CN111170765B - 一种多组份混凝土表面增强剂及其增强方法 - Google Patents
一种多组份混凝土表面增强剂及其增强方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种多组份混凝土表面增强剂及其施工方法，所述增强剂包括A、B、C三组分，A组分包括如下重量份的海藻酸钠10‑15份、氟碳表面活性剂0.5‑3份，纳米二氧化硅1‑3份，水补足至100份；B组分包括如下重量份的氟碳表面活性剂1‑5份、可溶性硅酸盐10‑20份、可溶性氟硅酸盐10‑15份、减水剂0.1‑2份，水补足至100份；C组分包括如下重量份的可溶性钙盐5‑10份、氟碳表面活性剂0.5‑3份，水补足至100份。海藻酸钠渗入混凝土内部深层，和Ca2+反应生成不溶性凝胶体系，对表面深层孔隙进行封堵；可溶性硅酸盐和氟硅酸盐渗入，与Ca2+反应生成交联结构的凝胶，对表面表层孔隙进行封堵，两次封堵配合从根本上密实混凝土，有效抑制水、油及其他腐蚀性物质侵入，可大大提高混凝土的耐久性。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种多组份混凝土表面增强剂及其增强方法。
背景技术
水泥基材料作为当前应用最为广泛的建筑材料，无论是高楼大厦还是高速、高铁、水利水电、工业和民用建筑等都离不开水泥基建筑材料，然而由于表面强度低、孔隙率高造成起灰、起尘、露石等现象极为普遍，表面性能劣化严重影响其使用性能及耐久性，致使材料使用寿命大大缩短，这样势必会造成大量建筑工程的返修和重建，进一步增加水泥基材料的用量，是资源的极大浪费，所以表面层的性能已经成为影响混凝土材料耐久性的重要因素之一，研究提高水泥基材料表面性能、延长使用寿命是低碳经济时代节能减排、节约资源、保护环境的有效途径之一。
混凝土表面增强剂是一种多成分化学试剂，粘度小，涂刷或喷涂在混凝土表面，能快速渗透至混凝土内部，与混凝土中水泥水化的副产物发生反应，生成大量的凝胶，这些凝胶能堵塞混凝土内部毛细微孔，从而增加混凝土的表面性能，如密实性、抗压强度、硬度、耐磨性，气密性、抗渗及抗碳化能力。
由混凝土表面增强剂中各成分间的反应情况来划分，混凝土表面增强剂分为单组分型和多组份型。因为单组分型混凝土表面增强剂不能根据实际使用环境灵活的调配，且成分复杂，反应不可控，所以目前多组份型具有很大的发展潜力，并且多组份型混凝土表面增强剂也得到了本领域研究者的广泛关注，如专利CN104557137A公开了一种双组分混凝土表面增强剂及其制备与使用方法，双组分混凝土表面增强剂包括补强剂A与反应剂B两种水剂；补强剂A为工业级硝酸钙配制的水溶液，反应剂B为工业级硫酸铝、碳酸钾、硅酸钠、氟硅酸镁中的一种配制的水溶液。专利CN108975952A公开了一种混凝土表面增强剂及其使用方法，该混凝土表面增强剂由A、B、C、D四种组份组成，其中，所述A组份为可溶性钙盐水溶液；所述B组份为氟硅酸盐、水化硅酸钙凝胶粉、三乙醇胺、纤维素醚、聚羧酸减水剂、聚醚改性硅消泡剂的混合水溶液；所述C组份为可溶性铝盐、活性纳米碳酸钙、纤维素醚、聚羧酸减水剂、聚醚改性硅消泡剂的混合水溶液，所述D组份是以异辛基三乙氧基硅烷作为活性稀释剂与有机硅低聚物混合而成的有机硅低聚物乳液。上述专利中多组分混凝土表面增强剂一定程度上能够提高混凝土的回弹值，有效的改善混凝土表面的强度和硬度，但最终形成的表面增强层的吸水率高、耐久性不好，所以混凝土表面增强剂的耐久性亟待进一步的改善提高。
发明内容
为克服现有技术中混凝土表面增强剂无法深入到混凝土深处，进而导致的表面耐久性差的缺陷，本发明提供了一种能够深入混凝土表面深处的增强剂，能够有效填补混凝土“深层”的孔隙，进一步增强了混凝土表面的耐久性。
