CN103102119A - 一种硬化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硬化剂，包括骨料、水泥、助剂，所述骨料表面包覆有硅烷偶联剂。本发明还提供了这种硬化剂的制备方法，包括将骨料、水泥混合、助剂进行混合，所述骨料表面包覆有硅烷偶联剂。本发明提供的硬化剂耐磨性良好，抗折强度与抗压强度高。

Description

一种硬化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种硬化剂及其制备方法，尤其是一种混凝土地面硬化剂及其制备方法。

背景技术

目前，各种建筑物的地面一般直接使用普通水泥混凝土，其缺点是耐磨性低、容易起灰、强度低、抗渗透性低于清扫困难等。为克服这些缺点，人们通常的解决方案是在地坪表面铺设地砖或涂布环氧地坪等有机地坪涂料等。但基于地坪强度和成本上来考虑，耐磨地面硬化剂较以上两种方案有着很大的优势，其硬度、耐磨性都较环氧地坪漆和地板砖高出许多，而其成本较前两者又更为低廉。因此，在停车场、厂房以及库房等对地面耐磨性与抗冲击性要求较高的场所，地面硬化剂得到了越来越多的应用。虽然耐磨地面硬化剂的整体性能较其它地坪技术有很大的提高，但，其耐磨性与抗冲击性能还是存在很大的提升空间。经研究地面硬化剂材料的破坏过程，发现无论是其磨损破坏还是抗压抗折冲击破坏，其破坏点大多是由骨料与水泥的结合部位开始。究其原因，是为耐磨骨料与水泥之间的结合力不够高导致地面硬化剂的强度性能未能令人完全满意。

发明内容

为了克服现有技术中的骨料与水泥之间的结合力不足的问题，本发明提供了一种硬化剂，通过该硬化剂形成的耐磨地坪具有良好的柔韧性和防滑性。

本发明公开的硬化剂包括骨料、水泥、助剂，其中，所述骨料表面包覆有硅烷偶联剂。

本发明还提供了一种硬化剂的制备方法，包括将骨料、水泥混合后，再与助剂进行混合，其中，所述骨料表面包覆有硅烷偶联剂。

发明人通过大量的实验发现，骨料经硅烷偶联剂改性后，在与水泥发生粘结作用的同时，从而增强了骨料与水泥之间的粘结力。

本发明所述骨料表面包覆有硅烷偶联剂的具体操作步骤可描述为：在反应装置中加入甲苯作为分散介质，投入骨料与相应比例的硅烷偶联剂，通过氮气，在氮气流保护下升温至80-90℃搅拌反应4-6小时。反应结束后，趁热真空抽滤后水洗涤得产物，再将产物于烘箱中100±5℃下烘干，筛松得到表面改性骨料，待用。

本发明提供的地面硬化剂，耐磨性良好，抗折强度与抗压强度高。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开的硬化剂包括骨料、水泥、助剂，其中，所述骨料表面包覆有硅烷偶联剂。优选地，所述硅烷偶联剂的重量为骨料重量的0.5-2wt%。当本发明所述的硅烷偶联剂的重量小于骨料重量的0.5wt%时，硅烷偶联剂在骨料表面的包覆严重不足，以致骨料与水泥基体系之间作用力效果不理想；而当本发明所述的硅烷偶联剂的重量大于骨料重量的2wt%时，骨料表面硅烷偶联剂的遮盖层过厚，影响到骨料与水泥间的无机化合作用，两者间的结合力反而不理想。发明人发现，当硅烷偶联剂的重量为骨料重量的1-1.5wt%时，骨料与水泥体系中的硅酸盐作用力达较佳效果，其性能效果更佳。

