CN116214683A - 混凝土表面美化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混凝土表面美化剂及其制备方法，该混凝土表面美化剂具有水包油包水型乳液结构，其内水相中包括功能性组分，中间油相包括低粘度的矿物油和亲油性乳化剂，外水相包括亲水性乳化剂和去离子水，所述混凝土表面美化剂的制备原料还包括成膜组分、流平组分、触变组分和防锈组分中的至少一种。本发明的混凝土表面美化剂具有独特的“两膜三相”的多隔室结构，可有效缓释包裹在其中的混凝土功能性组分，用以掺入混凝土，可在混凝土模具面板表面有效铺展，起到隔离、润滑、排泡作用使得混凝土预制件脱模不粘模、且脱模后的混凝土预制件表面光滑、无色差、气泡少，能够提升硬化后混凝土工程的美观度。
Description
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美化剂，同时本发明还涉及上述混凝土表面美化剂的制备方法。
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。
随着建筑设计理念和混凝土技术的发展，建筑领域对混凝土表面的装饰效果要求越来越高。但是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，混凝土麻面、表面的气泡不仅影响混凝土的外观，还会影响混凝土的耐久性。空气中广泛存在CO2、水蒸气，它们容易进入混凝土表面的孔洞，使混凝土中水泥的水化产物转变为碳酸钙以及碳酸氢钙，造成混凝土表层碳化，降低混凝土工程使用的耐久性。在水工混凝土中，大坝的迎水面虽然采用了抗冲耐磨混凝土，但是表面的气泡也被视为缺陷，在水流常年累月的冲刷下，表面的缺陷也会逐渐放大，甚至劣化主体工程的力学性能。
发明内容
本发明提出一种混凝土表面美化剂，以减少混凝土表面的孔隙率，提高混凝土工程的美观度。
一种混凝土表面美化剂，该混凝土表面美化剂具有水包油包水型乳液结构，其内水相中包括功能性组分，中间油相包括低粘度的矿物油和亲油性乳化剂，外水相包括亲水性乳化剂和去离子水，所述混凝土表面美化剂的制备原料还包括成膜组分、流平组分、触变组分和防锈组分中的至少一种。
进一步的，所述矿物油包括10#、15#、20#白油和润滑油基础油中的至少一种。
进一步的，所述成膜组分包括十二碳醇酯。
进一步的，所述流平组分包括超支化聚醚流平剂和氟碳改性聚丙烯酸酯流平剂中的至少一种。
进一步的，所述触变组分包括硅酸铝镁型触变增稠剂和非离子型可溶纤维素醚类触变剂中的至少一种。
进一步的，所述防锈组分三乙醇胺油酸皂和三乙醇胺硼酸酯中的至少一种。
进一步的，所述功能性组分包括早强剂。
本发明还提出了一种混凝土表面美化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1:将功能性组分和去离子水混合，搅拌分散均匀得到内水相溶液；
S2:将矿物油和亲油性乳化剂混合，以200~300r/min转速搅拌得到油相组分，控制温度25℃±10℃，将所述内水相溶液滴加至油相组分中，滴加过程开启乳化搅拌，搅拌速度为2600~5000r/min，乳化完成，得到油包水乳液；
S3：将触变组分和去离子水混合，搅拌均匀，得到外水相溶液；
S4：将亲水型乳化剂和所述外水相溶液混合，搅拌均匀，加入所述油包水乳液，然后进行乳化搅拌，搅拌速度为 1000~2500r/min、乳化完成后，加入成膜组分、流平组分、防锈组分，搅拌均匀，得到所述混凝土表面美化剂。
本发明的混凝土表面美化剂具有独特的“两膜三相”的多隔室结构，可有效缓释包裹在其中的混凝土功能性组分，用以掺入混凝土，可在混凝土模具面板表面有效铺展，起到隔离、润滑、排泡作用使得混凝土预制件脱模不粘模、且脱模后的混凝土预制件表面光滑、无色差、气泡少，能够提升硬化后混凝土工程的美观度。
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。
一种混凝土表面美化剂，该混凝土表面美化剂具有水包油包水型乳液结构，其内水相中包括功能性组分，中间油相包括低粘度的矿物油和亲油性乳化剂，外水相包括亲水性乳化剂和去离子水，该混凝土表面美化剂的制备原料还包括成膜组分、流平组分、触变组分和防锈组分中的至少一种。
