CN116178047B - 混凝土表面封孔剂及其制备方法和混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混凝土表面封孔剂及其制备方法和混凝土，按重量份计，该混凝土表面封孔剂的制备原料的有效成分包括：硅微粉36‑45份，壳聚糖10‑15份，长链碳酸3‑5份，微胶囊封孔剂8‑12份；所述微胶囊封孔剂以动物胶和琼脂为外壳，硅酸凝胶为内芯，碱性条件下外壳可水解破裂。本发明的混凝土表面封孔剂可在混凝土拌合时掺入，各个原材料协同作用，在混凝土硬化过程中发挥作用，封闭混凝土与模板界面间的气孔，可以有效减少混凝土填筑体与模板界面处的缺陷，能够提升硬化后混凝土工程的美观度。

Description

混凝土表面封孔剂及其制备方法和混凝土

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种混凝土表面封孔剂及其制备方法，同时本发明还涉及包括上述混凝土表面封孔剂的混凝土。

背景技术

混凝土是当前世界上应用最大宗的建筑工程材料，它是由胶凝材料（如煤灰、水泥等），颗粒状集料（也称为骨料），水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土的制备工艺一般包括支设模板，搅拌，浇筑，振捣，做面，养护等。

养护达到强度的硬化混凝土表面常常会有一定数量的孔洞，不仅严重影响了其美观度，还会对混凝土的力学性能、耐久性能造成劣化影响。目前解决混凝土表面孔洞的方法是表面涂层、涂覆方法，采用无机、有机或有机-无机复合材料在混凝土表面涂覆一层保护层或装饰层，从而起到美化和防护作用。该方法的缺陷在于混凝土本体与表层材料间存在界面差异，容易出现空鼓、脱落等问题，其美化及防护作用不具持久性，甚至可能出现安全事故。

发明内容

本发明提出一种混凝土表面封孔剂，以减少混凝土表面的孔洞，提高混凝土工程的美观度。

一种混凝土表面封孔剂，按重量份计，该混凝土表面封孔剂的制备原料的有效成分包括：硅微粉36-45份，壳聚糖10-15份，长链碳酸3-5份，微胶囊封孔剂8-12份；所述微胶囊封孔剂以动物胶和琼脂为外壳，硅酸凝胶为内芯，碱性条件下外壳可水解破裂。

进一步的，所述长链碳酸为主链含12-18个碳原子的脂肪酸。

进一步的，所述微胶囊封孔剂的制备原料包括：250-270份原硅酸酯，6-8份动物胶，0.3-0.5份琼脂。

进一步的，所述原硅酸酯包括原硅酸四甲酯和原硅酸四乙酯中的至少一种。

本发明还提出了一种混凝土表面封孔剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

将硅微粉制浆，开启高速分散机，加入长链碳酸，高速分散均匀，再加入微胶囊封孔剂、壳聚糖，低速分散，得到所述混凝土表面封孔剂。

进一步的，所述硅微粉制浆的步骤为：将去离子水、氨水和分散剂混合，然后进行60-65℃水浴加热，开启高速搅拌机，加入硅微粉，继续搅拌均匀，停止水浴，冷却至常温，得到硅微粉浆体。

进一步的，所述微胶囊封孔剂的制备方法包括如下步骤：将去离子水、有机醇和溴化铵混合，开启磁力搅拌，温度控于40-44℃，然后滴加原硅酸酯，滴加完成，继续反应，加入动物胶和琼脂，搅拌均匀，得到所述微胶囊封孔剂。