本发明的一个目的在于提供一种多组份混凝土表面增强剂，该增强剂中含有海藻酸钠和氟碳表面活性剂，海藻酸钠在氟碳表面活性剂的带动下，可以渗入混凝土“深层”，经与钙离子反应产生海藻酸钙凝胶，海藻酸钙封堵孔隙，形成混凝土表面“深层”屏障，防止水或腐蚀性物质渗入；可溶性硅酸盐和氟硅酸盐渗入混凝土，与钙离子反应生成大量致密性的水化产物，堵塞毛细孔隙，增加混凝土表面“表层”致密性，不仅能提高混凝土表面的强度和硬度，还克服了现有技术中混凝土表面增强剂对混凝土表面耐久性提高不大的缺陷，能极大的提高混凝土表面的耐久性。为实现上述目的，本发明采取的具体的技术方案为：
一种多组份混凝土表面增强剂，其特征在于，包括A、B、C三组份，所述A组分包括如下重量份原料：海藻酸钠10-15份、氟碳表面活性剂0.5-3份，纳米二氧化硅1-3份，水补足至100份；所述B组分包括如下重量份原料：氟碳表面活性剂1-5份、可溶性硅酸盐10-20份、可溶性氟硅酸盐10-15份、减水剂0.1-2份，水补足至100份；所述C组分包括如下重量份原料：可溶性钙盐5-10份、氟碳表面活性剂0.5-3份，水补足至100份。
优选的，A组分中所述海藻酸钠的重量和ABC三组分中所述氟碳表面活性剂总的重量比为10-15:2-10，优选为10-15:2-5。
海藻酸钠是一种杂多糖，分子内含有-COO-基团，海藻酸钠在氟碳表面活性剂的带动下，可以渗入混凝土“深层”，当海藻酸钠与二价阳离子，比如Ca2+相遇时，海藻酸钠中的Na+与Ca2+发生交换，使海藻酸钠向凝胶转变，并填充于混凝土表面较深的微观缺陷和孔隙中，形成混凝土表面“深层”屏障，防止水或腐蚀性物质渗入从而提高混凝土表面的耐久性。
所述氟碳表面活性剂选自阴离子型氟表面活性剂、阳离子型氟表面活性剂、两性型氟表面活性剂及非离子型氟表面活性剂中的至少一种。
优选地，所述氟碳表面活性剂为阴离子型氟表面活性剂，具体选自羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸酯盐型及磷酸酯盐型氟表面活性剂；更为优选地，所述氟碳表面活性剂为Capstone FS-3100，Capstone FS-51及Capstone FS-61中的至少一种。
氟碳表面活性剂是特种表面活性剂的一种，其具有高的化学稳定性，氟表面活性剂中的-CF2-十分稳定，使它具有很高的抗强酸、强碱、强氧化剂的能力，可以在更多苛刻的环境中使用，还有良好的湿润渗透性，添加氟表面活性剂的液体润湿力和渗透力大为提高，在各种不同的物质表面上都能很容易润湿铺展和渗透。
所述可溶性氟硅酸盐没有特别的要求，一般可溶于水的氟硅酸的金属盐即可，具体可以包括氟硅酸镁、氟硅酸钾、氟硅酸钠及氟硅酸锌中的至少一种。B组分中可溶性氟硅酸盐、可溶性硅酸盐可以和C组分中可溶性钙盐反应，生成硅酸钙、氟硅酸钙等不溶性物质，两种不溶性的钙盐产生协同配合作用，这些不溶性物质填充于混凝土的微观缺陷和孔隙中，可以提高混凝土表面的致密性和强度。
所述可溶性硅酸盐没有特别的要求，一般的可溶于水的硅酸盐即可，具体的可以包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸镁中的至少一种。
所述可溶性钙盐为一般的可溶于水的钙盐即可，包括硝酸钙、甲酸钙、氯化钙、亚硫酸氢钙中的至少一种。
所述减水剂包括聚羧酸盐系减水剂、脂肪族减水剂及氨基磺酸盐系减水剂中的至少一种。优选的所述减水剂为聚羧酸盐系减水剂。
聚羧酸盐系减水剂没有特别的限定，具体为不饱和羧酸单体马来酸酐、丙烯酸或甲基丙烯酸等单体共聚而成的聚羧酸盐系减水剂即可，具体的选自花王的MIGHTY 3000系列、NMB公司的Rheobuild SP8系列及Grace Chemicals公司的“DARLEXSUPER 100、200、300和1000”系列中的至少一种。
