CN114395296A - 一种混凝土用养护剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混凝土用养护剂及其制备方法，其中混凝土用养护剂由高分子乳液，然后膜助剂、消泡剂、减缩剂、插层改性纳米粘土和水进行复配，制备而成混凝土养护剂。本发明通过在高分子乳液聚合时，引入醋酸乙烯单体，聚合后形成含聚醋酸乙烯酯单元的高分子乳液，水解后形成含羟基的聚乙烯醇基团，可增强养护剂中的高分子乳液与水泥水化产物C‑S‑H凝胶的键合作用，同时在高分子乳液中引入具有层片状的纳米插层改性粘土，可提高养护剂的成膜性和膜层的保水率。

Description

一种混凝土用养护剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土用养护剂及其制备方法，属于土木工程材料生产与应用技术领域。

背景技术

目前，在地铁管片生产过程中，其养护过程一般均要求进行水养护，即需要将蒸汽养护或常温养护后的地铁管片进一步吊装至养护水池中养护至少7d，然后再吊装至管片堆场进行自然养护。然而，在养护水池面积一定时，若地铁管片订单量增大，则可能会出现无法满足养护需求的问题。通过采用混凝土养护剂，可在一定程度上解决管片订单量增大导致的养护需求不足的难题。

混凝土养护剂通常是一种成膜型外加剂，通过喷雾施工，可在混凝土表面形成一种养护膜，使混凝土表面与空气隔绝，减小甚至防止水分不再蒸发，从而利用混凝土内部含有的水分最大限度地完成水化，达到养护的目的。目前，常用的混凝土养护剂分为无机、有机和有机-无机复合等三类。无机养护剂一般为硅酸盐类养护剂，喷涂后能够在混凝土表面形成一层水化硅酸钙胶体膜，能够起到隔绝空气减少水蒸气蒸发的作用，但其缺点是成膜效果较差，保水率低；且其中含碱金属离子，很难有效防止混凝土毛细孔的泛碱现象，喷涂养护后会影响混凝土的外观质量，限制了推广应用。

有机养护剂有溶剂型和乳液型两种，其中溶剂型养护剂的保水效果好，但其选用有机溶剂作为分散相，有机溶剂挥发会造成一定的环境污染，其成本也明显较高。乳液型养护剂是近年来研发与应用较多的一类养护剂，所用高分子乳液主要为石蜡乳液和苯丙乳液两大类。石蜡乳液成本相对较低，但其成膜性能较差，且成膜后，表面形成的石蜡膜层与混凝土表面的粘附性较差，进一步在混凝土表面进行抹灰或有机涂层防护处理时，抹灰或有机涂层与石蜡膜层之间的粘附性也较差。采用苯丙乳液作为成膜有机乳液，具有在混凝土表面形成一层连续膜、与基层混凝土粘附性好等优点，但其成本较高，且其保湿能力仅限于保持混凝土内部的水分，无法实现补水作用。有机-无机复合型养护剂能发挥无机养护剂和有机养护剂两者的优势，协同促进混凝土的养护效果，是未来养护剂的发展方向。

为提升混凝土养护剂所形成薄膜的保湿、吸湿能力，沈卫国等发明一种粘膜型混凝土养护剂及其制备方法，通过采用超吸水树脂乳液作为成膜剂，并引入硫酸镁、硅酸钠、淀粉醚、纤维素醚等辅助成膜，高吸水树脂可从大气中吸收水分，有助于提高养护效果，但该养护剂中仍存在碱金属钠离子，可能会存在析碱问题，也可能会存在碱骨料反应的隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种混凝土用养护剂及其制备方法。

首先，本申请提供一种所述混凝土用养护剂，由有机高分子乳液40～55wt％、成膜助剂2.3～2.7wt％、消泡剂0.12～0.18wt％、减缩剂2.5-5.0wt％、纳米插层改性粘土1~2wt%，余量为水制备而成。