优选地，本发明公开的硬化剂中还含有水溶性丙烯酸树脂粉末，且占硬化剂总量的3-8wt%。水溶性丙烯酸树脂粉末加入后，在搅拌机的作用下与水泥均匀混合。成型时，水泥中的硅酸盐与水反应生成硅酸钙化合物，同时水溶性丙烯酸树脂粉末溶解，渗透在硅酸钙化合物当中，增加整个体系的韧性。另外，与水泥化合物合为一个体系的丙烯酸树脂官能团与骨料表面包覆的硅烷偶联剂发生反应，增强了骨料与水泥两相之间的结合力。

对于本发明公开的硬化剂，其中，所述骨料抗压为本领域公知的各种物质，例如所述骨料选自石英砂、金刚砂、石榴砂、碳化硅、刚玉、硒铁合金、棕刚玉、锡钛合金、金刚砂、钢渣、陶瓷颗粒中的一种或多种；优选为石英砂、金刚砂、碳化硅、刚玉中的一种或几种。上述骨料的粒径抗压在较大范围内变动，优选情况下，所述骨料粒径为0.1-2.5mm，更优选为0.2-1.5mm。

在上述硬化剂中，骨料的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，所述骨料含量为40-60wt%，更优选为48-52wt%。

上述硬化剂中，采用的水泥为本领域公知的，例如所述水泥为硅酸盐水泥，具体可采用标号52.5以上硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥。上述水泥均可通过商购得到。在上述硬化剂中，水泥的含量没有太大限制，可以在较大范围内变动，优选情况下，水泥含量为25-40wt%，进一步优选为35-40wt%。

同时，本发明公开的硬化剂中还可以根据实际使用需要，添加各种助剂，例如所述助剂包括减水剂、填料、乳胶粉的一种或多种。所述助剂的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，助剂含量为10-29wt%。

本发明中采用的减水剂为本领域公知的，例如，所述减水剂可选自聚羧酸减水剂和/或萘系减水剂；同样，本发明中采用的填料为本领域公知的，例如硅微粉和/或粉煤灰；所述乳胶粉为本领域公知的可分散性乳胶粉。

进一步优选地，本发明所述减水剂含量为0.1-0.5wt%，所述填料含量为3-6wt%，所述乳胶粉含量为1-3wt%。

对于某些情况下，需要地坪具有一定的颜色，此时，上述助剂中还可以含有颜料和/或增色剂，通过颜料赋予耐磨地坪一定的颜色，并结合增色剂使用，使耐磨地坪的颜色更加鲜艳，使用时间更加持久。

如本领域技术人员所公知的，上述颜料为各种颜色的无机颜料或者有机颜料。本发明中，优选为无机颜料，例如所述颜料选自钛白粉、立德粉、铁红、铁黄、铬绿、酞菁蓝或酞菁绿中的一种或多种。所述增色剂选用磺化三聚氰胺。

上述颜料的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，所述颜料含量为0-5wt%。对于上述增色剂，其含量没有太大限制，优选情况下，增色剂含量为0-0.8wt%。

上述各种助剂的含量之间没有关系，只需要助剂总量在4-29wt%即可。

根据本发明，所述硬化剂中还含有硅酸钠和/或氟硅酸钠，且硅酸钠和/或氟硅酸钠占硬化剂总量的3-8wt%。加入的硅酸钠与氟硅酸钠，能与水泥基材和无机骨料发生反应，与水泥基材的反应使得水泥中的游离钙离子反应程度增加，生成硅酸钙化合物（C-S-H），增强了水泥基材的硬度与粘结力；骨料表面无机离子的作用，使得骨料与水泥基材之间的粘结力进一步得到增强。

同时，本发明还公开了上述硬化剂的制备方法，包括：1）骨料表面改性处理：在反应装置中加入甲苯作为分散介质，投入骨料与相应比例的硅烷偶联剂，通入氮气，在氮气流下升温至80-90℃搅拌反应4-6小时，趁热真空抽滤后水洗涤得初产物，然后将初产物置于烘箱中在100±5℃下烘干，得耐磨骨料，筛松待用；2）硬化剂配制：将步骤1）中得到的耐磨骨料、水泥、助剂进行混合。上述混合的方法为本领域公知的，例如所述混合方法为：在搅拌机中，以3-10rad/s的转速，先将骨料与水泥混合10-30min，再加入助剂继续混合30-60min。上述搅拌机可采用本领域公知的双螺旋锥形搅拌机。甲苯在这里起到分散作用，其用量为本领域技术人员公知。