可选地，在本发明多组分混凝土表面增强剂还可以加入其他功能助剂，比如消泡剂0.1-1份。
所述消泡剂，选自二甲基硅油、聚二甲基硅氧烷及聚醚-硅氧烷共聚物中的至少一种。
所述功能助剂的加入方式可以是本发明提供的多组分混凝土表面增强剂中的任意组分中，可以是添加于单一组分，也可以添加于多个组分中，优选以均匀的方式添加于本发明的ABC三个组分中。
本发明的第二个目的在于提供所述多组份混凝土表面增强剂的施用方法，包括如下步骤：
1.采用涂刷或喷涂方式，将A组分均匀分1-5次覆盖并渗透入混凝土表面；
2.待步骤1涂刷或喷涂结束1-3min后，采用涂刷或喷涂方式，将B组分均匀分1-5次覆盖并渗透入混凝土表面；
3.待步骤2涂刷或喷涂结束5-10min后，采用涂刷或喷涂方式，将C组分均匀分1-5次覆盖并渗透入混凝土表面；
4.自然养护10-30天。
步骤1所述每次涂刷或喷涂的时间间隔是10-30s；
步骤2每次涂刷或喷涂的时间间隔是1-5min；
步骤3每次涂刷或喷涂的时间间隔是20-60s。
优选地，在涂刷或喷涂本发明混凝土表面增强剂之前，先对混凝土表面进行清理，所述清理是用低压气流吹扫混凝土表面，再用毛刷清除混凝土表面杂质。
所述步骤1、2、3中每平方米涂刷或喷涂的A、B、C三组分的量各为0.05-0.1g。
本发明首先涂刷或喷涂A组分，A组分中海藻酸钠在氟碳表面活性剂的带动下可迅速渗入混凝土内部“深层”，经与钙离子反应产生海藻酸钙凝胶，海藻酸钙封堵孔隙，形成混凝土表面“深层”屏障，防止水或腐蚀性物质渗入；进一步的涂刷或喷涂B组分和C组分后，可溶性硅酸盐和氟硅酸盐渗入混凝土，与钙离子缩合反应生成大量交联剂结构的致密性水化产物凝胶，凝胶可堵塞毛细孔隙，大大提高混凝土表面的硬度和强度，密实混凝土，有效抑制水、油和其他腐蚀性物质侵入，从而得到一个无尘、致密的整体，从根本上提高混凝土的耐久性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明混凝土表面增强剂A组分中海藻酸钠在氟表面活性剂的带动下率先迅速渗入混凝土的内部“深层”，和混凝土内部的Ca2+等高价金属离子反应生成不溶性的凝胶体系，对表面深层孔隙进行第一次封堵，增加混凝土结构的密度，减少水分流动的路径；进一步的B组分中的可溶性硅酸盐和氟硅酸盐渗入，进一步与混凝土内部的或者后续C组分的钙离子发生缩合反应生成交联结构的凝胶，该凝胶对混凝土表面“表层”进行第二次封堵，本发明两次封堵各司其职，配合后从根本上密实混凝土，有效抑制水、油及其他腐蚀性物质侵入，可大大提高混凝土的耐久性。
二、本发明还预想不到地发现，海藻硅酸钠用量和氟碳表面活性剂总量之间存在协同作用，在提高混凝土耐久性外，混凝土的耐磨性也能够得到提高。
三、本发明实用性较强，施工方便，容易推广，可以很好地解决混凝土表面耐久性差的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于说明书上的内容。若无特殊说明，本发明实施例中所述“份”均为重量份。所用试剂均为本领域可商购的试剂。
实施例1
配方：
A组分：海藻酸钠15份、Capstone FS-3100 0.5份，消泡剂聚二甲基硅氧烷0.05份，纳米二氧化硅3份，水补足至100份；
B组分：Capstone FS-3100 1份、硅酸镁20份、氟硅酸镁15份、消泡剂聚二甲基硅氧烷0.08份、减水剂Darex Super 100PHX1份、水补足至100份；
C组分：硝酸钙10份、Capstone FS-3100 0.5份、消泡剂聚二甲基硅氧烷0.08份及水补足至100份。
混凝土表面增强：
1.用低压气流吹扫混凝土表面，再用毛刷清除混凝土表面杂质；
2.采用涂刷方式，将A组分均匀分3次覆盖并渗透入混凝土表面，每次涂刷的时间间隔是10s；