本发明进一步提出了一种混凝土，所述混凝土的制备原料包括上述的混凝土表面封孔剂。

本发明的混凝土表面封孔剂可在混凝土拌合时掺入，各个原材料协同作用，在混凝土硬化过程中持续渐渐发挥作用，封闭混凝土表面的气孔，可以有效减少混凝土填筑体与模板界面处的缺陷，能够提升硬化后混凝土工程的美观度，提升混凝凝土回弹强度，提升混凝土抗碳化以及抗氯离子侵蚀性能，延长混凝土工程的使用寿命，节省工程的后期维护、维修费用。本发明适用于各种类型的混凝土，如低标、高标混凝土、常态混凝土、泵送混凝土、清水混凝土等，可广泛用于房建、高速公路、高速铁路、地铁以及水利等工程项目中。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。另外，除本实施例特别说明之外，本实施例中所涉及的各术语及工艺依照现有技术中的一般认知及常规方法进行理解即可。

一种混凝土表面封孔剂，按重量份计，该混凝土表面封孔剂的制备原料的有效成分包括：硅微粉36-45份，壳聚糖10-15份，长链碳酸3-5份，微胶囊封孔剂8-12份；微胶囊封孔剂以动物胶和琼脂为外壳，硅酸凝胶为内芯，碱性条件下外壳可水解破裂。

本发明的混凝土表面封孔剂可在混凝土拌合时掺入，各个原材料协同作用，在混凝土硬化过程中发挥作用，封闭混凝土与模板界面间的气孔，可以有效减少混凝土填筑体与模板界面处的缺陷（蜂窝、麻面），能够提升硬化后混凝土工程的美观度，提升混凝凝土回弹强度，加强了混凝土的力学和结构性能，从而起到可持续作用，提升混凝土抗碳化以及抗氯离子侵蚀性能，延长混凝土工程的使用寿命，节省工程的后期维护、维修费用。本发明适用于各种类型的混凝土，如低标、高标混凝土、常态混凝土、泵送混凝土、清水混凝土等，可广泛用于房建、高速公路、高速铁路、地铁以及水利等工程项目中。

其中微胶囊封孔剂表面具有一定的疏水性，在混凝土被振捣的过程中，微胶囊封孔剂则趋于向混凝土填筑体表面迁移，当微胶囊迁移至模板时，与模板间形成粘结力，粘附在模板上。另外，微胶囊外壳在混凝土碱性作用下逐步破裂，在模板和混凝土界面上释放出封孔剂硅酸凝胶，硅酸凝胶在强碱作用下生成硅酸盐胶体，将硅微粉与混凝土水化产生的钙矾石粘结起来，提高混凝土的内聚力，在模板与混凝土界面上形成一层坚固的粘结层，从而实现堵住混凝土表面气孔，有效防止混凝土界面出现蜂窝、麻面。

其中硅微粉优选采用粒径为0.1-0.3um，粒径小，活性高，可以和混凝土的碱反应，生产硅酸盐，更有利于粘结混凝土水化产生的钙矾石。微胶囊封孔剂可以采用250-270份原硅酸酯，6-8份动物胶，0.3-0.5份琼脂制备，其中原硅酸酯优选包括原硅酸四甲酯和原硅酸四乙酯中的至少一种。动物胶可优选骨胶，骨胶黏结性好，强度高，水分少，干燥快，黏结定型好，且价格低廉、使用方便。

长链碳酸具有较强的疏水性，同样趋于向混凝土填筑体表面迁移，而且分散于模板和混凝土界面的长碳链酸能够促使界面的水分向混凝土内部聚集，使混凝土界面的浆体水分减少而更加粘稠，浆体致密促使硅酸凝胶封孔剂能够粘结的钙矾石更多，致使粘结层更厚，强度更高，封孔效果更好。长链碳酸可优选为主链含12-18个碳原子的脂肪酸，碳链越长疏水作用越好，更优选的可采用C16-C18酸中的一种。

壳聚糖在混凝土中释放较多羟基，羟基结构可以在水泥水化产物的碱性介质中与游离的钙离子生成不稳定的络合物，在水化初期控制了液相中的钙离子的浓度，产生缓凝作用。另外，壳聚糖与水分子通过氢键缔合，使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒间的直接接触，从而延缓水泥水化速度。所以本发明添加的壳聚糖可以调节混凝土中水泥水化产生钙矾石的生成速度与为微胶囊释放出封孔剂的速度相适应，如果钙矾石的生成速度太快，硅酸凝胶封孔剂还没来得剂释放，会导致封孔效果不好。

