CN111606736B - 一种混凝土表面增强剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土工程技术领域，具体涉及一种混凝土表面增强剂及其制备和使用方法。该表面增强剂含有以下重量百分比的组分，5～30%的有机硅树脂、3%～20%的滑石粉、2%～10%的硫酸盐、余量为水；其中所述有机硅树脂为有机硅树脂乳液。增强剂透过表面孔隙渗入混凝土表层内部，硫酸盐与氢氧化钙反应后，有机硅树脂和沉淀物质混合充分，形成交叉网状结构；同时混凝土表面的有机树脂乳液形成坚硬的薄膜，薄膜与孔隙中的网状结构相连，使得表面增强剂与混凝土形成紧密连接。从而提高混凝土表面的强度，同时阻挡空气中的酸性气体、酸性可溶性盐等物质的渗入。

Description

一种混凝土表面增强剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及混凝土工程技术领域，具体涉及一种混凝土表面增强剂及其制备和使用方法。

背景技术

混凝土表面的强度不足为当前常见的混凝土问题之一。当混凝土在自然环境中养护不当时，由于水分蒸发导致表面缺水，混凝土水化不充分，表面混凝土疏松多孔；混凝土结构常年暴露在自然环境中，空气中的水、可溶性盐、含有二氧化硫等酸性气体通过孔隙进入混凝土内部，导致混凝土表面强度降低、易腐蚀以及出现耐久性大幅度降低等不可逆的质量问题。

目前，对混凝土表面增强常用的方法为无机盐型和有机乳液型。无机盐型是利用无机盐与混凝土表面的水泥水化产物反应，起到浸润和密封的效果。但是无机盐类的表面增强剂的渗透性差，对混凝土的有害孔隙堵塞不足，导致耐久性能不佳。而有机乳液型虽然能大幅度提升了混凝土的表面强度，但是渗透能力不佳，无法深入到混凝土内部与混凝土成为一体，导致混凝土的耐久性能不佳。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中混凝土表面增强剂存在的耐久性能低的问题，提供一种混凝土表面增强剂，通过添加硫酸盐和滑石粉，增强了有机硅树脂乳液的渗透能力，有效降低混凝土表层的孔隙率，改善混凝土表层的孔结构和修补微裂缝，能够显著提升混凝土的表面强度和耐久性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种混凝土表面增强剂，含有以下重量百分比的组分，含有以下重量百分比的组分，5～30％的有机硅树脂、3％～20％的滑石粉、2％～10％的硫酸盐、余量为水；其中所述有机硅树脂为有机硅树脂乳液。

上述5％～30％的有机硅树脂是指，有机硅树脂是以有机硅树脂乳液的形式存在，有机硅树脂乳液中含有有机硅树脂，其中的有机硅树脂占整个表面增强剂的重量百分比为5％～30％。组分中的水包括了有机硅树脂乳液中的水。

组分中的有机硅树脂乳液具有耐高温、电绝缘、耐辐射、阻燃、防水和耐腐蚀等优点；硫酸盐可与水泥水化产物氢氧化钙反应生成沉淀物质，堵塞混凝土的有害孔隙，提高混凝土的密实度。滑石粉可提高有机硅树脂乳液的流动性；硫酸盐和有机硅树脂乳液更容易渗入到混凝土的有害孔隙中，利于发挥硫酸盐的堵塞效果，并使得形成的沉淀物质与混凝土和有机硅树脂充分粘结在一起，实现有机和无机两类材料的充分结合。

将上述混凝土表面增强剂涂于混凝土或建筑砂浆表面后，增强剂透过表面孔隙渗入混凝土表层内部，硫酸盐与氢氧化钙反应后，有机硅树脂和沉淀物质混合充分，形成交叉网状结构；同时混凝土表面的有机树脂乳液形成坚硬的薄膜，薄膜与孔隙中的网状结构相连，使得表面增强剂与混凝土形成紧密连接。使用本发明的表面增强剂处理后，混凝土表面弹性强度增强，同时空气中的酸性气体、酸性可溶性盐等物质难于渗入到混凝土内部，氯离子的渗透性降低、混凝土表面的密实度提高，增强了混凝土的耐久性能。

