CN105541173B - 一种渗透型液体硬化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渗透型液体硬化剂及其制备方法，以质量百分数计，包括如下组分：水30%～70%、络合组分0.5%～2.0%、促进组分0.4%～1.0%、硅酸锂溶液20%～60%、抗渗剂2%～8%、表面活性剂0.02%～0.1%。本发明采用离子络合法延长硬化剂凝胶化反应时间，使得硬化剂在混凝土表面渗透更深入，与钙离子反应更彻底；本发明为强碱性溶液，涂刷于混凝土表面可大幅度降低表面吸水量，提高混凝土表面耐磨性，本发明不含VOC，属于环保产品，可用于室内和室外混凝土表面增强处理。

Description

一种渗透型液体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，具体涉及一种渗透型液体硬化剂及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

混凝土外加剂是混凝土不可缺少的重要组成部分，随着建筑业的飞速发展，商品混凝土应运而生，这种混凝土集中搅拌，远距离运输到建筑工地浇筑，效率高，性能有保障，其次节约能源，环境友好，国家为此编订了《混凝土泵送施工技术规程》标准，引导商品混凝土的健康发展。

水泥与水发生非常复杂的化学反应，生成坚硬的水合物，把填充其中的集料胶结在一起，形成抗压强度很高的结构体，具有经济、耐久、耐火、高抗压性能等优点。混凝土的强度主要来源于混凝土中的水泥成分中的硅、钙在水的作用下生成的硅酸钙化合物（C-S-H），C-S-H就是混凝土中起主要强度作用的物质。混凝土内部在混凝土初凝后仍一直在进行着缓慢的C-S-H水合反应，这种反应在自然状况下无法完全进行，总有大量游离的钙离子没有反应生成C-S-H，从而使得混凝土无法达到最理想的强度。渗透型液体硬化剂中所含的活性硅酸根离子与混凝土中未反应成硅酸钙的游离钙离子反应生成硅酸钙水合物（C-S-H），使混凝土中的钙离子进一步参与反应，可以大幅度地提高混凝土的强度和硬度。

现有市场有三代产品：第一代为钠基产品，有限提高混凝土强度和耐磨性，缺点是控制不好、容易泛碱发白；第二代为钾基产品，这种产品在国内市场不是很常见，其性能比钠基的稍微有所改进，但不是很明显，替换的可能性很小；第三代为锂基产品，性能较前两代好，但是这种产品种类少，仅有少数几家公司生产，导致价格昂贵，一般只应用于机场、水利、港口等高端工程领域。

同时，现有硬化剂利用醇类化合物提高硬化剂的稳定性以及水泥的早期水化效果；而其中的硅酸根离子与钙离子急速反应，形成晶体而堵塞毛细孔，导致硅酸根离子无法更深入的渗透入混凝土，使用效果较差，并造成混凝土强度弱、表面性能诸如耐水、耐磨性能不佳。

发明内容

本发明目的是提供一种渗透型液体硬化剂及其制备方法，该渗透型液体硬化剂粘度低，避免了现有硬化剂容易聚集混凝土表面的缺陷，并且与钙离子反应彻底，大幅提高混凝土的强度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种渗透型液体硬化剂，以质量百分数计，包括如下组分：

水 30%～70%

络合组分 0.5%～2.0%

促进组分 0.4%～1.0%

硅酸锂溶液 20%～60%

抗渗剂 2%～8%

表面活性剂 0.02%～0.1%

所述硅酸锂溶液的模数为2～15，质量浓度为10%～30%；

所述抗渗剂为甲基硅酸钾、甲基硅酸钠中的一种；

所述络合组分包括乙二胺四乙酸二钠和氢氧化钠，乙二胺四乙酸二钠和氢氧化钠的质量比为 1∶（0.5～1.5）；

所述促进组分包括碳酸氢钠、氟硅酸钠和偏铝酸钠，碳酸氢钠、氟硅酸钠和偏铝酸钠的质量比为 （2.5～3.5）∶1∶（3.5～4.5）。

上述技术方案中，所述水为自来水。一方面无需增加水处理成本，同时自来水中的矿物离子有利于硬化剂在混凝土固化过程发挥作用。

上述技术方案中，所述表面活性剂为硅表面活性剂和/或氟表面活性剂；本发明仅利用较少量的表面活性剂，配合其他组分，得到的硬化剂中，各组分相容性好，利于硬化剂的应用。

优选的技术方案中，所述络合组分中，乙二胺四乙酸二钠与氢氧化钠的质量比为1；所述氢氧化钠为工业级，片状固体，纯度96%以上。本发明络合剂通过络合混凝土当中的钙离子，抑制硅酸根离子与钙离子急速反应，形成晶体而堵塞毛细孔。因此，在络合剂的作用下，硅酸根离子与钙离子的反应速度变缓，从而为硅酸根离子更深入的渗透提供了时间，确保硬化剂渗透深度更深，使用效果更好。