上述功能性组分溶于去离子水中作为美化剂内水相，功能性组分包括早强剂，早强剂可以采用CSH晶种（水化硅酸钙）早强剂，和/或，无机盐早强剂（氯化钙、氯化钠、硫酸钠、硫酸钙、硫代硫酸钠、亚硝酸钙、亚硝酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠、铬酸盐等）。混凝土拌合完成后，在外水相于模板表面铺展水分挥发，油相液滴靠拢堆积连续成膜后，内水相组分开始缓慢释放，进入到水泥颗粒的孔隙中，堵塞水泥石内部的毛细孔和前期因未能排出的气泡大孔，将大毛细孔分割成若于个微细孔，使得毛细孔数量减少，孔隙孔径变小，从而降低孔隙率，提高密实度，提升表面强度同时修复表面平整度，使得混凝土预制件脱模后具备光滑微孔或无孔的光滑外表面。
发明进行美化剂设计时，对于控制水包油包水型乳液结构稳定性也进行优化。通常多重乳液的稳定性受众多因素影响，如乳液的界面性质、黏度、渗透压等。本发明通过改进乳液的组成可提高乳液稳定性，在内水相中添加的功能性组分电解质可提高其离子强度，降低内外水相间的渗透压差，减少贮存或使用时的渗透效应，提高复乳稳定性，平衡液滴上的Laplace压力（液体在毛细管中的表面张力所产生的压力差），增高乳液的相变温度(PIT)，可有效改善界面处乳化剂的吸附，乳液稳定性更好。另外，由于电解质在内水相一侧的界面附近同表面活性剂争夺水分子，在一定程度上提高了界面层的刚性。故内水相中的功能性组分同时具备混凝土表面强度提升、表面平整度优化及乳液稳定性提升三个重要功能。
上述中间油相优选运动粘度（40℃）为9~32 m2/s的矿物油，可采用包括10#、15#、20#白油和润滑油基础油中的至少一种，上述润滑油基础油可采用传统溶剂精炼矿物油的一类基础油，其牌号包括60SN、70SN、100SN、150SN；或采用加氢裂解矿物油的二类基础油，其牌号包括100N、150N。上述润滑油基础油闪点160~222℃，无色或淡黄色。
上述成膜组分可以在混凝土凝固后单独能形成有一定强度、连续坚固的干膜，可以起到保水的作用，有利于混凝土养护锁水，成膜组分优选包括十二碳醇酯，十二碳醇酯可以有效地聚结乳液粒子，提高乳液的稳定性。
流平组分可以降低乳液与模板之间的表面张力，使二者具有良好的润滑性，防止乳液在模板铺展过程中产生缩孔，同时具备一定消泡和脱泡功能，促使乳液在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。上述流平组分优选采用包括超支化聚醚流平剂（如巴斯夫Hydropalat WE 3322）和氟碳改性聚丙烯酸酯流平剂（如巴斯夫EFKA-3777）中的至少一种。
触变组分加入乳液可调整乳液的触变性能，使之受力变稀，静置变稠，用以提升乳液的抗流挂性能，因混凝土模具通常具有水平面、垂直面、反斜面等形状，故在追求其流平性能的同时，不可忽略其抗流挂性能。流挂是指涂膜上留有乳液向下流淌痕迹的现象，也就是乳液在模板表面破乳成油膜后，膜层受重力的影响导致厚度不均匀，抗流挂性是指乳液在涂到倾斜、垂直表面时，是否能够保持一定的厚度，不会形成上薄下厚的情况，该情况则会增加混凝土脱模过程中脱模剂膜层过薄区域导致粘膜，脱模剂过厚区域油渗入混凝土表层产生色差的可能性。通常流平性和抗流挂性是相互矛盾的两个性能，流平性太好，流挂性就不太好；流挂性太好，流平性就不太好。因此，本发明加入了触变组分以平衡流平性和抗流挂性，上述触变组分优选采用包括硅酸铝镁型触变增稠剂（例：巴斯夫ATTAGEL50）和非离子型可溶纤维素醚类触变剂（例：羟乙基纤维素）中的至少一种。
防锈组分可以使碳钢、铸铁、铝材及其合金等金属材料具有防锈性能，有效防止金属模板锈蚀，此外防锈组分还有良好的防腐性，可抑制乳液中细菌、霉菌的繁殖和生长，同时具有良好的极压性，可在高温高压状态下形成一层化学保护膜覆盖于混凝土模板表面。上述防锈组分三乙醇胺油酸皂和三乙醇胺硼酸酯中的至少一种。
本专利发明的混凝土表面美化剂，因特殊的水包油包水结构，以及良好的乳化稳定性，以及通过助剂达到一个良好的流平性能与抗流挂性能的平衡点，使得在使用过程中无论是水平面、垂直面或反斜面均可有效铺展使得美化剂保证均匀的有效成膜厚度，不会出现铺展不均呈现出的缩孔、流挂、部分区域无膜情况，美化剂铺展后短时间内外相水蒸发，油包水体系逐渐连续形成均匀油膜，起到有效隔离润滑作用，混凝土浇筑过程，基础油隔离混凝土并帮助混凝土体系中的大气泡排出，浇筑及养护阶段内水相溶液开始缓释出表面增强组分，形成水化产物，修复未排出的气泡形成的孔洞，同时提升混凝土表面强度，得到表面平整、光滑、无色差、低孔隙率的混凝土制件。
本发明还提出了一种混凝土表面美化剂的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
S1:取5~15份功能性组分放于烧瓶中，加入100~150份去离子水中，搅拌分散5~10min至混合均匀得到内水相溶液，待用。功能性组分包括早强剂、速凝剂中的至少一种，其中早强剂可参考专利号CN108751785A的方法制备。