作为本发明的优选方案，所述有机硅树脂为有机硅烷、硅酸盐和硅氧烷中的一种或几种。

作为本发明的优选方案，所述有机硅树脂在所述混凝土表面增强剂中的重量占比为8％～20％。

随着有机硅树脂重量占比的增加，有机硅树脂能够提升混凝土的回弹强度和耐久性能，但是当比例超过20％以后，回弹强度和耐久性均呈现下降趋势，这是因为树脂乳液的粘性增加，使用过程中，气泡增加，导致渗入性能不足，降低了回弹强度和耐久性。更优选的，有机硅树脂的重量占比为15％～20％。

作为本发明的优选方案，所述硫酸盐为硫酸钠和硫酸钾中的一种或两种。

作为本发明的优选方案，所述硫酸盐在所述混凝土表面增强剂中的重量占比为6％～10％。

随着硫酸钠比例的增加，硫酸盐与氢氧化钙形成的沉淀与有机硅树脂交织成的网状结构，一方面提升了薄膜与孔隙中网状结构的连接程度，提升了混凝土表面弹性强度；另一方面沉淀比例增加，使得网状结构的致密性降低，有机硅树脂部分处于断裂状态，外部的酸性气体或酸性可溶性盐容易渗入到混凝土内部，混凝土的耐久性能降低。当硫酸盐的重量占比在6％～10％时，混凝土的回弹强度和耐久性均处于较好状态，效果更佳。

作为本发明的优选方案，该混凝土表面增强剂还包括0.5％～2.5％的外加剂组分，所述外加剂组分为聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、高碳醇脂肪酸酯复合物或聚二甲基硅氧中的一种或几种。

上述外加剂组分为成膜剂或消泡剂，成膜剂促进乳胶粒子塑性流动改善其聚结性，能加快涂料的成膜速度；高分子聚合物乳液中的泡沫属于不稳定体系，消泡剂的引入降低了泡沫局部的表面张力，提高了添料的分散性和乳液的稳定性，促进了表面增强剂的稳定性和成膜速度。

作为本发明的优选方案，该混凝土表面增强剂还包括2％～15％的填充组分，所述填充组分为木质纤维素和乳胶粉中的一种或两种。

乳胶粉或者木质纤维束等填充组分，能够提高乳液的粘性，增加表面增强剂的稳定性，有助于减少表面增强剂的损失，以提高乳液的粘性，保证表面增强剂增强效果的发挥。

一种上述混凝土表面增强剂的制备方法，包括如下步骤：

S1，按照配比分别称取各组分，混匀；

S2，将混匀后的混合物，在温度20±2℃，相对湿度60±5％的环境中，静置22～26小时；得到所述表面增强剂。

一种上述混凝土表面增强剂的使用方法，其特征在于，采用涂刷、喷洒或辊涂的方式，将混凝土表面增强剂涂抹至混凝土表面；养护7～14天。

作为本发明的优选方案，涂刷、喷洒或辊涂涂抹次数为3～5次。

作为本发明的优选方案，每平方米混凝土表面涂刷、喷洒或辊涂表面增强剂0.2～0.4kg。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的混凝土表面增强剂通过有机硅树脂乳液和硫酸盐相结合，增强剂透过表面孔隙渗入混凝土表层内部，硫酸盐与氢氧化钙反应后，有机硅树脂和沉淀物质混合充分，形成交叉网状结构；同时混凝土表面的有机树脂乳液形成坚硬的薄膜，薄膜与孔隙中的网状结构相连，使得表面增强剂与混凝土形成紧密连接。从而提高混凝土表面的强度，同时阻挡空气中的酸性气体、酸性可溶性盐等物质的渗入，提升了混凝土的密实度，增强了混凝土的耐久性能。

2、本发明的混凝土表面增强剂通过滑石粉可提高增强剂的流动性；在滑石粉的作用下，硫酸盐和有机硅树脂乳液更容易渗入到混凝土的有害孔隙中，利于发挥硫酸盐的堵塞效果，并使得形成的沉淀物质与混凝土和有机硅树脂充分粘结在一起。

