CN103992135A - 一种混凝土养护剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土外加剂领域，具体涉及一种混凝土养护剂，由以下功能组分按重量百分比例配制而成：水玻璃20％～40％、聚合硫酸铝1％～5％、聚乙二醇2％～8％、有机硅烷4％～8％、羟丙基甲基纤维素0.1％～0.3％、水余量。本发明成本低廉，不含有毒有害成分，兼有无机类养护剂膜层致密坚硬、有机类养护剂保水率好的双重性能，通过渗透和扩散作用进入混凝土内部促进水化反应，致密表层结构，同时能与水化产物及表层硅氧键交联结合，形成刚性憎水膜层，封堵混凝土表层孔隙阻止水分蒸发，起到渗透养护、保水自养的作用。将本发明喷洒在混凝土表面，能有效提高混凝土抗压强度、抗裂性能和减小体积收缩。

Description

一种混凝土养护剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土养护剂，可用于公路、机场跑道、桥梁路面等水平结构的建筑工程，特别适用于高温下的混凝土道路养护，属于混凝土外加剂技术领域。

背景技术

养护是获得高质量混凝土的重要环节，它不仅影响混凝土强度的发展，而且影响着混凝土的耐久性，特别是表面层混凝土的性能。目前工程中采用的养护方法主要以喷雾洒水养护、潮湿覆盖物养护、塑料膜养护等传统养护手段为主，费时费力且污染环境。受施工人员素质、作业水平及施工组织的影响，现浇混凝土普遍存在养护不到位的现象，尤其是在炎热的夏季，混凝土表面失水过快，同时受混凝土收缩、应力约束作用形成的早期裂缝较为普遍，给工程重量带来较大隐患。

近年来，养护逐渐受到人们重视，市场上相继出现许多价格和性能差异较大的养护剂产品。目前，国内市面上的各类成膜养护剂主要分无机和有机两大类，根据工程和地域气候特点均有其应用市场，但因性能各有优略，不能很好地满足现代复杂的建筑结构需求，限制了大范围的推广应用。无机类养护剂是国内最早被应用的养护产品，靠渗入混凝土表层并参与水化反应封堵表层孔隙实现养护效果，因其成本低廉而受工程青睐，但其保水率仅20％～30％，在30℃以上的干旱地区不能有效的阻止混凝土表层水分的蒸发，浓度高时应用还会出现表层鱼网状龟裂或表面疏松现象。另外，无机类养护剂因其渗透反应的特点，就其是否为薄膜类养护剂尚存在争议，美国ASTMC309中也明确指出硅酸盐类养护剂不适用于薄膜类养护剂标准；有机类养护剂靠其成膜组分粘附在混凝土表层上形成致密隔水薄膜来实现养护，因成膜效果好，其保水率较无机类产品大幅提高，是目前最受欢迎的养护产品，但大多存在配制工艺复杂、成本高、喷洒时间控制严格、且大多含有毒易挥发有机组分等问题。另外，有机膜层性能上也存在许多有待提高的缺陷，如遇水膜层易溶胀，耐磨性差，表层抗裂性不够等。

广西大学罗必圣等人研制的“水玻璃基混凝土养护与增强剂的制备方法”(专利申请号：201210174740.8)，其3d、7d混凝土抗压强度明显提高，28d、90d强度与标准养护下的试样相当，混凝土表层的耐磨性得到提高，但3d有效保水率仅为20％～35％；潘卫等人研制的“一种水泥混凝土养护剂”(专利号：CN1059896)，以水玻璃为基体，利用氯化镁的吸湿性作无机吸水剂补充混凝土表面散失的水分，但溶液带入的氯离子会加速钢筋的锈蚀；辽宁省建筑科学研究院赵海南等人研制的“改性乳化石蜡混凝土养护剂”(专利号：CN101298373)，利用石蜡的憎水和封闭能力和聚合物乳液配制养护剂，提高了石蜡乳液的成膜能力、与混凝土表面的粘接和吸附能力，有效保水率达到90％以上，但合成工艺复杂，原料成本高，另外喷洒时需严格控制在表面刚停止泌水时进行，过早或过迟都影响养护的效果，不利于施工。