优选的技术方案中，所述促进组分中，碳酸氢钠、氟硅酸钠、偏铝酸钠的质量比为1.5∶0.5∶2。现有促进组分在水溶液中溶解度小，且溶液析出白色沉淀，尤其是偏铝酸盐，容易形成氢氧化铝凝胶，而影响其促进效果；本发明在促进组分与络合组分共同作用下，可解决此问题，得到的硬化剂为透明澄清溶液。由于硅酸锂溶液成膜后，耐水性欠缺，渗透到毛细孔当中的硅酸锂溶液，不能100%与钙离子反应，剩余部分会干燥成膜，填充在毛细孔当中，导致现有技术存在耐水性差的缺陷；本发明促进组分的存在，可以促进硅酸盐溶液在毛细孔当中生成不溶于水的凝胶，从而提高硬化剂的渗透性和耐水性。

本发明中，硅酸锂溶液的模数是指二氧化硅与氧化锂的摩尔比，质量浓度是指硅酸锂的质量含量；优选的技术方案中，质量模数为6～12，质量浓度为15%～25%；硅酸锂溶液与硅酸钠、硅酸钾相比，其分子更小，更容易渗入毛细孔当中，且分布更为均匀，而不是聚集在表面或在渗透最深处。锂基混凝土密封固化剂可以很大程度上降低或避免混凝土和耐磨地面的发丝状裂纹，可以更大程度上提高混凝土和耐磨地面的抗压强度和耐磨性。硬化剂渗入毛细孔当中与钙离子的反应性能与硅酸锂溶液的质量模数和浓度有很大关系，模数越大，浓度越高，利于渗入毛细孔当中有效成分的量，但会导致液体表面张力高而难以渗入毛细孔当中。本发明限定硅酸锂溶液的模数为2～15，质量浓度为10%～30%，有利于硅酸锂溶液快速、大量的渗入混凝土的毛细孔中，从而堵塞混凝土内部空隙，提高密实度，使得混凝土表面强度和耐磨度大幅度提高。

优选的，渗透型液体硬化剂，以质量百分数计，包括如下组分：

水 42%～64%

络合组分 0.8%～1.2%

促进组分 0.4%～1.0%

硅酸锂溶液 30%～50%

抗渗剂 4%～6%

表面活性剂 0.05%～0.10%。

本发明公开的渗透型液体硬化剂中，在表面活性剂作用下，渗透型液体硬化剂的表面张力非常低，当渗透型液体硬化剂涂刷于混凝土表面时，硬化剂中所含的活性硅酸根离子与络合离子快速渗透到混凝土内部，络合离子率先与钙离子络合，确保活性硅酸根离子渗透的更深入，最后活性硅酸根离子在促进剂的作用下，与游离钙离子反应生成硅酸钙水合物（C-S-H），从而堵塞混凝土内部空隙，提高密实度，使得混凝土表面强度和耐磨度大幅度提高。本发明通过调整活性硅酸根离子、络合组分之间的比例，继续保留传统锂基硬化剂反应性能强的优点，同时在硬化剂渗入混凝土内部过程中有效避免游离钙与活性硅酸根离子急速反应，避免传统硬化剂对水泥的早强速凝作用，有利于硅酸根离子深入混凝土内部，从而大幅提高混凝土强度；通过络合组分与促进组分的配合，提高络合剂的溶解度和促进剂在水溶液中的稳定性，防止白色沉淀析出；通过甲基硅酸盐的加入，在固化后的混凝土表面形成一层憎水膜以达到防尘、拒水的作用，有效地抑制了水、油和其它腐蚀性物质侵入。通过各组分的配合，有效增加活性硅酸根离子的渗入能力，在增加混凝土内部固化程度的同时在混凝土表面形成有效的阻隔层；从而大幅提高了混凝土的强度与耐磨性能。

上述渗透型液体硬化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氢氧化钠加入水中；然后待氢氧化钠溶解后，于低速搅拌下，依次加入乙二胺四乙酸二钠和促进组分；然后高速搅拌，直到溶液澄清；然后于低速搅拌下将澄清的溶液加入硅酸锂溶液中；然后中速搅拌，得到混合液；