S2:向反应瓶中加入100~150份矿物油以及5~15份亲油性乳化剂200~300r/min转速搅拌5~10min得到油相组分，温度25℃±10℃待润滑油基础油及亲油型乳化剂分散均匀后，将S1制备得到的内水相溶液缓慢滴加至油相混合物中，滴加时间为20~40min，滴加时同时开启乳化搅拌，搅拌速度为2600~5000r/min，乳化时间60min~90min，得到油包水乳液。本发明优选亲水亲油平衡值（HLB）小于6的亲油型乳化剂，如Span-80和/或江苏海安石化有限公司JY乳化剂。
S3：将2~5份触变组分加入至100~150份去离子水中，转速250~500r/min充分搅拌15~45min，得到外水相溶液。
S4：取5-10份亲水型乳化剂和30~50份S3制备得到的外水相溶液混合于烧杯中，搅拌5~10min，加入50~70份S2制备好的油包水乳液，用乳化机进行乳化搅拌，乳化搅拌速度为1000~2500r/min、乳化时间 5~15min，制得乳白色泛蓝光稳定乳液，加入5~10份成膜组分、0.3~0.8份流平组分、3~5份防锈组分，充分搅拌10min，得到混凝土表面美化剂。本发明优选亲水亲油平衡值（HLB）大于11的亲水型乳化剂，如广东中联邦精细化工有限公司B-63乳化剂。
本发明的混凝土表面美化剂用以涂敷到混凝土模板上，美化剂可在混凝土表面有效铺展，起到隔离、润滑、排泡作用使得混凝土预制件脱模不粘模、且脱模后的混凝土预制件表面光滑平整、无色差、气泡少，能够提升硬化后混凝土工程的美观度。
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
本实施例的表面增强型混凝土美化剂的制备方法包括如下工艺步骤:
S1:取10份CSH晶种早强剂于烧瓶中，加入100份去离子水中，搅拌分散5min至混合均匀得到水包油包水乳液的内水相溶液，待用。
S2:向反应瓶中加入120份60N润滑油基础油以及4份JY乳化剂和6份Span-80，250r/min转速搅拌5 min得到油相组分，温度20℃待润滑油基础油及亲油型乳化剂分散均匀后。取S1制备得到的60份内水相溶液缓慢滴加至40份油相混合物中，滴加时间为20min，滴加时同时开启乳化搅拌，搅拌速度为2600 r/min，乳化时间60 min，得到油包水乳液。
S3：取2份ATTAGEL50触变剂以及0.6份羟乙基纤维素，加入至120份去离子水中，转速300r/min充分搅拌30min，得到外水相溶液。
S4：取7份B-63乳化剂和30份S3制备得到的外水相溶液混合于烧杯中，搅拌5 min，加入70份S2制备好的油包水乳液，用乳化机进行乳化搅拌，乳化搅拌速度 2000 r/min、乳化时间 10 min，制得乳白色泛蓝光稳定乳液后加入5份十二碳醇酯、0.5份EFKA-3777氟碳改性聚丙烯酸酯流平剂、3份三乙醇胺硼酸酯，充分搅拌10 min，得到表面增强型混凝土美化剂。
实施例2:
本实施例的表面增强型混凝土美化剂的制备方法包括如下工艺步骤:
S1:同实施例S1。
S2:向反应瓶中加入100份150SN润滑油基础油以及3份JY乳化剂和7份Span-80，250 r/min转速搅拌5 min得到油相组分，温度35℃待润滑油基础油及亲油型乳化剂分散均匀后。取S1制备得到的60份内水相溶液缓慢滴加至40份油相混合物中，滴加时间为30min，滴加时同时开启乳化搅拌，搅拌速度为3500 r/min，乳化时间60 min，得到油包水乳液。
S3：取1.5份ATTAGEL50触变剂以及1份羟乙基纤维素，加入至120份去离子水中，转速300r/min充分搅拌30min，得到外水相溶液。
S4：取10份B-63乳化剂和30份S3制备得到的外水相溶液混合于烧杯中，搅拌5min，加入70份S2制备好的油包水乳液，用乳化机进行乳化搅拌，乳化搅拌速度 2500 r/min、乳化时间 10 min，制得乳白色泛蓝光稳定乳液后加入5份十二碳醇酯、0.7份Hydropalat WE 3322流平剂、3份三乙醇胺硼酸酯，充分搅拌10min，得到表面增强型混凝土美化剂。
实施例3:
本实施例的表面增强型混凝土美化剂的制备方法包括如下工艺步骤:
S1:取10份CSH晶种早强剂以及5份碳酸钠于烧瓶中，加入100份去离子水中，搅拌分散10min至混合均匀得到水包油包水乳液的内水相溶液，待用。
S2：同实施例1的S2。
S3：同实施例1的S3。
S4：同实施例1的S4。
实施例4:
本实施例的表面增强型混凝土美化剂的制备方法包括如下工艺步骤:
