CN115108754A - 一种混凝土表面增强硬化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混凝土表面增强硬化剂及其制备方法，属于混凝土外加剂技术领域。一种混凝土表面增强硬化剂，包括A组分和B组分，A组分按重量份数包括硅酸盐溶液30～60份、有机硅溶液40～70份、乳化剂1～3份、渗透剂0.01～0.05份，B组分按重量份数包括纳米级晶化剂1～2份、催化剂3～5份。所述混凝土表面增强硬化剂渗透能力强、结晶产物稳定密实，同时兼顾无机材料的稳定耐久和有机材料的疏水特性；喷涂至混凝土表层，可以大幅度提高混凝土的致密度和耐磨度，实现混凝土的表面增强和硬化效果。

Description

一种混凝土表面增强硬化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，更具体地，涉及一种混凝土表面增强硬化剂及其制备方法。

背景技术

在混凝土制备过程中，模板-混凝土界面的“壁效应”及混凝土上表层的泌水导致局部高砂率、高灰砂比及局部高水灰比，以及模板上的脱模剂往往使混凝土表层的水泥水化受阻。混凝土在干燥环境下且养护条件不足时，表面水分散失造成养护不足导致的水泥水化不充分等这些不利条件导致混凝土表层密实度和强度低于内部混凝土，混凝土耐久性也受到影响。对于一些常年裸露在含有酸、碱、盐等有害物质侵蚀环境下的建筑物，有害物质会从混凝土表面的细微裂缝进入混凝土结构内部，发生化学反应，使混凝土结构碱性降低，对钢筋的保护能力下降，严重影响混凝土结构的强度及使用寿命。

通过在混凝土表面喷涂硬化剂，可在一定程度上解决混凝土表层密实度和强度低的问题。混凝土硬化剂为无色透明的液体材料，通过充分渗透，其有效成分能迅速地与混凝土中的游离钙发生化学反应，生成结晶胶体填充结构空隙，增加混凝土结构的密实性，使得混凝土表层形成一个坚如磬石的密封实体，极大地提高混凝土结构表层的强度和耐磨性。

如中国专利CN105541173B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％。该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；该发明为强碱性溶液，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，可用于室内和室外混凝土表面增强处理。但是该硬化剂提高密实性和强度的效果有限，其24h表面吸水量降低率和耐磨度比均较低。

因此，提供一种可大幅度提高混凝土强度和密实性的表面增强硬化剂具有重要意义。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种混凝土表面增强硬化剂，该混凝土表面增强硬化剂渗透能力强、结晶产物稳定密实，同时兼顾无机材料的稳定耐久和有机材料的疏水特性；喷涂至混凝土表层，可以大幅度提高混凝土的致密度和耐磨度，实现混凝土的表面增强和硬化效果。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种混凝土表面增强硬化剂，包括A组分和B组分，A组分按重量份数包括硅酸盐溶液30～60份、有机硅溶液40～70份、乳化剂1～3份、渗透剂0.01～0.05份，B组分按重量份数包括纳米级晶化剂1～2份、催化剂3～5份。

本发明的混凝土表面增强硬化剂，采用硅酸盐溶液和有机硅溶液为基料，在乳化剂的作用下，硅酸盐与有机硅通过超分子作用力连接，形成超分子均一相，得到兼具疏水和结晶特性的硬化剂，使硅酸盐的结晶特性与有机硅的聚合疏水效应发挥协同作用。本发明的硬化剂与混凝土结构中的游离钙反应后可以生成疏水的交联结晶体，结晶产物更加稳定密实。渗透剂可以有效降低液体的表面张力，有利于活性成分渗入混凝土内部与游离钙离子发生反应，避免活性成分仅停留在混凝土表面发生反应，进而提高混凝土的强度。与普通晶化剂相比，本发明的纳米晶化剂为具有大比表面积的超细微粒，可有效促进体系中硅酸盐与有机硅形成的超分子化合物的晶化反应。

优选的，所述硅酸盐溶液包括硅酸钠水溶液、偏硅酸钠水溶液或硅溶胶水溶液中的至少一种。

优选的，所述有机硅溶液包括异辛基三乙氧基硅烷溶液、异丁基三乙氧基硅烷溶液或异丁烯三乙氧基硅烷溶液中的至少一种。在乳化剂和硅酸盐的作用下，三乙氧基硅烷单体之间发生聚合，生成聚硅氧烷，在聚合反应中硅酸盐提供羟基。生成的聚硅氧烷中的硅氧烷链再与硅酸基团通过超分子作用力连接，形成一种超分子化合物。该超分子化合物与混凝土结构中的钙离子反应生成交联结晶体，填充混凝土内部孔隙，起到增强和密实的作用。