3、本发明的混凝土表面增强剂，通过选择适宜的外加剂成分，提升了混凝土表面增强剂的效果。

4.本发明的混凝土表面增强剂的制备方法，将混合后的各组分进行24小时的保养，使得增强剂的各组分之间预反应，各组分之间的结合更为紧密，利于提升表面增强剂的性能。

附图说明

图1是本发明的混凝土表面增强剂的状态示意图。

图2是本发明的混凝土表面增强剂的使用效果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

将表面增强剂涂于混凝土表面后，对混凝土性能进行测试。采用GHT450型回弹仪测试混凝土初始回弹强度、增强后3天回弹强度、增强后56天回弹强度。

抗氯离子渗透：按照混凝土抗氯离子渗透试验的要求，在温度20±2℃，相对湿度95％以上的标准养护室内养护28天后，制成100mm×100mm×50mm的混凝土试块，之后涂抹高分子聚合物表面增强剂，养护7、14和28天后对混凝土试件进行真空饱水将高分子聚合物表面增强剂涂抹至混凝土表面，并对其进行真空饱水，饱水后取出试件将其安装在试验槽内，并检查其密封性能，将浓度为3％的氯化钠溶液和0.3mol/L的氢氧化钠溶液注入试验槽，每隔30分钟记录一次电流值，6小时后结束试验。

碳化试验：《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)，将涂抹高分子聚合物表面增强剂的混凝土试块放入碳化箱中，各试件间距为50mm，浓度保持在20±3％，相对湿度控制在70％，温度控制在20±2℃。按照不同的龄期将试块取出，将试块劈开后滴浓度为1％的酚酞酒精溶液，30s后用游标卡尺量出各个测区的碳化深度。

抗冻性能试验：将涂抹高分子聚合物表面增强剂28天后的混凝土试块放入水中浸泡，4天后将试块取出测量试块初始质量和横向基频的初始值。将试块放入冻融箱内进行冻融循环试验，每50次冻融循环后测量试块的质量和横向基频。依据公式测得质量损失率和相对动弹性模量。

抗硫酸盐侵蚀：将涂抹高分子聚合物表面增强剂28天后的混凝土试块分别浸泡在装有5％硫酸钠溶液中和清水的塑料容器中，浸泡龄期为28、60、90和150天。应定期检查硫酸钠溶液的pH值和温度，使pH值保持在6～8之间、温度保持在25±2℃。定期检测浸泡在不同溶液中的混凝土抗压强度，并依据公式计算得出耐蚀系数。

式中K——耐蚀系数(％)；

R₁——在清水中浸泡的混凝土的抗压强度(MPa)；

R₂——在溶液中浸泡的混凝土的抗压强度(MPa)。

本申请中使用到的原材料如下

有机硅树脂乳液：

道康宁公司生产的6683有机硅树脂乳液，其化学成分主要是有机硅烷和硅酸盐；新四海公司的SH9608有机硅树脂乳液，其化学成分主要是硅氧烷。

硫酸盐采用工业级硫酸钠或硫酸钾。

乳胶粉采用SAE乳胶粉。即苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物乳胶粉，简称苯丙共聚乳胶粉。其主要的化学成分是丙烯酸酯系共聚物，pH值为8，白色粉末，无粗粒和杂质，堆积密度为0.5kg/L，含固量为99±1％，平均粒径20μm。

木质纤维素，纤维长度0.5-3mm，耐800℃高温阻燃，堆积密度约20g/cm³。

滑石粉，其主要的化学成分是二氧化硅和氧化镁，二氧化硅含量61.2％，氧化镁含量31.8％，水含量7％；物理性质为白色粉末，平均粒径为45μm。

实施例1

按照表1中的各组分的重量比，分别称取各组分。将各组分混合搅拌均匀，于温度20±2℃，相对湿度60±5％的环境中，静置24小时；得到所述表面增强剂。树脂乳液为6683有机硅树脂乳液，硫酸盐为硫酸钠，外加剂为聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚，填充组分为乳胶粉。

将得到的表面增强剂以喷涂的方式涂于混凝土的表面，使用前将静置后的表面增强剂搅拌，喷涂次数为四遍。每平方米混凝土表面喷涂0.25kg。进行标准养护14天。测试结果如表1所示。