目前，有机类养护剂多以苯丙乳液为主。上海三瑞化学有限公司傅乐峰等人研制的“水基液膜型混凝土养护剂”(专利号：CN1171831)和潍坊市大元实业有限公司季元升等人研制的“一种混凝土养护剂”(专利号：CN101219867)，均是通过苯丙乳液配制而成，利用有机溶剂挥发而形成高分子薄膜，由于苯丙高分子的疏水性差，其保水性能并不理想，而且膜层呈柔性且易磨损；江苏博特新材料有限公司李磊等人研制的“一种混凝土养护剂的制备方法”(专利申请号：201010532946.4)，虽通过引入超疏水基团有机氟不饱和单体提高了苯丙高分子疏水性，保水率可达到95％以上，但原料繁多、合成时间长、工艺复杂，成本也较高，在表层抗裂性方面也并未体现。四川华蓥建工集团有限公司匡全明等人研制的“多功能水泥混凝土减缩抗裂养护剂”(专利号：CN101565284)，利用减缩剂减缩机理和有机高分子养护剂成膜机理，将两类助剂混合，起到了较好的抗裂、减缩和增强的养护效果，但减缩剂价格高昂，其配制成本也高。

JC901-2002《水泥混凝土养护剂》中要求养护剂应具有较高的保水率、抗压强度比、膜层耐侯性，对于工程来说，更加关注的是养护效果，即养护至一定龄期的抗裂减缩性。因为喷涂养护剂后的试件，相比同条件下的养护，仅能提高混凝土抗压强度2～8MPa，容易因试块强度离散、操作不当和系统误差等原因造成养护效果被掩盖，而一定的抗裂性能或减缩性能是养护效果最直接的体现。养护剂的抗裂减缩性能与产品的保水性能、膜层与表层混凝土的亲合力及膜层的致密度和硬度密切相关。虽然混凝土的开裂机理和减缩机理不同，但如果膜层保水率较好，就能起到一定的降低收缩和防开裂作用，对强度发展无疑是有利的。因此，养护剂需要在抗裂减缩性能方面进行深入研究和提高，但具备这项性能的养护剂很少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种混凝土养护剂，本发明中的混凝土养护剂能提高混凝土的抗压强度，利于混凝土后期强度增长，且高温条件下的养护效果更好，具有较好的抗裂减缩效果。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种混凝土养护剂，它由水玻璃、聚合硫酸铝、聚乙二醇、有机硅烷、羟丙基甲基纤维素和水混合而成，其各组分的重量百分比为水玻璃20％～40％，聚合硫酸铝溶液1％～5％，聚乙二醇2％～8％，有机硅烷4％～8％，羟丙基甲基纤维素0.1％～0.3％，余量的水。

按上述方案，所述的水玻璃为模数1.9～2.1的工业钠水玻璃。

按上述方案，所述聚合硫酸铝溶液的固含量为36～38％。

按上述方案，所述聚乙二醇的数均分子量为195～205。

按上述方案，所述的有机硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。

按上述方案，所述羟丙基甲基纤维素的粘度为100000～200000mPa·s。

上述混凝土养护剂的制备方法包括以下步骤：

1)准备原料：水玻璃20％～40％，聚合硫酸铝溶液1％～5％，聚乙二醇2％～8％，有机硅烷4％～8％，羟丙基甲基纤维素0.1％～0.3％，余量的水，总量为百分之百；

2)按配比，将有机硅烷、聚乙二醇分别与水总量的20-25％混合配制成有机硅烷溶液、聚乙二醇溶液；

3)将羟丙基甲基纤维素与水总量的50-60％混合，在20～25℃溶胀1～2小时，然后于40℃～50℃下高速搅拌至羟丙基甲基纤维素溶解，形成质量浓度0.5％～1.5％的羟丙基甲基纤维素溶液；