所述有机高分子乳液是由下列单体经常规乳液聚合方法制备而成：3~6wt%的醋酸乙烯、50~65wt%的苯乙烯、余量为下列通式的单体a；

其中R₁为H或CH₃；R₂为含10~20个碳原子的烷基；

聚合制得高分子乳液的具体合成包括如下步骤：

按前述单体原料配比，配制成单体乳液；

配制引发剂水溶液；

将去离子水升温至45~85℃，向其中同时滴加单体乳液和引发剂水溶液；

滴加完毕后，升温至65~85℃继续搅拌1~3h，冷却，出料；

所述成膜助剂为聚乙二醇(PEG)，其分子量为2000~20000。

所述混凝土用养护剂的制备方法：

(1) 将纳米插层改性粘土分散于水中，然后加入减缩剂，超声分散5~10min，使纳米插层改性粘土充分分散于水中，形成纳米插层改性粘土复合分散液；

(2) 在纳米插层改性粘土复合分散液中，加入成膜助剂和消泡剂，搅拌1~2min；

(3) 在步骤(2)的基础上，加入有机高分子乳液，搅拌3~5min，即可得到养护剂。

本发明相对于现有技术，其突出优势主要表现在：通过在高分子乳液聚合时，引入醋酸乙烯单体，聚合后形成含聚醋酸乙烯酯单元的高分子乳液，水解后形成含羟基的聚乙烯醇基团，可增强养护剂中的高分子乳液与水泥水化产物C-S-H凝胶的键合作用，同时在高分子乳液中引入具有层片状的纳米插层改性粘土，提高养护剂的成膜性和膜层的保水率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明保护范围不仅限于此。

在以下实施例中，部分物料的来源如下：

成膜助剂PEG购自 国药集团化学试剂有限公司，为化学纯试剂；

消泡剂购自佛山市南海大田化学有限公司，型号为DT-A00；

减缩剂购自江苏苏博特新材料有限公司，型号为SBT®-SRA-I；

纳米插层改性粘土购自浙江丰虹新材料股份有限公司，型号为FR-100D型，其技术参数如表1所示。

表1 纳米插层改性粘土得技术参数

组成	蒙脱石粘土有机铵衍生物
		外观	米白色细粉体
比重(g/cm3)	1.80
		含湿量(%)	≤3.50
干粉细度(-200目)	≥95.0
		堆积密度 (kg/m3)	≤440
灼烧失量(900℃，%)	25.0～29.0

下述实施例中混凝土养护剂的保水率按照建材行业标准（JC901-2002）进行测试。所用混凝土的配合比如表2所示。

表2 测试保水率所用混凝土的配合比

实施例1

1) 高分子乳液的制备：

原料配比：3g的醋酸乙烯，50g的苯乙烯，47g的甲基丙烯酸甲酯，0.6g的过硫酸铵，1g 的市售乳化剂十二烷基硫酸钠，1.5g 的市售乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚（op-10）和96.9g水。

配制醋酸乙烯/苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯单体乳液和过硫酸铵水溶液。向反应釜中加入去离子水，加热至75℃，然后边搅拌边同时滴加醋酸乙烯/苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯单体乳液和过硫酸铵水溶液。控制滴加速度同时加完所有乳液和过硫酸铵水溶液，滴加完毕后，反应液升温至 85℃继续搅拌 2h，冷却，出料。

2）按照下列成分及比例混合均匀，制得高性能混凝土养护剂：40wt% 的高分子乳液，2wt%分子量为10000的PEG作为成膜助剂，0.15wt% 有机硅消泡剂、1.5wt%市售减缩剂和1.2wt%的市售纳米插层改性粘土(浙江丰虹新材料股份有限公司FR-100D型)，余量55.15%为水。

所述高性能养护剂按以下步骤进行制备：

(1) 将纳米插层改性粘土分散于水中，然后加入减缩剂，超声分散5min，使纳米插层改性粘土充分分散于水中，形成纳米插层改性粘土复合分散液；

(2) 在纳米插层改性粘土复合分散液中，加入成膜助剂和消泡剂，搅拌2min；

(3) 在步骤(2)的基础上，加入有机高分子乳液，搅拌3min，即可得到地铁管片混凝土用高性能养护剂。

对比例1，与实施例1的区别在于，有机高分子乳液由下列单体经乳液聚合方法制备得到：50wt%苯乙烯，50wt%单体a，其中单体a为甲基丙烯酸甲酯。

对比例2，与实施例1的区别在于，在高分子乳液中不掺加纳米插层改性粘土，用等质量的有机高分子乳液替代。

对实施例1和对比例1、对比例2制备得到的养护剂溶液，按JC901-2002进行保水率测试，其保水率测试结果如表2所示。

表2 实施例1与对比例保水率测试结果

	实施例1	对比例1	对比例2
				保水率/%	88.0	85.5	86.4

由表2可见，在高分子乳液体系中引入醋酸乙烯和纳米插层改性粘土，均有助于提升养护剂的保水率，提升其对混凝土的养护效果。

实施例2

1) 高分子乳液的制备：

原料配比：5g的醋酸乙烯，65g的苯乙烯，30g的甲基丙烯酸正辛酯，1.2g的过硫酸铵，1.5g 的市售乳化剂十二烷基硫酸钠，2.0g 的市售乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚（op-10）和95.3g水。