实施例2

按照表1中的各组分的重量比，分别称取各组分。树脂乳液为6683有机硅树脂乳液，硫酸盐为硫酸钠，外加剂为乳化硅油，填充组分为木质纤维素。配置方法同实施例1。涂抹方式为辊涂的，喷涂次数为三遍。每平方米混凝土表面喷涂0.3kg。进行标准养护14天。测试结果如表1所示。

实施例3

按照表1中的各组分的重量比，分别称取各组分。树脂乳液为SH9608有机硅树脂乳液，硫酸盐为硫酸钠，外加剂为聚氧乙烯醚，填充组分为乳胶粉。配置方法同实施例1。涂抹方式为辊涂的，喷涂次数为三遍。每平方米混凝土表面喷涂0.4kg。进行标准养护14天。测试结果如表1所示。

实施例4

按照表1中的各组分的重量比，分别称取各组分。树脂乳液为SH9608有机硅树脂乳液，硫酸盐为硫酸钠，外加剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚，填充组分为乳胶粉。配置方法同实施例1。涂抹方式为辊涂的，喷涂次数为五遍。每平方米混凝土表面喷涂0.22kg。进行标准养护14天。测试结果如表1所示。

实施例5

按照表1中的各组分的重量比，分别称取各组分。树脂乳液为6683有机硅树脂乳液和SH9608有机硅树脂乳液1:1混合，硫酸盐为硫酸钾，外加剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，填充组分为木质纤维素。配置方法同实施例1。涂抹方式为辊涂的，喷涂次数为三遍。每平方米混凝土表面喷涂0.2kg。进行标准养护14天。测试结果如表1所示。

实施例6

按照表1中的各组分的重量比，分别称取各组分。树脂乳液为6683有机硅树脂乳液和SH9608有机硅树脂乳液1:1混合，硫酸盐为硫酸钾，外加剂为聚氧丙烯甘油醚，填充组分为乳胶粉。配置方法同实施例1。涂抹方式为辊涂的，喷涂次数为四遍。每平方米混凝土表面喷涂0.3kg。进行标准养护14天。测试结果如表1所示。

表1，实施例1-6各组分含量和性能测试结果

由表1的各组分配比和测试结果可知，采用本发明的原料和重量配比的混凝土表面增强剂，3d回弹强度和56d的回弹强度均较初始回弹强度有明显提升。28天的抗碳化深度小于4.5mm，抗氯离子渗透性能试验中，电通量值低于于1240C，300次冻融循环后，质量损失率低于0.4％，耐蚀系数在97％至109％，拥有良好的耐久性能。

对比例1

对实施例1-8试验的混凝土，未进行表面增强的样品进行性能测试，测试结果如下：

初始回弹强度37.2MPa；3d回弹强度37.3；56d回弹强度37.1；

抗氯离子渗透(电通量C)2332C；28d抗碳化深度5.1mm；

抗冻融(300次循环质量损失率％)0.55％；

抗硫酸盐侵蚀(耐蚀系数％)94％。

由上述测试结果可知，使用本发明的混凝土表面增强剂处理后的混凝土回弹强度和耐久性能明显提升。

试验例1

本试验例是在实施例1的基础上，考察有机硅树脂的用量对混凝土表面增强剂的影响。采用固含量10％或30％重量比的有机硅树脂乳液，调整有机硅树脂乳液的百分比。以最终表面增强剂中有机硅树脂的含量占比作为考察参数。即在实施例1的其他组分不变的情况下，用10％或者30％固含量的有机硅树脂乳液配置有机硅树脂不同重量占比的表面增强剂，并按照实施例1的方法对混凝土进行表面增强处理，测试混凝土的性能参数。

表2，有机硅树脂乳液的含量对性能的影响

由表2的测试结果可知，随着有机硅树脂乳液含量增加，回弹强度和耐久性呈现先增加后降低的趋势，有机硅树脂在增强剂中的重量比在8％～20％时，回弹强度和耐久性更好。这是因为当有机硅树脂的重量比超过20％时，在使用过程中，由于有机硅树脂乳液的粘性增加，搅拌混合的过程中气泡增加，导致渗入性能不足，降低了回弹强度和耐久性。