4)在20～25℃下，将聚乙二醇溶液加入到水玻璃中搅拌25-35min，使它们充分混合均匀；

5)将聚合硫酸铝溶液、有机硅烷溶液、羟丙基甲基纤维素溶液依次加入步骤4)所得溶液中，在加入过程中对混合液不停进行搅拌，使各组分充分混合均匀，即得到混凝土养护剂。

按上述方案，所述的养护剂在应用时采用喷涂的方式，喷涂量为0.125～0.25kg/m²。

本发明中水玻璃基体能渗透进入混凝土表层，激发和促进水化产物生成，封堵毛细孔，减小水分蒸发；聚乙二醇能较好的分散基体并起稳定作用，提高基体的抗老化能力，促进水玻璃液膜向表层混凝土渗透，增强基体与混凝土的粘接力；聚合硫酸铝溶液能促进表层混凝土水化反应，快速生成致密物质，填充水泥石结构，并协同基体形成刚性膜层，封堵表层孔隙阻止水分损失；羟丙基甲基纤维素能提高养护液粘度，提高施工性能，同时具有一定的保水作用，使基体和增强剂充分渗透反应；有机硅烷能与混凝土水化产物及表层硅氧键结合，生成致密隔水膜层，进一步保护刚性膜层和阻止水分流失。

与传统的养护剂相比，本发明具有以下优点：

1)本发明所述养护剂同时兼有无机类养护剂膜层致密坚硬、有机类养护剂保水性好的双重优良性能，通过渗透和扩散作用进入混凝土内部促进水化反应，致密表层结构，同时能与水化产物及表层硅氧键交联结合，形成刚性憎水膜层，封堵混凝土表层孔隙阻止水分蒸发，起到渗透养护、保水自养的作用。将本发明喷洒在混凝土表面，能有效提高混凝土抗压强度、抗裂性能和减小体积收缩，具有良好的耐候性。

2)本发明所述养护剂无刺激性气味，不含有毒和对混凝土有害的成分，与混凝土亲合性好，配制工艺简单，价格低廉，1kg喷洒面积可达4～8m²。

本发明可适用于公路、机场跑道、桥梁路面等水平结构的建筑工程，特别适用高温下的混凝土道路养护。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1～3中混凝土养护剂中各组分重量百分比如表1中的混合(剩余量为水，总重量百分比补足100％)：

其中，水玻璃为模数2.0的工业钠水玻璃；聚合硫酸铝溶液固含量为37.1％；聚乙二醇的数均分子量为200；有机硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷；羟丙基甲基纤维素的粘度为170000mPa·s。

各实施例中混凝土养护剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将有机硅烷、聚乙二醇分别与配方中水总量20％的水混合配制成溶液；

2)将羟丙基甲基纤维素在20～25℃的剩余水中溶胀1～2小时，然后在40℃～50℃下高速搅拌至羟丙基甲基纤维素溶解，形成质量浓度0.5％～1.5％的羟丙基甲基纤维素溶液；

3)在20～25℃下，将聚乙二醇溶液加入到水玻璃中搅拌30min，使它们充分混合均匀；

4)将聚合硫酸铝、有机硅烷溶液、羟丙基甲基纤维素溶液依次加入步骤3)所得溶液中，在加入过程中对混合液不停进行搅拌，使各组分充分混合均匀，即得到混凝土养护剂。

上述各实施例中的水玻璃基体能渗透进入混凝土表层，激发和促进水化产物生成，封堵毛细孔，减小水分蒸发；聚乙二醇能较好的分散基体并起稳定作用，提高基体的抗老化能力，促进水玻璃液膜向表层混凝土渗透，增强基体与混凝土的粘接力；聚合硫酸铝能促进表层混凝土水化反应，快速生成致密物质，填充水泥石结构，并协同基体形成刚性膜层，封堵表层孔隙阻止水分损失；羟丙基甲基纤维素能提高养护液粘度，提高施工性能，同时具有一定的保水作用，使基体和增强剂充分渗透反应；有机硅烷能与混凝土水化产物及表层硅氧键结合，生成致密隔水膜层，进一步保护刚性膜层和阻止水分流失。

将实施例1～3中的混凝土养护剂分别在C35和C60混凝土展开喷涂试验。试验中C35和C60混凝土配合比见表2。

表2混凝土配合比

混凝土养护剂的喷涂方法：新拌混凝土试件成型后，收光抹平表面，待混凝土表面终凝前，用手轻触表面无自由水分时进行喷涂，喷涂量为0.2kg/m²，喷涂应均匀。为提高养护效果，喷涂可分两阶段进行，第一阶段喷涂总量的60％，待初步成膜后，在与第一阶段操作的垂直方向喷涂剩余养护剂。