（2）低速搅拌下，将抗渗剂和表面活性剂加入水中；然后加入步骤（1）的混合液，持续低速搅拌，即得到所述渗透型液体硬化剂；

所述低速搅拌的转速控制为50-100rpm；所述中速搅拌的转速控制为200-300rpm；所述高速搅拌的转速控制为500-600rpm。

上述技术方案中，步骤（1）中水的质量与步骤（2）中水的质量比为7∶3。

上述技术方案中，步骤（1）中，待澄清的溶液自然冷却至室温后再加入硅酸锂溶液中。

上述技术方案中，步骤（1）中，中速搅拌的搅拌时间20min。

上述技术方案中，步骤（2）中，持续低速搅拌的搅拌时间20min。

硬化剂的制备工艺影响硬化剂产品的性能，进而影响硬化剂的应用效果；而现有技术对硬化剂制备没有特别限制，混合均匀即可。本发明步骤（1）首先采用低速搅拌有利于乙二胺四乙酸二钠和促进组分的加入，而不会导致氢氧化钠溶液飞溅出来，从而出现安全事故；然后高速搅拌有利于乙二胺四乙酸二钠和促进组分的充分溶解，从而得到的硬化剂为透明澄清溶液，没有悬浮颗粒存在，也更有利于有效成分渗入到毛细孔当中，促进有效成分与毛细孔中的钙离子反应，生成不溶性晶体；步骤（2）低速搅拌条件下加入抗渗剂和表面活性剂，不会产生大量气泡，避免中速或高速搅拌时溶液产生大量气泡，且不容易消泡，从而得到的硬化剂为透明澄清溶液。本发明通过各组分合理配制，比如络合组分以及促进组分，结合制备工艺，创造性的得到透明澄清的硬化剂溶液；取得了意想不到的技术效果。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:

1．本发明公开的渗透型液体硬化剂组成合理，通过硅酸锂与其他组分的配合，制备产品的粘度低，活性硅酸根离子可以有效被混凝土吸收，而且在混凝土内部分散均匀、分布广；避免了现有硬化剂容易聚集在混凝土表面的缺陷。

2．本发明公开的渗透型液体硬化剂中，络合组分、促进组分相互配合，延长了活性硅酸根离子与游离钙的凝胶化反应时间，使得硬化剂渗透更深入，与钙离子反应更彻底，有效发挥了活性硅酸根离子的功效；克服了现有存在的硅酸根离子与游离钙离子反应的速度非常快，无法满足渗透深度的要求，而降低硅酸锂的用量可以增加凝胶化时间，却无法满足产品性能的要求的问题。

3. 本发明公开的渗透型液体硬化剂制造方法中，低速搅拌各种原料的添加，而不会导致溶液飞溅出来，从而出现安全事故；高速搅拌有利于各组分的充分溶解，从而确保硬化剂为透明澄清溶液，没有悬浮颗粒存在，也更有利于有效成分渗入到毛细孔当中，促进有效成分与毛细孔中的钙离子反应，生成不溶性晶体；加入抗渗剂和表面活性剂后，采用低速搅拌，不会产生大量气泡，确保硬化剂为透明澄清溶液。克服了现有硬化剂体系存在悬浮颗粒、不均一的缺陷。

4．本发明的公开的渗透型液体硬化剂原料组成合理、制备方便、贮存稳定，产品贮存期达1年以上；经过不同搅拌速率的拌合，各组分之间相容性好，可以发挥不同组分的协效作用，从而利于渗透型液体硬化剂功效发挥；并且使用方便，适合工业化应用。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步描述：

实施例：

一种渗透型液体硬化剂，以质量（Kg）计，包括表1的组分。

表1 渗透型液体硬化剂组成

备注：以上所有原料全是市售产品；实施例一中，硅酸锂溶液的模数为3，质量浓度为28%；实施例二中，硅酸锂溶液的模数为8，质量浓度为18%；实施例三中，硅酸锂溶液的模数为12，质量浓度为12%。

上述实施例一至三的制备方法如下：

第一步：称取70%水置于搅拌机中，在低速搅拌环境下加入氢氧化钠，待氢氧化钠完成溶解后依次缓慢加乙二胺四乙酸二钠和促进剂，并进行高速搅拌，直到溶液澄清为止，并自然冷却至室温；