试验例2

本试验例是在实施例1的基础上，保持其他材料比例不变，对硫酸盐的含量进行调整，考察硫酸盐对混凝土表面增强剂的影响。

表3，硫酸钠含量对性能的影响

由表3的测试结果可知，随着硫酸盐比例的增加，回弹强度保持上升后趋于稳定的趋势，但是耐久性能会下降。这是因为随着硫酸钠比例的增加，硫酸盐与氢氧化钙形成的沉淀与有机硅树脂交织成的网状结构，沉淀的比例增加，使得网状结构的致密性降低，有机硅树脂部分处于断裂状态，外部的酸性气体或酸性可溶性盐容易渗入到混凝土内部，混凝土的耐久性能降低。当硫酸钠的用量在6％至10％时，效果更好。

试验例3

本试验例是在实施例1的基础上，保持其他材料比例不变，对滑石粉的含量进行调整，考察滑石粉对混凝土表面增强剂的影响。

表4，滑石粉含量对性能的影响

各组分含量(重量比)及性能	3-1	3-2	3-3	3-4	3-5	3-6
							有机硅树脂乳液固含量(％)	25	25	25	25	25	25
有机硅树脂乳液重量比(g)	92.8	89.8	86.8	83.8	80.8	77.8
							有机硅树脂重量(g)	23.2	22.45	21.7	20.95	20.2	19.45
滑石粉(g)	0	3	6	9	12	15
							外加剂(g)	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2
填充组分(g)	3	3	3	3	3	3
							硫酸盐(g)	3	3	3	3	3	3
初始回弹强度MPa	37.4	37.4	37.6	37.6	37.4	37.6
							3d回弹MPa	38.9	40.2	40.7	41.5	41.6	41.8
56天回弹MPa	39.1	42.3	42.6	43.5	43.6	43.6
							抗氯离子渗透(电通量C)	1067	1071	1076	1075	1121	1119
28抗碳化深度mm	3.9	3.9	3.6	3.5	3.7	3.7
							抗冻融(300次循环质量损失率％)	0.18	0.19	0.17	0.15	0.16	0.17
抗硫酸盐侵蚀(耐蚀系数％)	105	106	101	109	108	103

由表4的测试结果可知，滑石粉的加入能够提升混凝土的回弹强度。随着滑石粉含量的增加，混凝土的回弹强度呈现上升趋势，这是因为滑石粉提高了高分子膜的绕曲刚度和附着能力，经过高分子聚合物乳液包裹后的滑石粉，其最大拉伸强度和冲击强度均明显提升。而耐久性能基本保持不变，这是因为滑石粉不与硫酸盐发生反应，不影响硫酸盐提升致密度的效果，基本对耐久性能没有负面影响。当混凝土的比例超过15％以后，表面增强剂的无机物含量过高，流动性能降低，增强剂渗入能力降低，回弹强度提升不明显，故滑石粉含量控制在3％～15％时，均能有效提升混凝土的回弹强度；综合考虑流动性，含量在9％～15％时，整体效果更佳。

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 (6)

1.一种混凝土表面增强剂，其特征在于，含有以下重量百分比的组分，8%～20%的有机硅树脂、3%～20%的滑石粉、6%～10%的硫酸盐、余量为水；其中所述有机硅树脂为有机硅树脂乳液；

还包括0.5%～2.5%的外加剂组分，所述外加剂组分为聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、高碳醇脂肪酸酯复合物和聚二甲基硅氧中的一种或几种；

还包括2%～15%的填充组分，所述填充组分为木质纤维素和乳胶粉中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的混凝土表面增强剂，其特征在于，所述有机硅树脂为有机硅烷、硅酸盐和硅氧烷中的一种或几种。

3.如权利要求1-2任一所述的混凝土表面增强剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，按照配比分别称取各组分，混匀；

S2，将混匀后的混合物，在温度20±2℃，相对湿度60±5%的环境中，静置22～26小时；得到所述表面增强剂。

4.如权利要求1-2任一所述的混凝土表面增强剂的使用方法，其特征在于，采用涂刷、喷洒或辊涂的方式，将混凝土表面增强剂涂抹至混凝土表面；养护7～14天。

5.根据权利要求4所述的使用方法，其特征在于，涂刷、喷洒或辊涂涂抹次数为3～5次。

6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，每平方米混凝土表面涂刷、喷洒或辊涂表面增强剂0.2～0.4kg。

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