S1:取8份CSH晶种早强剂和7份亚硝酸钙于烧瓶中，加入100份去离子水中，搅拌分散5min至混合均匀得到水包油包水乳液的内水相溶液，待用。
S2:向反应瓶中加入110份100SN润滑油基础油以及2.5份JY乳化剂和7.5份Span-80，250 r/min转速搅拌5 min得到油相组分，温度30℃待润滑油基础油及亲油型乳化剂分散均匀后。取S1制备得到的60份内水相溶液缓慢滴加至40份油相混合物中，滴加时间为20min，滴加时同时开启乳化搅拌，搅拌速度为3000 r/min，乳化时间40 min，得到油包水乳液。
S3：同实施例1的S3。
S4：取8.5份B-63乳化剂和30份S3制备得到的外水相溶液混合于烧杯中，搅拌5min，加入70份S2制备好的油包水乳液，用乳化机进行乳化搅拌，乳化搅拌速度 2000 r/min、乳化时间 10 min，制得乳白色泛蓝光稳定乳液后加入3份十二碳醇酯、0.5份EFKA-3777氟碳改性聚丙烯酸酯流平剂、5份三乙醇胺油酸皂，充分搅拌10 min，得到表面增强型混凝土美化剂。
对比例1：
本对比例采用专利号CN 113717781 A公开的一种油包水基混凝土脱模剂。
对比例2：
本对比例采用金华达EP-01水包油型脱模剂。
施工性能和匀质性能测试
试验按照JC/T949-2005《混凝土制品用脱模剂》测定了实施例1-4和对比例1-2的稳定性、成膜时间、粘附量、脱模性能和试件脱模后外观、模板锈蚀情况，具体结果参见表1。
表1：实施例1-4和对比例1-2性能检测结果
表面回弹测试
采用室外放置的方式，参考《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/123-2001的标准方法测试实施例1~4以及对比例1~2脱模剂脱模的混凝土试件的回弹值。6组（每组3个试块尺寸150*150*150）试块均为24小时脱模。
表2：实施例1-4和对比例1-2回弹检测结果
结论:本发明的混凝土表面美化剂可使混凝土表面具有较好的脱模性能，以及较低的粘附量，有效提高模板耐腐蚀性，而且本发明的混凝土表面美化剂匀质性能稳定，不易分层离析。
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)
1.一种混凝土表面美化剂，其特征在于：该混凝土表面美化剂具有水包油包水型乳液结构，其内水相中包括功能性组分，中间油相包括低粘度的矿物油和亲油性乳化剂，外水相包括亲水性乳化剂和去离子水，所述混凝土表面美化剂的制备原料还包括成膜组分、流平组分、触变组分和防锈组分中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的混凝土表面美化剂，其特征在于：所述矿物油包括10#、15#、20#白油和润滑油基础油中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的混凝土表面美化剂，其特征在于：所述成膜组分包括十二碳醇酯。
4.根据权利要求1所述的混凝土表面美化剂，其特征在于：所述流平组分包括超支化聚醚流平剂和氟碳改性聚丙烯酸酯流平剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的混凝土表面美化剂，其特征在于：所述触变组分包括硅酸铝镁型触变增稠剂和非离子型可溶纤维素醚类触变剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的混凝土表面美化剂，其特征在于：所述防锈组分三乙醇胺油酸皂和三乙醇胺硼酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的混凝土表面美化剂，其特征在于：所述功能性组分包括早强剂。
8.一种混凝土表面美化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1:将功能性组分和去离子水混合，搅拌分散均匀得到内水相溶液；
S2:将矿物油和亲油性乳化剂混合，以200~300r/min转速搅拌得到油相组分，控制温度25℃±10℃，将所述内水相溶液滴加至油相组分中，滴加过程开启乳化搅拌，搅拌速度为2600~5000r/min，乳化完成，得到油包水乳液；
S3：将触变组分和去离子水混合，搅拌均匀，得到外水相溶液；
S4：将亲水型乳化剂和所述外水相溶液混合，搅拌均匀，加入所述油包水乳液，然后进行乳化搅拌，搅拌速度为1000~2500 r/min、乳化完成后，加入成膜组分、流平组分、防锈组分，搅拌均匀，得到所述混凝土表面美化剂。
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