CN102320860B - 一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂及其制备方法，该养护剂以有机硅/氟改性丙苯乳液与活性硅酸铝改性硅酸钠溶液的有机/无机复合体系为主液，采用带有一定反应活性基团的硅氧烷类有机硅化合物为交联组分，在常温状态下与成膜助剂、消泡剂、增稠剂、润湿分散剂、防酶剂、流平剂、抗紫外线剂和去离子水进行复合而制得。本发明生产工艺简单，反应条件易于控制。通过采用在高分子链上引入有机硅/氟的丙苯乳液提高了养护剂成膜后膜的耐水性、耐洗刷性、耐久性和柔韧性；引入改性硅酸钠溶液增加了膜的致密性，从而大幅度降低了混凝土表面的水分蒸发。该养护剂具有在混凝土抹面后即可喷涂、成膜速度快，保水率高、抗紫外线等技术特点，适用于西部大风干旱地区混凝土的养护。

Description

一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂及其制备方法

技术领域：本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂及其制备方法。

背景技术

养护是混凝土施工过程中的一项重要环节，直接影响到混凝土的力学和耐久性能以及结构的使用寿命。首先，混凝土的强度来源于水泥的水化，良好的养护阻止了水分的过快蒸发，保障了水泥水化需要的水分，同时抑制早期收缩裂缝的发生，明显提高混凝土的耐久性；其次，合理的养护，会减少混凝土内部集料与水泥浆之间的薄弱界面，在一定程度上减小结构的渗透性，延长混凝土的使用寿命。传统养护方法是通过洒水保湿的方式保证混凝土表面的湿润度，进而保障混凝土的强度和耐久性，然而，在我国西部大风干旱地区年平均降雨量不足蒸发量的1/9，年平均相对湿度低于10％，极度干旱缺水，采用传统的洒水保湿养护十分困难。

20世纪40年代初期，由美国科学家首先提出并研制了混凝土薄膜养护剂，即在混凝土表面喷涂或刷涂一层涂液，使其在空气中自然成膜，防止水分损失而达到养护混凝土的目的。由于混凝土养护剂具有节省工时、降低水资源的消耗以及可使用机械喷洒适宜大面积使用等优势，迅速得到推广。自上世纪70年代末国内也陆续开发出水玻璃改性型、石蜡乳液改性型、高分子乳液型等类型的混凝土养护剂并在工程实践中得到应用，其中高分子乳液养护剂是近几年应用最为广泛的一类保水型养护剂。但目前市场上的高分子乳液型混凝土养护剂在我国西部大风干旱地区应用过程中存在以下三个方面的问题：

(1)不能有效解决混凝土早期失水收缩开裂问题，一般高分子乳液型养护剂需在混凝土接近初凝时方可喷涂，喷涂过早会影响涂膜与混凝土表面的结合，进而影响其保水效果。然而西部部分地区气候不但高温、干旱，且年平均风速大于62km/h(八级以上)的天数在150d以上。研究表明，当环境温度、相对湿度相同时，风速每增加10km/h，水分蒸发速率就增加一倍，当环境温度、风速相同时，相对湿度每降低一半，水分蒸发速率也增加一倍。在如此恶劣的环境条件下，混凝土在初凝前就因严重失水而产生较多收缩裂纹。

(2)不能实现利用混凝土中自身的水分最大限度地完成水化作用的目的，根据建材行业标准(JC901-2002)，优等混凝土养护剂在高温低湿条件下，72h内保水率应达到90％。国内市场上的乳液型养护剂以丙苯乳液类为主，由于丙苯高分子的疏水性差，用其配制的养护剂保水率很难满足优等品的要求，虽然已有部分产品采用了改性丙苯乳液，在一定程度上提高了疏水性，但单纯使用改性丙苯乳液制备的养护剂仍存在成膜后膜的致密性相对较低的问题，在西部大风干旱地区严酷的自然环境条件下的保水效果也不理想。

(3)不能有效解决严酷自然环境下成膜后膜的耐候性问题，在西部大风干旱地区养护剂喷涂后，养护剂中的水分蒸发极快，加之紫外线强烈、昼夜温差大等因素，成膜后极易出现龟裂、变色、迅速脱落等耐候性问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述难题而提供一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂及其制备方法，创造性地将有机硅/氟改性丙苯乳液与活性硅酸铝改性硅酸钠溶液的有机/无机复合体系做为混凝土养护剂的主液，并采用带有一定反应活性基团的硅氧烷类有机硅化合物为交联组分，在此基础上引入二氧化钛抗紫外线剂，利用各组分优势叠加效应，提高了乳液型养护剂的疏水性、致密性、柔韧性和耐候性，有效降低了混凝土表面水分在养护膜中的溶解和扩散速度，从而大幅度降低了混凝土表面的水分蒸发。将该养护剂应用于西部大风干旱地区混凝土施工，可有效解决西部大风干旱地区混凝土养护困难的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂及其制备方法，其特征在于该养护剂包括以下组分及含量(质量份)为：