优选的，所述乳化剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚或失水山梨糖醇脂肪酸酯中的至少一种。

优选的，所述渗透剂包括三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚硅氧烷及其衍生物中的至少一种。

优选的，所述纳米级晶化剂包括磷酸硅、磷酸铝或磷酸钙中的至少一种。

优选的，所述纳米级晶化剂的粒径为8000～12000目。

优选的，所述催化剂包括氟硅酸钠、氟硅酸镁或氟硅酸锌中的至少一种。

优选的，所述硅酸盐溶液中硅酸盐的质量分数为30～40％，所述有机硅溶液中有机硅的质量分数为98～100％。

本发明还提供所述混凝土表面增强硬化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.按重量份数称取各原料，将硅酸盐溶液和有机硅溶液混合，再加入乳化剂和渗透剂，在2000～3000rpm/min转速下高速搅拌2～4h，得到均一相，即A组分；

S2.将纳米级晶化剂和催化剂混合，超声分散30～60min，得到均一相，即B组分；

S3.使用时将A组分和B组分混合均匀，即得到所述混凝土表面增强硬化剂。

本发明的制备方法中，通过添加乳化剂，再高速搅拌，使硅酸盐溶液与有机硅溶液形成均一相，使硅氧烷链与硅酸基团之间形成超分子作用力。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明的混凝土表面增强硬化剂渗透能力强、结晶产物稳定密实，同时兼顾无机材料的稳定耐久和有机材料的疏水特性；喷涂至混凝土表层，可以大幅度提高混凝土的致密度和耐磨度，实现混凝土的表面增强和硬化效果。

(2)在乳化剂和硅酸盐的作用下，三乙氧基硅烷单体之间发生聚合，生成聚硅氧烷，聚硅氧烷中的硅氧烷链再与硅酸基团通过超分子作用力连接，形成一种超分子化合物。然后超分子化合物与混凝土结构中的钙离子反应生成交联结晶体，结晶产物稳定密实，填充混凝土孔隙，起到增强和密实的作用。

(3)渗透剂可以有效降低液体的表面张力，有利于活性成分渗入混凝土内部与游离钙离子发生反应，避免活性成分仅停留在混凝土表面发生反应，进而提高混凝土的强度。

(4)本发明的纳米晶化剂为具有大比表面积的超细微粒，可有效促进体系中硅酸盐与有机硅形成的超分子化合物的晶化反应。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例的混凝土表面增强硬化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.往搅拌机中加入60重量份质量分数为40％的硅酸钠水溶液和40重量份质量分数为98％的异辛基三乙氧基硅烷溶液，再加入2重量份脂肪醇聚氧乙烯醚和0.03重量份三聚磷酸钠，然后在2500rpm/min的转速下高速搅拌3h，得到均一相，即为A组分；

S2.往超声分散器中加入1.5重量份纳米磷酸硅和4重量份氟硅酸钠，20KHz下超声分散30min，得到B组分；

S3.使用时将A组分和B组分搅拌均匀，即得到所述混凝土表面增强硬化剂。

实施例2

本实施例的混凝土表面增强硬化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.往搅拌机中加入30重量份质量分数为40％的偏硅酸钠水溶液和70重量份质量分数为99％的异丁基三乙氧基硅烷溶液，再加入1重量份辛基酚聚氧乙烯醚和0.02重量份三聚磷酸钠，然后在2500rpm/min的转速下高速搅拌3h，得到均一相，即为A组分；

S2.往超声分散器中加入1重量份纳米磷酸铝和3重量份氟硅酸镁，20KHz下超声分散30min，得到B组分；

S3.使用时将A组分和B组分搅拌均匀，即得到所述混凝土表面增强硬化剂。

实施例3

本实施例的混凝土表面增强硬化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.往搅拌机中加入55重量份质量分数为30％的硅溶胶水溶液和45重量份质量分数为99.9％的异丁烯三乙氧基硅烷溶液，再加入2.5重量份失水山梨糖醇脂肪酸酯和0.02重量份六偏磷酸钠，然后在2500rpm/min的转速下高速搅拌3h，得到均一相，即为A组分；