本发明还提出了一种混凝土表面封孔剂的制备方法，该方法具体包括如下步骤：

将硅微粉制浆，开启高速分散机，加入长链碳酸，高速分散均匀，再加入微胶囊封孔剂、壳聚糖，低速分散，得到所述混凝土表面封孔剂。

其中硅微粉制浆的步骤为：在1000mL的圆筒型带夹套容器中加入500-550份去离子水，氨水0.5-0.8份，1.2-1.8份P6分散剂（石家庄市长安育才建材有限公司生产），向夹套中通60-65℃的水，进行水浴，30-45min后，开启高速搅拌机，搅拌速度为2600-3500转/min，分三次加入硅微粉，每次加入71-80份，两次间隔45-50min，加入完毕后，继续搅拌90-120min，停止搅拌，停止向夹套中通水，待物料冷却至常温，得到固含约25-35%的硅微粉浆体。本步通过对硅微粉制浆，可以使硅微粉粒径更小，活性更高。

微胶囊封孔剂的制备方法具体优选包括如下步骤：在一个1000mL的三口瓶中，加入400-430份去离子水，25-30份有机醇，2.5-4.0份溴化铵，置于磁力搅拌水浴锅中，开启磁力搅拌，温度控于40-44℃，搅拌30min后，用恒流泵将250-270份原硅酸酯滴入三口瓶中，滴加时间为180-210min，滴加完成后，继续反应240-280min，加入6-8份动物胶，0.3-0.5份琼脂，搅拌30分钟，得到微胶囊封孔剂。有机醇可采用工业剂甲醇或乙醇。微胶囊封孔剂的制备原理是原硅酸酯在溴化铵的作用下水解，产生原硅酸，原硅酸在有机醇催化下之间脱水交联，产生硅酸胶体。硅酸胶体混合动物胶和琼脂搅拌，动物胶和琼脂包裹硅酸胶体，形成以动物胶和琼脂为外壳，硅酸凝胶为内芯的微胶囊结构。

以上各个制备原料均可自市场上购买获得。

如下，通过具体实施例，对本发明的技术方案，进行详细说明：

实施例1

制备硅微粉浆体

在1000mL的圆筒型带夹套容器中加入500份去离子水，氨水0.5份，1.2份P6（石家庄市长安育才建材有限公司生产的分散剂），向夹套中通60℃的水，30min后，开启高速搅拌机，搅拌速度为2600转/min，分三次加入硅微粉，每次加入71份，两次间隔45min，加入完毕后，继续搅拌90min，停止搅拌，停止向夹套中通水，待物料冷却至常温，得到固含约30%的硅微粉浆体，备用。

制备微胶囊封孔剂

在一个1000mL的三口瓶中，加入400份去离子水，25份工业剂甲醇，2.5份溴化铵，置于磁力搅拌水浴锅中，开启磁力搅拌，温度控于40℃，搅拌30min后，用恒流泵将250份原硅酸四甲酯滴入三口瓶中，滴加时间为180min，滴加完成后，继续反应240min，加入6份骨胶，0.3份琼脂，搅拌30分钟，得到微胶囊封孔剂。

制备混凝土表面封孔剂

取120份硅微粉浆体（有效的硅微粉含量36份），开启高速分散机，3份C16酸，高速分散30分钟，再依次加入8份微胶囊封孔剂，10份壳聚糖，低速分散45分钟，得到灰色膏状的混凝土表面封孔剂。

实施例2

制备硅微粉浆体

在1000mL的圆筒型带夹套容器中加入520份去离子水，氨水0.7份，1.5份P6（石家庄市长安育才建材有限公司生产的分散剂），向夹套中通63℃的水，40min后，开启高速搅拌机，搅拌速度为3000转/min，分三次加入硅微粉，每次加入76份，两次间隔47min，加入完毕后，继续搅拌100min，停止搅拌，停止向夹套中通水，待物料冷却至常温，得到固含约30%的硅微粉浆体，备用。