上述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂，其特征在于：所述的养护剂以有机硅/氟改性丙苯乳液与活性硅酸铝改性硅酸钠溶液的有机/无机复合体系为主液。

上述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂，其特征在于：所述的养护剂以硅氧烷类有机硅化合物为交联组分。

上述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂，其特征在于，所述的有机硅/氟改性丙苯乳液为采用有机硅活性单体及有机氟材料改性的丙苯乳液。其中，有机硅活性单体包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基环四硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、乙烯基硅氧烷以及带活性基团的有机硅氧烷，有机氟材料包括三氟乙酸丙稀脂和聚偏氟乙烯。

上述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂，其特征在于，所述的改性硅酸钠溶液为采用活性硅酸铝对硅酸钠进行改性制得的溶液，其中硅酸钠溶液模数≥3.0。

上述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂，其特征在于，所述的抗紫外线剂为纳米级二氧化钛。

上述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂，其特征在于，所述的成膜助剂为以下成分中的一种或两种以上任意比例的混合物：酯醇-12、丙二醇苯醚、Texanol酯醇和乙二醇甲醚。

上述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂及其制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：

(1)首先按配制比例称取余量的去离子水，在低速搅拌条件下依次加入、增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂、抗紫外线剂制得混合乳液。

(2)调节混合乳液的PH值至弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液。

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂。

本发明的工作机理：利用有机硅/氟改性丙苯乳液与活性硅酸铝改性硅酸钠溶液的有机/无机复合体系优势叠加效应。有机硅/氟改性丙苯乳液是在苯乙烯和丙稀酸脂共聚物的主键上引入Si-O键及C-F键，Si原子上接有烷基或芳基，Si-O键键能比C-C键高的多，增加了分子结构的热稳定性，Si-O键键角更大，键更长，Si-O-Si键旋转自由，呈螺旋形结构，烷基向外排列并绕Si-O键旋转，分子体积大、内聚力密度低，从而带来消泡、憎水作用；C-F键键能大，在碳骨架外排列十分紧密，可有效防止碳原子和碳键暴露，因此，有机硅/氟改性丙苯乳液较丙苯乳液成膜后具有较好的疏水性、耐候性和韧性。活性硅酸铝改性硅酸钠溶液是利用无机硅酸盐自身组分与水泥混凝土中的氢氧化钙反应生成硅酸钙和氢氧化物，氢氧化物可以活化砂子的表面膜，从而促进以下反应：

Ca(OH)₂+SiO₂+nH₂O→CaO·SiO₂·nH₂O

此反应加速了CaO·SiO₂的水化，而且由于反应主要发生在混凝土表面，因而反应物可渗入混凝土内1mm～3mm，并在混凝土表面形成一层较为密实和坚硬的表层，阻止混凝土中的自由水分过早、过多蒸发，同时增加有机硅/氟改性丙苯乳液成膜后膜的致密性。硅氧烷类有机硅交联组分中的活性基团相互作用，在养护膜内部和混凝土表面生成枝状、链状及网状分子，进而形成网状疏水性硅氧烷膜，另外，活性基团与硅酸盐材料中的羟基反应形成末端带有＝Si-R基的硅烷链，填补了混凝土表面的微孔隙，降低了混凝土内部水分的蒸发，同时增加了养护膜与混凝土表面的黏结力。

与现有技术相比，本发明产品的优点是：

(1)疏水性强，抹面完成后即可喷涂。通过采用在高分子链上引入有机硅/氟的丙苯乳液以及带有反应活性基团的硅氧烷类有机硅化合物为交联组分，大大提高了养护剂的疏水性。

(2)保水率高，本发明产品创造性地将有机硅/氟改性丙苯乳液与活性硅酸铝改性硅酸钠溶液的有机/无机复合体系做为混凝土养护剂的主液，并采用带有反应活性基团的硅氧烷类有机硅化合物为交联组分，充分利用各组分优势叠加效应，有效降低了混凝土表面水分在养护膜中扩散速度，从而大幅度降低混凝土表面的水分蒸发。