3.待步骤2涂刷结束2min后，采用涂刷方式，将B组分均匀分5次覆盖并渗透入混凝土表面，每次涂刷的时间间隔是1min；
4.待步骤3涂刷结束5min后，采用涂刷方式，将C组分均匀分5次覆盖并渗透入混凝土表面，每次涂刷的时间间隔是30s；
5.自然养护28天。
ABC三组分的用量是按照施工混凝土面积计算得到，具体为每平方米涂刷的A、B、C三组分的量各为0.1g。
实施例2
其余与实施例1相同，不同之处在于配方中A组分中Capstone FS-3100为2份，B组分中Capstone FS-3100为1份，C组分中Capstone FS-3100为2份。
实施例3
其余与实施例1相同，不同之处在于配方中A组分中Capstone FS-3100为3份，B组分中Capstone FS-3100为4份，C组分中Capstone FS-3100为3份。
实施例4
其余与实施例1相同，不同之处在于配方中A组分中海藻酸钠10份。
实施例5
其余与实施例2相同，不同之处在于配方中A组分中海藻酸钠10份。
实施例6
其余与实施例2相同，不同之处在于配方中B组分硅酸镁15份。
实施例7
其余与实施例2相同，不同之处在于配方中B组分氟硅酸镁10份。
实施例8
其余与实施例2相同，不同之处在于，混凝土表面增强中步骤3为：待步骤2涂刷结束5min后，再采用涂刷方式将B组分均匀分5次覆盖并渗透入混凝土表面，每次涂刷的时间间隔是1min。
对比例1
其余与实施例2相同，不同之处在于配方中A组分中不加入海藻酸钠。
对比例2
其余与实施例2相同，不同之处在于配方中A、B、C组分不加入氟表面活性剂。
对比例3
其余与实施例2相同，不同之处在于配方中A组分中海藻酸钠为5份。
对比例4
其余与实施例2相同，不同之处在于配方中，组分B的原料为硅酸镁35份，不加入氟硅酸镁。
对比例5
其余与实施例2相同，不同之处在于配方中，组分B的原料为不加入硅酸镁，氟硅酸镁为35份。
应用例
实施例和对比例所用混凝土均为相同等级C40，同一批次的混凝土，具体的配方为：
混凝土坍落度及经时损失参照GB8076-2008《混凝土外加剂》进行。采用海螺PO42.5水泥，混凝土配合比为水泥：粉煤灰：砂子：石子：水＝330:120:760:1150:180。减水剂掺量为胶凝材料的0.12％(折固)。
将实施例和对比例所得混凝土进行以下性能测试，结果见表1。
回弹值：
参照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23-2001的标准方法测试28d混凝土试件的回弹值。
耐久性测试：
将混凝土切割成直径100mm，高50mm的混凝土试件，参照标准GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》测试混凝土氯离子渗透性。
氯离子渗透性表示氯离子侵入混凝土内部速率，用氯离子扩散系数表示。
耐磨度测试：
耐磨度的含义是材料磨损至一定深度时所能承受的磨损作用力，耐磨度数值越大，耐磨度越好。
参照标准GB/T 16925-1997《混凝土及其制品耐磨性试验方法》，试件尺寸是100mm×100mm×100mm。
表1
| 项目 | 回弹值MPa | 90天氯离子扩散系数×10<sup>-12</sup>m<sup>2</sup>/s | 耐磨度 |
| 实施例1 | 44.6 | 1.15 | 4.4 |
| 实施例2 | 45.4 | 1.11 | 4.6 |
| 实施例3 | 42.7 | 1.17 | 3.9 |
| 实施例4 | 43.1 | 1.13 | 4.3 |
| 实施例5 | 44.2 | 1.11 | 4.5 |
| 实施例6 | 43.2 | 1.13 | 4.4 |
| 实施例7 | 43.1 | 1.15 | 4.3 |
| 实施例8 | 45.3 | 1.19 | 4.5 |