优选情况下，先把骨料和水泥加入双螺旋锥形搅拌机，开始搅拌，然后按照粒径从大到小的顺序依次加入其余组分。

优选地，上述硬化剂配制方法可描述为：按照配方比例，先将耐磨骨料与水泥加入螺旋混料机，开动机械，再加入可分散性乳胶粉、减水剂、水溶性丙烯酸树脂粉末、硅酸钠与氟硅酸钠、填料与颜料等助剂，继续混合30-60分钟，直至整个地面硬化剂体系混合均匀，停止混料设备，包装。所使用的硅酸钠，其模数在2.5-3.0之间为佳。加入的水溶性丙烯酸粉末，在反应成型时与可分散性乳胶粉发生作用，共同填充在水泥基材空隙当中，增加了体系总体的韧性与防水性能。实验表明，本发明所述高强度地面硬化剂，其耐磨性，抗折强度、与抗压强度较现有技术中的地面硬化剂提高20%以上。

上述各组分混合均匀后即可称重包装。

下面通过实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的硬化剂及其制备方法。

1）在反应装置中加入甲苯400重量份，投入62重量份硒铁合金（粒径为3.0mm）与1.3重量份硅烷偶联剂，通入氮气，在氮气流下升温至75℃搅拌反应6.5小时，趁热真空抽滤后水洗涤得初产物，然后将初产物置于烘箱中在110℃下烘干，得耐磨骨料，筛松待用；

2）先将步骤1）得到的耐磨骨料与23重量份硅酸盐水泥加入到双螺旋锥形搅拌机，以4rad/s的转速混合32min，再加入0.7重量份聚羧酸减水剂、8重量份粉煤灰、5重量份乳胶粉继续混合62min，称重包装，得到硬化剂S1。

实施例2

本实施例用于说明本发明公开的硬化剂及其制备方法。

1）在反应装置中加入400重量份甲苯，投入60重量份石英砂（粒径为2.5mm）与0.3重量份硅烷偶联剂，通入氮气，在氮气流下升温至90℃搅拌反应4小时，趁热真空抽滤后水洗涤得初产物，然后将初产物置于烘箱中在100℃下烘干，得耐磨骨料，筛松待用；

2）先将步骤1）得到的耐磨骨料与27重量份硅酸盐水泥加入到双螺旋锥形搅拌机，以3rad/s的转速混合30min，再加入0.5重量份萘系减水剂、4重量份硅微粉、3重量份氟硅酸钠继续混合60min，称重包装，得到硬化剂S2。

实施例3

本实施例用于说明本发明公开的硬化剂及其制备方法。

1）在反应装置中加入300重量份甲苯，投入40重量份金刚砂（粒径为0.1mm）与0.8重量份硅烷偶联剂，通入氮气，在氮气流下升温至85℃搅拌反应5小时，趁热真空抽滤后水洗涤得初产物，然后将初产物置于烘箱中在105℃下烘干，得耐磨骨料，筛松待用；

2）先将步骤1）得到的耐磨骨料与40重量份硅酸盐水泥加入到双螺旋锥形搅拌机，以10rad/s的转速混合15min，再加入6重量份硅微粉、3重量份丙烯酸粉末、2.2重量份乳胶粉、4.5重量份铁红、6.5重量份硅酸钠继续混合50min，称重包装，得到硬化剂S3。