(3)耐候性好，在充分利用主液及交联组分优势叠加效应的基础上，引入纳米级二氧化钛作为抗紫外线剂，保证了养护膜的韧性、抗紫线性能以及其他耐候性能。

(4)无毒、无臭、不燃、不改变混凝土表面颜色，具有较好的成膜性，不会对水泥的水化反应造成不良的影响，生产工艺简单，反应条件易于控制。

(5)适用于西部大风干旱地区恶劣的自然环境，将该养护剂应用于西部大风干旱地区混凝土施工，可有效解决西部大风干旱地区混凝土养护困难的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1(以下组分及含量按质量份计)：

(1)首先按配制比例称取余量的去离子水，在低速搅拌条件下依次加入增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂和抗紫外线剂，制得混合乳液。

(2)调节混合乳液的PH值至弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液。

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂，测试其保水率为86％。

实施例2(以下组分及含量按质量份计)

(1)首先按配制比例称取余量的去离子水，在低速搅拌条件下依次加入增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂和抗紫外线剂，制得混合乳液。

(2)调节混合乳液的PH值至弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液。

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂，测试其保水率为94％。

实施例3(以下组分及含量按质量份计)

(1)首先按配制比例称取余量的去离子水，在低速搅拌条件下依次加入增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂和抗紫外线剂，制得混合乳液。

(2)调节混合乳液的PH值至弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液。

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂，测试其保水率为89％。

实施例4(以下组分及含量按质量份计)

(1)首先按配制比例称取余量的去离子水，在低速搅拌条件下依次加入增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂和抗紫外线剂，制得混合乳液。

(2)调节混合乳液的PH值至弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液。

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂，测试其保水率为91％。

实施例5(以下组分及含量按质量份计)

(1)首先按配制比例称取余量的水，在低速搅拌条件下依次加入、增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂和抗紫外线剂，制得混合乳液。

(2)调节混合乳液的PH值至弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液。

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂，测试其保水率为83％。

实施例6(以下组分及含量按质量份计)

(1)首先按配制比例称取余量的水，在低速搅拌条件下依次加入、增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂和抗紫外线剂，制得混合乳液。

(2)调节混合乳液的PH值至弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液。

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂，测试其保水率为88％。

实施例7(以下组分及含量按质量份计)

(1)首先按配制比例称取余量的水，在低速搅拌条件下依次加入、增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂和抗紫外线剂，制得混合乳液。

(2)调节混合乳液的PH值至弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液。

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间按，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂，测试其保水率为92％。

实施例8(以下组分及含量按质量份计)

(1)首先按配制比例称取余量的水，在低速搅拌条件下依次加入、增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂和抗紫外线剂，制得混合乳液。

(2)调节混合乳液的PH值至弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液。

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂，测试其保水率为80％。

实施例9(以下组分及含量按质量份计)

(1)首先按配制比例称取余量的水，在低速搅拌条件下依次加入、增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂和抗紫外线剂，制得混合乳液。

(2)调节混合乳液的PH值至弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液。

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂，测试其保水率为96％。

上述实施例中混凝土养护剂的保水率参照建材行业标准(JC901-2002)进行测试，但试验环境的湿度控制为10±5％，其他试验方法及试验条件与原标准相同。

Claims (5)

1.一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂，其特征在于该养护剂包括以下质量份的原料：

所述的改性硅酸钠溶液为采用活性硅酸铝对硅酸钠进行改性制得的溶液。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂，其特征在于，所述有机硅/氟改性丙苯乳液与所述改性硅酸钠溶液的有机/无机复合体系为主液。

3.根据权利要求1所述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂，其特征在于，所述的改性硅酸钠溶液模数≥3.0。

4.根据权利要求1所述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂，其特征在于，所述的抗紫外线剂为纳米级二氧化钛。

5.一种如权利要求1所述的一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂的制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：

(1)首先按配制比例称取余量的去离子水，在低速搅拌条件下依次加入增稠剂、有机硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷类有机硅化合物、成膜助剂、增塑剂、抗紫外线剂制得混合乳液；

(2)调节混合乳液的pH值为弱碱性，在低速搅拌的条件下，加入提前制备的改性硅酸钠溶液；

(3)加入消泡剂，高速搅拌一段时间，然后在低速条件下加入防霉剂、流平剂，静止一段时间，得到适用于大风干旱地区混凝土养护剂。