| 对比例1 | 42.2 | 1.53 | 3.3 |
| 对比例2 | 42.3 | 1.62 | 2.5 |
| 对比例3 | 42.4 | 1.48 | 3.5 |
| 对比例4 | 36.8 | 1.13 | 4.4 |
| 对比例5 | 32.6 | 1.12 | 4.2 |
由表1结果可以看出：使用本发明混凝土表面增强剂对混凝土进行表面增强保护，可以更好的提高混凝土表面的强度、硬度、耐久性。
发明人还发现，A组分中海藻硅酸钠用量和氟碳表面活性剂总量之间存在协同作用，调节二者的用量，能够提高混凝土其他性能的同时，其耐磨性能够得到一定程度的提高。
本发明实用性较强，施工方便，容易推广，可以很好地解决混凝土表面耐久性差的问题。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种多组份混凝土表面增强剂，其特征在于，包括A、B、C三组分 ，所述A组分包括如下重量份原料：海藻酸钠10-15份、氟碳表面活性剂0.5-3份，纳米二氧化硅1-3份，水补足至100份；所述B组分包括如下重量份原料：氟碳表面活性剂1-5份、可溶性硅酸盐10-20份、可溶性氟硅酸盐10-15份、减水剂0.1-2份，水补足至100份；所述C组分包括如下重量份原料：可溶性钙盐5-10份、氟碳表面活性剂0.5-3份，水补足至100份；A组分中所述海藻酸钠的重量和A、B、C三组分中所述氟碳表面活性剂总的重量比为10-15:2-10。
2.如权利要求1所述混凝土表面增强剂，其特征在于，A组分中所述海藻酸钠的重量和A、B、C三组分中所述氟碳表面活性剂总的重量比为10-15:2-5。
3.如权利要求1所述混凝土表面增强剂，其特征在于，所述氟碳表面活性剂选自阴离子型氟表面活性剂、阳离子型氟表面活性剂、两性型氟表面活性剂及非离子型氟表面活性剂中的至少一种。
4.如权利要求3所述混凝土表面增强剂，其特征在于，所述氟碳表面活性剂为阴离子型氟表面活性剂，具体选自羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸酯盐型及磷酸酯盐型氟表面活性剂。
5.如权利要求1所述混凝土表面增强剂，其特征在于，所述可溶性氟硅酸盐包括氟硅酸镁，氟硅酸钠及氟硅酸锌中的至少一种。
6.如权利要求1所述混凝土表面增强剂，其特征在于，所述可溶性硅酸盐包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸镁中的至少一种；所述可溶性钙盐包括硝酸钙、甲酸钙、氯化钙、亚硫酸氢钙中的至少一种。
7.如权利要求1所述混凝土表面增强剂，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸盐系减水剂。
8.权利要求1-7任一项所述混凝土表面增强剂的施用方法，包括如下步骤：
1)采用涂刷或喷涂方式，将A组分均匀分1-5次覆盖并渗透入混凝土表面；
2)待步骤1)结束1-3min后，采用涂刷或喷涂方式，将B组分均匀分1-5次覆盖并渗透入混凝土表面；
3)待步骤2)涂刷或喷涂结束5-10min后，采用涂刷或喷涂方式，将C组分均匀分1-5次覆盖并渗透入混凝土表面；
4)自然养护10-30天。
9.如权利要求8所述混凝土表面增强剂的施用方法，其特征在于，步骤1)所述每次涂刷或喷涂的时间间隔是10-30s；步骤2)每次涂刷或喷涂的时间间隔是1-5min；步骤3)每次涂刷或喷涂的时间间隔是20-60s。
10.如权利要求8所述混凝土表面增强剂的施用方法，其特征在于，所述步骤1)、2)、3)中涂刷或喷涂的A、B、C三组分的量各为0.05-0.1g/m2。
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