强度测试的立方体试块分别放在室内、室外暴晒、和标准养护条件下养护。其中，喷涂养护剂的立方体试块分别放在室内和室外暴晒下养护，不喷涂养护剂的对比立方体试块分别放在上述三种条件下养护，另外表面不喷涂但覆盖薄膜的放在室内条件下养护，共6类对比试块；抗压强度比测试参考JC901-2002《水泥混凝土养护剂》进行，对比3d、28d抗压强度。为减小试验误差，每类试块各龄期成型2组，除放置标准养护室养护的对比试块成型后24h脱模外，其它对比试块均带模养护到相应龄期。

抗裂性能测试参考CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中的平板法进行，试验在室外暴晒条件下测试养护剂喷涂后各标号混凝土2d的开裂状况，计算开裂面积，结果用抗裂等级表示。

收缩性能测试采用非接触法混凝土变形测试仪进行。空白试件为自然敞露，对比试件采用薄膜全封闭覆盖，测试试件喷涂养护剂，待成膜后统一进行测定，环境温度为(20±2)℃，湿度为50％～60％。

上述实施例1-3的强度测试、抗裂性能测试、收缩性能测试试验结果分别见表3、表4、表5。

表3实施例的抗压强度比测试结果

表4实施例的抗裂测试结果

表5实施例的收缩测试结果

上述实施例结果表明，本发明中的混凝土养护剂能提高混凝土的抗压强度，利于C35混凝土后期强度增长，且高温条件下的养护效果更好。另外，本发明的养护剂具有较好的抗裂减缩效果，实施例2和实施例3的防裂减缩作用更明显。从以上试验数据可充分说明，该养护剂具备养护、抗裂、减缩三重作用，其性能较目前同类产品有较大提高，具有较好的应用潜力。

本发明的保护范围并不限于上述实施例，其它与本发明实质相同的技术方案都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种混凝土养护剂，其特征在于它由水玻璃、聚合硫酸铝、聚乙二醇、有机硅烷、羟丙基甲基纤维素和水混合而成，其各组分的重量百分比为水玻璃20％～40％，聚合硫酸铝溶液1％～5％，聚乙二醇2％～8％，有机硅烷4％～8％，羟丙基甲基纤维素0.1％～0.3％，余量的水，总量为100％。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土养护剂，其特征在于所述的水玻璃为模数1.9～2.1的工业钠水玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土养护剂，其特征在于所述的聚合硫酸铝溶液的固含量为36～38％。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土养护剂，其特征在于所述的聚乙二醇的数均分子量为195～205。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土养护剂，其特征在于所述的有机硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土养护剂，其特征在于所述羟丙基甲基纤维素的粘度为100000～200000mPa·s。

7.根据权利要求1-6所述的任意一种混凝土养护剂，其特征在于所述的养护剂在应用时采用喷涂的方式，喷涂量为0.125～0.25kg/m²。

8.根据权利要求1-6所述的任意一种混凝土养护剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)准备原料：水玻璃20％～40％，聚合硫酸铝溶液1％～5％，聚乙二醇2％～8％，有机硅烷4％～8％，羟丙基甲基纤维素0.1％～0.3％，余量的水，总量为百分之百；

2)按配比，将有机硅烷、聚乙二醇分别与水总量的20-25％混合配制成有机硅烷溶液、聚乙二醇溶液；

3)将羟丙基甲基纤维素与水总量的50-60％混合，在20～25℃溶胀1～2小时，然后于40℃～50℃下高速搅拌至羟丙基甲基纤维素溶解，形成质量浓度0.5％～1.5％的羟丙基甲基纤维素溶液；

4)在20～25℃下，将聚乙二醇溶液加入到水玻璃中搅拌25-35min，使它们充分混合均匀；

5)将聚合硫酸铝溶液、有机硅烷溶液、羟丙基甲基纤维素溶液依次加入步骤4)所得溶液中，在加入过程中对混合液不停进行搅拌，使各组分充分混合均匀，即得到混凝土养护剂。