第二步：将硅酸锂溶液倒入搅拌机内，并低速搅拌，然后将第一步所得溶液缓慢倒入搅拌机内，并进行中速搅拌，搅拌时间20min；

第三步：称取30%水置于搅拌机内，并低速搅拌，再依次缓慢加入抗渗剂和表面活性剂，然后将第二步所得溶液缓慢倒入搅拌机内，并持续低速搅拌，搅拌时间20min。

所述低速搅拌的转速控制为50-100rpm；所述中速搅拌的转速控制为200-300rpm；所述高速搅拌的转速控制为500-600rpm。

按上述实施例一至三配比生产无色透明溶液，放置24h后，按JC/T2158-2012《渗透型液体硬化剂》的规定，对基准试件进行处理并进行性能测试，测试性能如表2。

表2渗透型液体硬化剂测试结果

以实施例二的配方为基础，不改变络合组分的含量，仅将络合组分中乙二胺四乙酸二钠与氢氧化钠的质量改为0.8Kg、0.4Kg，得到渗透型液体硬化剂2-1；以实施例二的配方为基础，不改变络合组分的含量，仅将络合组分中乙二胺四乙酸二钠与氢氧化钠的质量改为0.5Kg、0.7Kg，得到渗透型液体硬化剂2-2；以实施例二的配方为基础，不改变促进组分的含量，仅将促进组分中碳酸氢钠、氟硅酸钠和偏铝酸钠的质量改为218.75g、87.5g、393.75g，得到渗透型液体硬化剂2-3。经测试，渗透型液体硬化剂2-1、2-2、2-3的耐磨度比分别为150、149、151；24h表面吸水量降低率分别为84%、85%、86%。

由试验数据可知，本发明为强碱性溶液，涂刷于混凝土表面可大幅度降低表面吸水量，提高混凝土表面耐磨性。该发明不含VOC，属于环保产品，可用于室内和室外混凝土表面增强处理。

Claims (10)

1. 一种渗透型液体硬化剂，其特征在于，以质量百分数计，包括如下组分：

水 30%～70%

络合组分 0.5%～2.0%

促进组分 0.4%～1.0%

硅酸锂溶液 20%～60%

抗渗剂 2%～8%

表面活性剂 0.02%～0.1%

所述硅酸锂溶液的模数为2～15，质量浓度为10%～30%；

所述抗渗剂为甲基硅酸钾、甲基硅酸钠中的一种；

所述络合组分包括乙二胺四乙酸二钠和氢氧化钠，乙二胺四乙酸二钠和氢氧化钠的质量比为 1∶（0.5～1.5）；

所述促进组分包括碳酸氢钠、氟硅酸钠和偏铝酸钠，碳酸氢钠、氟硅酸钠和偏铝酸钠的质量比为 （2.5～3.5）∶1∶（3.5～4.5）。

2.根据权利要求1所述渗透型液体硬化剂，其特征在于：所述水为自来水。

3.根据权利要求1所述渗透型液体硬化剂，其特征在于：所述络合组分中，乙二胺四乙酸二钠与氢氧化钠的质量比为1；所述氢氧化钠的纯度为96%以上。

4.根据权利要求1所述渗透型液体硬化剂，其特征在于：所述促进组分中，碳酸氢钠、氟硅酸钠、偏铝酸钠的质量比为1.5∶0.5∶2。

5.根据权利要求1所述渗透型液体硬化剂，其特征在于：所述表面活性剂为硅表面活性剂和/或氟表面活性剂。

6.根据权利要求1所述渗透型液体硬化剂，其特征在于：所述硅酸锂溶液的模数为6～12，质量浓度为15%～25%。

7. 根据权利要求1所述渗透型液体硬化剂，其特征在于，以质量百分数计，包括如下组分：

水 42%～64%

络合组分 0.8%～1.2%

促进组分 0.4%～1.0%

硅酸锂溶液 30%～50%

抗渗剂 4%～6%

表面活性剂 0.05%～0.10%。

8.权利要求1～7所述任意一种渗透型液体硬化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将氢氧化钠加入水中；然后待氢氧化钠溶解后，于低速搅拌下，依次加入乙二胺四乙酸二钠和促进组分；然后高速搅拌，直到溶液澄清；然后于低速搅拌下将澄清的溶液加入硅酸锂溶液中；然后中速搅拌，得到混合液；

（2）低速搅拌下，将抗渗剂和表面活性剂加入水中；然后加入步骤（1）的混合液，持续低速搅拌，即得到所述渗透型液体硬化剂；

所述低速搅拌的转速控制为50-100rpm；所述中速搅拌的转速控制为200-300rpm；所述高速搅拌的转速控制为500-600rpm。

9.根据权利要求8所述渗透型液体硬化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中水的质量与步骤（2）中水的质量比为7∶3。

10.根据权利要求8所述渗透型液体硬化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，待澄清的溶液自然冷却至室温后再加入硅酸锂溶液中；步骤（1）中，中速搅拌的搅拌时间20min；步骤（2）中，持续低速搅拌的搅拌时间20min。