制备微胶囊封孔剂

在一个1000mL的三口瓶中，加入430份去离子水，26份工业乙醇，3.2份溴化铵，置于磁力搅拌水浴锅中，开启磁力搅拌，温度控于44℃，搅拌30min后，用恒流泵将265份原硅酸四甲酯或原硅酸四乙酯滴入三口瓶中，滴加时间为200min，滴加完成后，继续反应260min，加入7份骨胶，0.4份琼脂，搅拌30分钟，得到微胶囊封孔剂。

制备混凝土表面封孔剂

取130份硅微粉浆体（有效的硅微粉含量39份），开启高速分散机，3份C16酸，高速分散30分钟，再依次加入10份微胶囊封孔剂，12份壳聚糖，低速分散50分钟，得到灰色膏状的混凝土表面封孔剂。

实施例3

制备硅微粉浆体

在1000mL的圆筒型带夹套容器中加入540份去离子水，氨水0.7份，1.7份P6（石家庄市长安育才建材有限公司生产的分散剂），向夹套中通64℃的水，42min后，开启高速搅拌机，搅拌速度为3300转/min，分三次加入硅微粉，每次加入78份，两次间隔48min，加入完毕后，继续搅拌110min，停止搅拌，停止向夹套中通水，待物料冷却至常温，得到固含约30%的硅微粉浆体，备用。

制备微胶囊封孔剂

在一个1000mL的三口瓶中，加入420份去离子水，28份工业乙醇，3.6份溴化铵，置于磁力搅拌水浴锅中，开启磁力搅拌，温度控于40℃，搅拌30min后，用恒流泵将260份原硅酸四甲酯或原硅酸四乙酯滴入三口瓶中，滴加时间为210min，滴加完成后，继续反应260min，加入8份骨胶，0.3份琼脂，搅拌30分钟，得到微胶囊封孔剂。

制备混凝土表面封孔剂

取120份硅微粉浆体（有效的硅微粉含量36份），开启高速分散机，5份C18酸，高速分散30分钟，再依次加入12份微胶囊封孔剂，10份壳聚糖，低速分散45分钟，得到灰色膏状的混凝土表面封孔剂。

实施例4

制备硅微粉浆体

在1000mL的圆筒型带夹套容器中加入550份去离子水，氨水0.8份，1.8份P6（石家庄市长安育才建材有限公司生产的分散剂），向夹套中通65℃的水，45min后，开启高速搅拌机，搅拌速度为3500转/min，分三次加入硅微粉，每次加入80份，两次间隔50min，加入完毕后，继续搅拌120min，停止搅拌，停止向夹套中通水，待物料冷却至常温，得到固含约30%的硅微粉浆体，备用。

制备微胶囊封孔剂

在一个1000mL的三口瓶中，加入430份去离子水，30份工业剂乙醇，4.0份溴化铵，置于磁力搅拌水浴锅中，开启磁力搅拌，温度控于44℃，搅拌30min后，用恒流泵将270份原硅酸四乙酯滴入三口瓶中，滴加时间为210min，滴加完成后，继续反应280min，加入8份骨胶，0.5份琼脂，搅拌30分钟，得到微胶囊封孔剂。

制备混凝土表面封孔剂

取150份硅微粉浆体（有效的硅微粉含量45份），开启高速分散机，5份C18酸，高速分散30分钟，再依次加入12份微胶囊封孔剂，15份壳聚糖，低速分散60分钟，得到灰色膏状的混凝土表面封孔剂。