配制醋酸乙烯/苯乙烯/甲基丙烯酸正辛酯单体乳液和过硫酸铵水溶液。向反应釜中加入去离子水，加热至45℃，然后边搅拌边同时滴加醋酸乙烯/苯乙烯/甲基丙烯酸正辛酯乳液和过硫酸铵水溶液。控制滴加速度同时加完所有乳液和过硫酸铵水溶液，滴加完毕后，反应液升温至85℃继续搅拌3h，冷却，出料。

2）按照下列成分及比例混合均匀，制得高性能混凝土养护剂 ：55wt% 的高分子乳液，3wt%分子量为13000的PEG作为成膜助剂，0.45wt% 有机硅消泡剂、2.5%市售减缩剂和2.5%的市售纳米插层改性粘土，余量36.55%为水。

所述高性能养护剂按以下步骤进行制备：

(1) 将纳米插层改性粘土分散于水中，然后加入减缩剂，超声分散10min，使纳米插层改性粘土充分分散于水中，形成纳米插层改性粘土复合分散液；

(2) 在纳米插层改性粘土复合分散液中，加入成膜助剂和消泡剂，搅拌1.5min；

(3) 在步骤(2)的基础上，加入有机高分子乳液，搅拌4min，即可得到地铁管片混凝土用高性能养护剂。

对实施例2制备得到的养护剂溶液，按JC901-2002进行保水率测试，测得其保水率为 91%。

实施例3~9

1) 高分子乳液的制备：

原料配比见表3所示。

采用市售乳化剂十二烷基硫酸钠、市售乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚（op-10）和适量的水配制原材料单体乳液和过硫酸铵水溶液。向反应釜中加入去离子水，去离子水的用量如表3所示，加热至表3中各实施例所示反应温度，然后边搅拌边同时滴加单体乳液和过硫酸铵水溶液。控制滴加速度同时加完所有单体乳液和过硫酸铵水溶液，滴加完毕后，反应液升温至表3中各实施例所示保温温度继续搅拌相应的保温时间，冷却后出料即可得到所述的高分子乳液。

2）按照表3所列各成分及比例制备地铁管片混凝土用高性能养护剂。

所述高性能养护剂按以下步骤进行制备：

(1) 将纳米插层改性粘土分散于水中，然后加入减缩剂，通过超声分散使纳米插层改性粘土充分分散于水中，超声分散时间如表3所示，形成纳米插层改性粘土复合分散液；

(2) 在纳米插层改性粘土复合分散液中，加入成膜助剂和消泡剂进行搅拌，搅拌时间如表3所示；

(3) 在步骤(2)的基础上，加入有机高分子乳液搅拌，搅拌时间如表3所示，即可得到地铁管片混凝土用高性能养护剂。

制备得到的实施例3~实施例9混凝土养护剂溶液，分别测试其保水率，测试结果如表3所示。

表3

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性地劳动。因此，本发明不仅仅限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明作出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种混凝土用养护剂，其特征在于，由有机高分子乳液40～55wt％、成膜助剂2.3～2.7wt％、消泡剂0.12～0.18wt％、减缩剂2.5-5.0wt％、纳米插层改性粘土1~2wt%，余量为水制备而成。

2.如权利要求1所述混凝土用养护剂，其特征在于，所述有机高分子乳液是由下列单体经常规乳液聚合方法制备而成：3~6wt%的醋酸乙烯、50~65wt%的苯乙烯、余量为下列通式的单体a；

其中R₁为H或CH₃；R₂为含10~20个碳原子的烷基；

聚合制得高分子乳液的具体合成包括如下步骤：

按前述单体原料配比，配制成单体乳液；

配制引发剂水溶液；

将去离子水升温至45~85℃，向其中同时滴加单体乳液和引发剂水溶液；

滴加完毕后，升温至65~85℃继续搅拌1~3h，冷却，出料。

3.如权利要求1所述混凝土用养护剂，其特征在于，所述成膜助剂为聚乙二醇(PEG)，其分子量为2000~20000。

4.权利要求1～3中任意一项所述的混凝土用养护剂的制备方法，其特征在于，

(1) 将纳米插层改性粘土分散于水中，然后加入减缩剂，超声分散5~10min，使纳米插层改性粘土充分分散于水中，形成纳米插层改性粘土复合分散液；

(2) 在纳米插层改性粘土复合分散液中，加入成膜助剂和消泡剂，搅拌1~2min；

(3) 在步骤(2)的基础上，加入有机高分子乳液，搅拌3~5min，即可得到养护剂。