实施例4

本实施例用于说明本发明公开的硬化剂及其制备方法。

1）在反应装置中加入350重量份甲苯，投入55重量份硒铁合金（粒径为2.0mm）与0.8重量份硅烷偶联剂，通入氮气，在氮气流下升温至80℃搅拌反应5小时，趁热真空抽滤后水洗涤得初产物，然后将初产物置于烘箱中在95℃下烘干，得耐磨骨料，筛松待用；

2）先将步骤1）得到的耐磨骨料与25重量份硅酸盐水泥加入到双螺旋锥形搅拌机，以7rad/s的转速混合10min，再加入3重量份填料、3重量份乳胶粉、5重量份铬绿、0.2重量份磺化三聚氰胺、3重量份氟硅酸钠继续混合30min，称重包装，得到硬化剂S4。

实施例5

本实施例用于说明本发明公开的硬化剂及其制备方法。

1）在反应装置中加入350重量份甲苯，投入52重量份硒铁合金（粒径为1.5mm）与0.5重量份硅烷偶联剂，通入氮气，在氮气流下升温至90℃搅拌反应4小时，趁热真空抽滤后水洗涤得初产物，然后将初产物置于烘箱中在100℃下烘干，得耐磨骨料，筛松待用；

2）先将步骤1）得到的耐磨骨料与40重量份硅酸盐水泥加入到双螺旋锥形搅拌机，以3rad/s的转速混合30min，再加入1重量份乳胶粉、0.5重量份钛白粉、3重量份硅酸钠、6重量份丙烯酸粉末、3重量份氟硅酸钠继续混合60min，称重包装，得到硬化剂S5。

实施例6

本实施例用于说明本发明公开的硬化剂及其制备方法。

1）在反应装置中加入400重量份甲苯，投入60重量份硒铁合金（粒径为0.2mm）与0.7重量份硅烷偶联剂，通入氮气，在氮气流下升温至90℃搅拌反应5小时，趁热真空抽滤后水洗涤得初产物，然后将初产物置于烘箱中在100℃下烘干，得耐磨骨料，筛松待用；

2）先将步骤1）得到的耐磨骨料与38重量份硅酸盐水泥加入到双螺旋锥形搅拌机，以5rad/s的转速混合25min，再加入0.1重量份聚羧酸减水剂、0.2重量份萘系减水剂、5重量份颜料、0.8重量份磺化三聚氰胺、3.2重量份硅酸钠、8重量份丙烯酸粉末、4重量份氟硅酸钠继续混合60min，称重包装，得到硬化剂S6。

对比例1

本对比例用于对比说明本发明公开的硬化剂及其制备方法。

硬化剂的制备方法与实施例2相同，不同的是，未进行步骤1），直接将未经偶联剂包覆的骨料与水泥混合。得到硬化剂D1。

对比例2

本对比例用于对比说明本发明公开的硬化剂及其制备方法。

硬化剂的制备方法与实施例2相同，不同的是，删除步骤1），将骨料按专利CN101935175A中所述方法进行改性。得到硬化剂D2。

对比例3

本对比例用于对比说明本发明公开的硬化剂及其制备方法。

将55重量份石英砂（粒径为0.15-0.5mm的骨料占8wt%，粒径为0.5-1mm的骨料占32wt%，粒径为1-1.6mm的骨料占50wt%，粒径为1.6-3mm的骨料占10wt%）、32重量份硅酸盐水泥加入到双螺旋锥形搅拌机，以1.5rad/s的转速混合5min，然后依次加入7重量份橡胶颗粒（天然橡胶，粒度为20目）、0.5重量份聚羧酸减水剂、3重量份硅微粉、0.15重量份硅氧烷类消泡剂、0.35重量份磺化油润湿剂、1.5重量份铁红、0.5重量份磺化三聚氰胺，然后以2.0rad/s的转速混合15min，称重包装，得到硬化剂D3。