S2.往超声分散器中加入2重量份纳米磷酸钙和5重量份氟硅酸锌，20KHz下超声分散30min，得到B组分；

S3.使用时将A组分和B组分搅拌均匀，即得到所述混凝土表面增强硬化剂。

对比例1

本对比例的混凝土表面增强硬化剂的制备方法与实施例1基本相同，区别之处在于，将三聚磷酸钠替换成十二烷基硫酸钠。

对比例2

本对比例的混凝土表面增强硬化剂的制备方法与实施例1基本相同，区别之处在于，质量分数为98％的异辛基三乙氧基硅烷溶液的重量份数为8份，质量分数为40％的硅酸钠水溶液的重量份数为92份。

对比例3

本对比例的混凝土表面增强硬化剂的制备方法与实施例1基本相同，区别之处在于，晶化剂为普通磷酸硅，粒径为200目。

试验例

按照JC/T 2158-2012《渗透型液体硬化剂》的相关规定，对实施例1～3和对比例1～3制备的硬化剂进行相关性能测试，测试结果见表1。

表1混凝土表面增强硬化剂测试结果

从表1的测试结果可知，本发明的混凝土表面增强硬化剂表面张力低，渗透能力强，可以深入混凝土结构内部发生反应，提高混凝土的强度。由于在乳化剂和硅酸盐的作用下，三乙氧基硅烷单体之间发生聚合，生成聚硅氧烷，聚硅氧烷中的硅氧烷链再与硅酸基团通过超分子作用力连接，形成一种超分子化合物。然后超分子化合物与混凝土结构中的钙离子反应生成交联结晶体，结晶产物密实，可有效填充混凝土孔隙，起到很好的硬化增强效果。本发明的混凝土表面增强硬化剂具有硅酸盐的结晶特性和有机硅的疏水特性，将本发明的硬化剂喷涂至混凝土表层，混凝土的24h表面吸水量低至1.2mm，耐磨度比高至208％，远超于JC/T2158-2012的要求，说明本发明的硬化剂可以大幅度提高混凝土的致密度和耐磨度，降低混凝土表面的吸水量，实现混凝土的表面增强和硬化效果。

与实施例1相比，对比例1采用常规表面活性剂十二烷基硫酸钠替换三聚磷酸钠，液体硬化剂的表面张力上升，降低硬化剂的渗透效果，耐磨度比降低。对比例2降低了异辛基三乙氧基硅烷溶液的用量，导致表面吸水量降低率降低。对比例3采用普通磷酸硅代替纳米级磷酸硅，导致各项性能略有降低。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种混凝土表面增强硬化剂，其特征在于，包括A组分和B组分，A组分按重量份数包括硅酸盐溶液30～60份、有机硅溶液40～70份、乳化剂1～3份、渗透剂0.01～0.05份，B组分按重量份数包括纳米级晶化剂1～2份、催化剂3～5份。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土表面增强硬化剂，其特征在于，所述硅酸盐溶液包括硅酸钠水溶液、偏硅酸钠水溶液或硅溶胶水溶液中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土表面增强硬化剂，其特征在于，所述有机硅溶液包括异辛基三乙氧基硅烷溶液、异丁基三乙氧基硅烷溶液或异丁烯三乙氧基硅烷溶液中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土表面增强硬化剂，其特征在于，所述乳化剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚或失水山梨糖醇脂肪酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土表面增强硬化剂，其特征在于，所述渗透剂包括三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚硅氧烷及其衍生物中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土表面增强硬化剂，其特征在于，所述纳米级晶化剂包括磷酸硅、磷酸铝或磷酸钙中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种混凝土表面增强硬化剂，其特征在于，所述催化剂包括氟硅酸钠、氟硅酸镁或氟硅酸锌中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种混凝土表面增强硬化剂，其特征在于，所述硅酸盐溶液中硅酸盐的质量分数为30～40％，所述有机硅溶液中有机硅的质量分数为30～40％。

9.权利要求1～8任一项所述的混凝土表面增强硬化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按重量份数称取各原料，将硅酸盐溶液和有机硅溶液混合，再加入乳化剂和渗透剂，在2000～3000rpm/min转速下高速搅拌2～4h，得到均一相，即A组分；

S2.将纳米级晶化剂和催化剂混合，超声分散30～60min，得到均一相，即B组分；

S3.使用时将A组分和B组分混合均匀，即得到所述混凝土表面增强硬化剂。