性网状硅氧烷分子膜具有很低的表面张力，它所具有的扩展能力，能均匀地分布渗透到多孔的混凝土(硅酸盐基材)的微孔壁上，形成的薄膜而会封闭毛细管通道，水在毛细管壁的接触角为100～130度以上，使滴在其上的水成为小水滴，无法渗入到基材内部；此外该种硅氧烷类有机硅化合物还能与混凝土中的水发生反应生成羟基团，这些羟基团同样与混凝土(硅酸盐基材)有很好的亲和力，从而使有机硅牢固地和基材连接起来，使非极性的有机基团排列向外形成憎水层，这样一来混凝土中的水反而转换为成为混凝土内部“毛细孔壁”的保护层，使基材具有良好的憎水效应，能有效地阻止外部水分和有害物质的浸入。这两种保护层均没有封闭基材的毛细管通道，因此基材具有良好的透气性。但是为了防止有机硅与表层水反应，此渗透剂应有另一部分可附着在潮湿的混凝土上，包裹住水，同时在其表面形成一层薄屏蔽阻隔层，迅速阻隔外部的水继续与有机硅反应，也让有机硅可以更好的渗入混凝土内部形成憎水层[参见：吴三余.GSY新型混凝土有机硅渗透剂的研究和应用(R).第五届全国混凝土耐久性学术交流会.2000年10月]。另外，选用分子量较大，并具有适当玻璃化温度范围的保光保色性以及耐水性良好且表干快的热塑性丙烯酸树脂，可以确保所述渗透剂能快速的在潮湿表面形成阻隔层，保护有机硅组分的继续渗透。
按照本发明，所述的混凝土渗透剂是按如下工艺生产的：在釜内先倒入一半量的溶剂然后加入丙烯酸树脂，低速700～800min-1分散15±2分钟至树脂完全溶解；加入剩余量的溶剂，再低速700～800min-1分散5±1分钟；然后降低分散速度至500～600mia-1，逐步缓慢加入有机硅，完全加完后在此速度下分散10±2分钟，用200目过滤网过滤出料。
按照本发明制备的混凝土渗透剂的基本特征是，有效活性组分：15±2％，粘度：16±2s；其渗透性至少可达混凝土内部2～3mm深度，吸水率≤0.01mm/min1/2，氯化物吸收量的降低效果不小于93％，表干速度快，在20℃左右大约10分钟就可表干。该混凝土渗透剂施工简便，无毒高效，符合绿色环保要求，对于长期处于潮湿状态的混凝土构筑件的防腐蚀、耐老化非常有效，是一种具有广阔应用前景的新材料。
附图说明
图1展示丙烯酸树脂添加量与渗透深度以及吸水率倒数的关系。图中曲线1为吸水率倒数，曲线2为渗透深度。
具体实施方式
下面用实施例对本发明作进一步具体说明，但本发明决不局限于这些实施例。
试验检测方法
采用15cm×15cm×4cm的混凝土钢制试模成型，试模内表面不使用油性脱模剂，选用规格为C45强度等级的海工高性能混凝土制作样板，将该混凝土浸入5％的盐水24小时后，取出，将其表面擦拭干净后，刷涂实施例所述本发明混凝土渗透剂，涂布量2.0m2/kg，放置3小时后浸入5％的盐水中，3天后测试吸水率，并剖开混凝土块测量渗透深度。
实施例1
本例旨在展示选择合适的热塑性丙烯酸树脂可以达到渗透剂能够在潮湿表面施工，且表干速度快速的目的。本例配方如下：
组分名称 质量％
乙烯基三甲氧基硅烷 20
丙烯酸树脂(见表1) 4.2
醋酸丁酯 75.8
表1：不同丙烯酸树脂的干燥速度和耐水性
按照上述配方配制渗透剂，具体工艺为：在釜内先倒入一半量的溶剂然后加入丙烯酸树脂，低速700～800min-1分散15±2分钟至树脂完全溶解；加入剩余量的溶剂，再低速700～800min-1分散5±1分钟；然后降低分散速度至500～600min-1，逐步缓慢加入有机硅，完全加完后在此速度下分散10±2分钟，用200目过滤网过滤出料。检查所得产品的表干时间(温度23±2℃下检测)，然后涂装在试验用混凝土块上，2小时后，浸入水中，每天观察漆膜状况，记录漆膜出现不良现象的时间，可从表1中可以看出，B44具有最佳的干燥速度和耐水性。
实施例2
本例旨在展示通过热塑性丙烯酸树脂与有机硅配合比例的调整可以达到吸水率和渗透深度之间的最佳平衡。本例使用的渗透剂配方如下：