性能测试

对以上制备得到的硬化剂S1-S6、D1-D3进行如下性能测试。

1、抗折强度

按照GB/T 17671-1999进行测试。

2、抗压强度

按照GB/T 17671-1999进行测试。

3、耐磨性

按照GB/T 16925-1997进行测试。

4、抗水渗性

按照GB/T 50082-2009测试样品的P10渗透高度。

5、动弹性模量

按照GB/T 50082-2009进行测试。

6、摩擦系数

按照GB/T 4001-2006进行测试。

以上测试结果填入表1。

表1

样品	抗折强度/MPa	抗压强度/MPa	耐磨性	抗水渗性/mm	动弹性模量	摩擦系数
							S1	15.8	110.6	4.8	21	79300	0.81
S2	16.1	108.7	5.0	24	78600	0.78
							S3	17.3	114.8	5.5	18	85500	0.80
S4	14.9	105.3	4.8	20	77900	0.71
							S5	17.5	115.9	5.6	22	91200	0.80
S6	16.9	116.5	5.8	20	92000	0.78
							D1	12.2	89.8	3.5.	30	65300	0.66
D2	13.9	101.6	3.8	31	68900	0.69
							D3	14.2	92.8	4.2	28	71200	0.70

 以上测试结果可以看出，本发明提供的硬化剂的耐磨性、抗折强度、与抗压强度较现有技术中优异。本发明中，对骨料表面进行改性与水溶性丙烯酸树脂的加入粉末均大大提升了试件的抗折、抗压强度与动弹性模量等性能；而丙烯酸树脂粉末、硅酸钠或氟硅酸钠的加入，则对试件的抗水渗性提升起到了决定性作用。

进一步地，骨料表面硅烷偶联剂与水泥还有丙烯酸树脂体系的共同作用，使得本发明试件的整体强度得到了有效提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种硬化剂，包括骨料、水泥、助剂，其特征在于，所述骨料表面包覆有硅烷偶联剂。

2.根据权利要求1所述的硬化剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂的重量为骨料重量的0.5-2wt%。

3.根据权利要求1所述的硬化剂，其特征在于，所述硬化剂中，骨料含量为40-60wt%，水泥含量为25-40wt%，助剂含量为4-29wt%。

4.根据权利要求1所述的硬化剂，其特征在于，还包含有水溶性丙烯酸树脂粉末，且占硬化剂总量的3-8wt%。

5.根据权利要求1所述的硬化剂，其特征在于，所述骨料选自石英砂、石榴砂、碳化硅、刚玉、硒铁合金、棕刚玉、锡钛合金、金刚砂、钢渣、陶瓷颗粒中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的硬化剂，所述骨料粒径为0.1-2.5mm。

7.根据权利要求1所述的硬化剂，其特征在于，所述助剂包括减水剂、填料、乳胶粉的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的硬化剂，所述减水剂含量为0.1-0.5wt%，填料含量为3-6wt%，乳胶粉含量为1-3wt%。

9.根据权利要求8所述的硬化剂，其特征在于，所述减水剂选自聚羧酸减水剂和/或萘系减水剂；所述填料选自硅微粉和/或粉煤灰；所述乳胶粉为可分散性乳胶粉。

10.根据权利要求1、7、8或9任意一项所述的硬化剂，其特征在于，所述助剂中还包括颜料和/或增色剂，所述颜料选自钛白粉、立德粉、铁红、铁黄、铬绿、酞菁蓝或酞菁绿中的一种或多种；所述增色剂为磺化三聚氰胺；所述颜料占硬化剂总量的0-5wt%，所述增色剂含量为0-0.8wt%。

11.根据权利要求1所述的硬化剂，其特征在于，所述硬化剂中还含有硅酸钠和/或氟硅酸钠，且硅酸钠和/或氟硅酸钠占硬化剂总量的3-8wt%。

12.一种硬化剂的制备方法，包括将骨料、水泥混合、助剂进行混合，其特征在于，所述骨料表面包覆有硅烷偶联剂。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述混合方法为：在搅拌机中，以3-10rad/s的转速，先将骨料与水泥混合10-30min，再加入助剂继续混合30-60min。