对比例1

本对比例与实施例1的原料基本相同，不同的是本对比例不加微胶囊封孔剂。

对比例2

本对比例与实施例1的原料基本相同，不同的是本对比例不加长链碳酸。

以下为本发明的性能测试：

混凝土硬化性能测试

将上述四种实施例用于铁路墩柱C40混凝土测试，选用峨胜P.O 42.5水泥为胶凝材料，方圆1级粉煤灰；人工机制砂为细骨料，细度模数2.4；碎石粒径为5-16mm及16-25mm，减水剂为石家庄市长安育才建材公司的GK-3000标准型减水剂，封孔剂按不掺与掺以上各实施例和对比例的产品进行混凝土试验，按照GB/T50080-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土性能测试；依据ACI(American social institute)规定和Image J软件对混凝土表面的直径分布和气泡面积进行分析；依据GB/T《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测试混凝土28天的抗碳化性能；依据JGJ/T23-2011《回弹法测混凝土抗压强度技术规程》。混凝土配合比如下表一所示，混凝土试验结构如下表二所示。

表一 混凝土配合比

表二 混凝土试验结果

结论:基准组混凝土表面具有较多蜂窝、麻面，养护后出现鼓包，对比例1混凝土表面粗糙，出现蜂窝状气泡，对比例2混凝土表面出现较多小气泡，各实施例组的混凝土表面平整，无蜂窝、麻面，且具有较好的抗碳化性能。

实施例1和对比例1相比，表明微胶囊封孔剂对气泡面积的减少气泡面积有良好效果，特别能够封堵2mm以上的大气泡。

实施例1和对比例2相比，表明长链碳酸通过增加浆体层厚度能够进一步降低气泡面积，能够进一步减少1-2mm的气泡占比。

由上表测试可知，本发明的混凝土封孔剂具有良好的混凝土表面封孔性能。因此本发明能够提升混凝土工程的美观度，提升混凝凝土回弹强度，提升混凝土抗碳化以及抗氯离子侵蚀性能。本发明可掺入低标、高标混凝土、常态混凝土、泵送混凝土、清水混凝土等，可广泛用于房建、高速公路、高速铁路、地铁以及水利等工程项目中。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (8)

1.一种混凝土表面封孔剂，其特征在于：按重量份计，该混凝土表面封孔剂的制备原料的有效成分包括：硅微粉36-45份，壳聚糖10-15份，长链碳酸3-5份，微胶囊封孔剂8-12份；

所述微胶囊封孔剂以动物胶和琼脂为外壳，硅酸凝胶为内芯，碱性条件下外壳可水解破裂。

2.根据权利要求1所述的混凝土表面封孔剂，其特征在于：所述长链碳酸为主链含12-18个碳原子的脂肪酸。

3.根据权利要求1所述的混凝土表面封孔剂，其特征在于：所述微胶囊封孔剂的制备原料包括：250-270份原硅酸酯，6-8份动物胶，0.3-0.5份琼脂。

4.根据权利要求3所述的混凝土表面封孔剂，其特征在于：所述原硅酸酯包括原硅酸四甲酯和原硅酸四乙酯中的至少一种。

5.一种权利要求1-4任一项所述的混凝土表面封孔剂的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

将硅微粉制浆，开启高速分散机，加入长链碳酸，高速分散均匀，再加入微胶囊封孔剂、壳聚糖，低速分散，得到所述混凝土表面封孔剂。

6.根据权利要求5所述的混凝土表面封孔剂的制备方法，其特征在于：

所述硅微粉制浆的步骤为：将去离子水、氨水和分散剂混合，然后进行60-65℃水浴加热，开启高速搅拌机，加入硅微粉，继续搅拌均匀，停止水浴，冷却至常温，得到硅微粉浆体。

7.根据权利要求5或6所述的混凝土表面封孔剂的制备方法，其特征在于：

所述微胶囊封孔剂的制备方法包括如下步骤：将去离子水、有机醇和溴化铵混合，开启磁力搅拌，温度控于40-44℃，然后滴加原硅酸酯，滴加完成，继续反应，加入动物胶和琼脂，搅拌均匀，得到所述微胶囊封孔剂。

8.一种混凝土，其特征在于：所述混凝土的制备原料包括权利要求1-4任一项所述的混凝土表面封孔剂。