组分名称 质量％
乙烯基三甲氧基硅烷 20
B44(罗门哈斯化学) 2～10
醋酸丁酯 78～70
按照实施例1所述的相同工艺根据上述配方配制渗透剂，其中丙烯酸树脂B44的含量按照2％，2.5％，3％，3.5％，4％，4.5％，5％，5.5％，6％，7％，8％，10％添加。将渗透剂按照“试验检测方法”所述准备样板并进行试验，记录其吸水率和渗透深度，归纳绘制成曲线，结果如图1所示。
从图1可以看出，随着树脂含量的增大，渗透深度越来越小，吸水率的倒数逐步增大，据此，丙烯酸树脂的含量大约在7％左右时两者达到一个平衡点，因此，烯酸树脂的含量在6％～8％之间较为理想。
实施例3
本例旨在展示通过不同种类有机硅以不同比例并用可以在吸水率、渗透深度和抗氯离子性能之间取得平衡。
为了能够深入混凝土内部，本例选择了一个小分子量(500～1500)的上海振华造漆厂生产的有机硅BM1来与杜邦公司生产的SW1并用，以确定不同种类有机硅的不同比例对渗透深度和抗氯离子性这两个性能的影响。本例使用的渗透剂配方如下，配制工艺同实施例1：
注1：括号内为两种有机硅的并用比例。
将得到的渗透剂按照“试验检测方法”准备样板，室温下干燥7天，测量吸水率、渗透深度以及抗氯离子性，结果如表2所示。
由表2可以看出，所列7个配方，除了在渗透深度上有较大差异外，其余基本不分伯仲，相比较而言，还是5#更优秀些。
表2不同种类有机硅不同配比下对混凝土渗透剂性能的影响
| 配方编号 | 渗透深度(mm) | 氯离子降低率(％) | 吸水率(％) |
| 1#(7∶1) | 0.5 | 94.2 | 1.3 |
| 2#(3∶1) | 1.5 | 94.0 | 1.9 |
| 3#(5∶3) | 2.0 | 93.8 | 2.5 |
| 5#(3∶5) | 3.5 | 93.3 | 2.9 |
| 6#(1∶3) | 4 | 93.0 | 6.4 |
| 7#(1∶7) | 6 | 92.0 | 6.6 |
Claims (5)
1.一种可直接应用于潮湿表面的混凝土渗透剂，其特征是，它的配方组成，以质量百分率计，包括以下组分：
质量％
有机硅 18.0～35.0
丙烯酸树脂 2.0～10.0
溶剂 58.0～80.0。
2.根据权利要求1所述的可直接应用于潮湿表面的混凝土渗透剂，其特征是，所述的有机硅选自硅烷、烷基硅氧烷、含氢聚硅氧烷和含各种取代基的硅氧烷中的一种或几种，其中硅烷的化学式为SinH2n+2，n为1～6的整数，烷基硅氧烷的化学式为RnSi(OR’)4-n，n为0～2的整数，R、R’为甲基、乙基或苯基。
3.根据权利要求1所述的可直接应用于潮湿表面的混凝土渗透剂，其特征是，所述的丙烯酸树脂选自分子结构中含有甲基丙烯酸、丙烯酸酯、苯乙烯结构单元的热塑性丙烯酸树脂，分子量在75000～12000之间，玻璃化温度在50～85℃范围内。
4.根据权利要求1所述的可直接应用于潮湿表面的混凝土渗透剂，其特征是，所述的溶剂选自石油溶剂、芳香族类溶剂、醇类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂以及萜烯类溶剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的可直接应用于潮湿表面的混凝土渗透剂，其特征是，所述的混凝土渗透剂是按如下工艺生产的：在釜内先倒入一半量的溶剂然后加入丙烯酸树脂，低速700～800min-1分散13～17分钟至树脂完全溶解；加入剩余量的溶剂，再低速700～800min-1分散4～6分钟；然后降低分散速度至500～600min-1，逐步缓慢加入有机硅，完全加完后在此速度下分散8～12分钟，用200目过滤网过滤出料。
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