CN117887312A - 一种uhpc防护剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及防护剂领域，更具体地说，它涉及一种UHPC防护剂及其制备方法。一种UHPC防护剂，按照质量份数，包括以下原料：5‑10份醇溶剂、60‑85份水、1‑5份成膜剂、0‑3份分散剂、5‑15份莫来石、1‑5份四乙氧基硅烷、1‑5份端乙烯基聚二甲基硅氧；其制备方法为：将四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液在1500‑2000r/min的条件下混合搅拌，得到混合液；往混合液中继续加入水、成膜剂，混合搅拌至均匀，得到成品。本申请具有提高对UHPC的防护效果的优点。

Description

一种UHPC防护剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及防护剂领域，更具体地说，它涉及一种UHPC防护剂及其制备方法。

背景技术

UHPC是超高性能混凝土的简称，其为一种具有超强力学性能、高韧性、优良浇筑及成型性能的水泥基混凝土材料。通常采用硅酸盐水泥、硅灰、石英粉、细硅砂、高效减水剂、水、钢或有机纤维等高强度韧性材料为原料。由于UHPC的优良性能，其应用非常广泛，被应用于幕墙、景观、桥梁、道路等。

由于UHPC自身的化学组成及本身为多孔结构，应用于幕墙等领域时，雨水、潮湿天气等情况会使得UHPC快速被腐蚀，使得建筑的稳定性、安全性大打折扣，企业每年都要花费大量财力物力去维护、修缮混凝土结构。

在相关技术中，混凝土的防护主要采用表面涂层的方法，即在混凝土结构表面涂覆沥青、聚氨酯、环氧树脂等，这些涂层耐碱性高、附着力好。但是，这些材料会将混凝土表面的孔隙堵塞密封，阻碍混凝土内部水分挥发，使混凝土的性能下降，导致防护效果欠佳。因此，还有待改善。

发明内容

为了提高对UHPC的防护效果，本申请提供一种UHPC防护剂及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种UHPC防护剂，采用如下的技术方案：

一种UHPC防护剂，按照质量份数，包括以下原料：5-10份醇溶剂、60-85份水、1-5份成膜剂、0-3份分散剂、5-15份莫来石、1-5份四乙氧基硅烷、1-5份端乙烯基聚二甲基硅氧。

通过采用上述技术方案，在莫来石、四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧的共同配合下，涂覆在混凝土表面时，可以快速穿透混凝土表层向深层渗透、向混凝土的缝隙内渗透。在水、混凝土的催化下，四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧水解生成硅羟基，随后继续与混凝土表面、毛细孔隙内的羟基反应，生成网状物；莫来石则在反应过程中，与网状物共同配合，可作为节点增强网状物的强度和稳定性，促使网状物更全面穿插于混凝土中。网状物穿插于混凝土表面和毛细孔道中，使得混凝土表面和毛细孔隙变为疏水表面，减少了外来水汽滞留在混凝土内。

并且，莫来石除了充当网状物的节点外，还可以起到填充混凝土缝隙的作用。莫来石填充混凝土缝隙后，使得混凝土结构变得更加密实，可供外来水进入的空间变小。又因为莫来石富含孔洞，保证混凝土结构变密实的同时，依旧可以保持良好的透气性，有效促使内部水分挥发。

同时，莫来石作为颗粒，在体系中可以有效减少气泡生成；防护剂涂覆在混凝土表面时，也可以与混凝土有更充分的接触，牢固附着在混凝土表面。

优选的，所述莫来石的质量份数为8-12份，四乙氧基硅烷的质量份数为3.0-4.5份，端乙烯基聚二甲基硅氧烷的质量份数为1.5-2.5份。

通过采用上述技术方案，进一步限定莫来石、四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷之间的用量配合，有更加充分的配合，快速渗透到混凝土内部深处，并生成更加稳定的网状物填充混凝土缝隙，赋予混凝土更高的强度和更强的疏水性。

优选的，所述莫来石的粒径为30-100um。

通过采用上述技术方案，进一步限定莫来石的粒径，对混凝土裂缝有更好的填充效果，尽可能提高密实度且保证透气性。

优选的，所述成膜剂为聚乙烯醇、丙烯酸共聚物乳液、醇酯十二、丁二烯树脂中的一种或多种混合。

优选的，所述成膜剂为聚乙烯醇、丙烯酸共聚物乳液，聚乙烯醇、丙烯酸共聚物乳液的质量比为1：(0.8-1.2)，以聚乙烯醇的质量为基准。

通过采用上述技术方案，选择特定种类的成膜剂，并进一步限定特定成膜剂之间的质量比，与体系的各种原料可以充分混合。制成的防护剂涂抹到混凝土表面时，能够形成一层均匀且透气的保护膜，有效阻隔外界的水汽。

优选的，所述醇溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇中的一种或多种混合。

优选的，所述醇溶剂为乙醇。

通过采用上述技术方案，选择低分子量的醇可以有助于促进体系中的各种原料更充分混合，从而有更好的配合效果。

第二方面，本申请提供一种UHPC防护剂的制备方法，采用如下的技术方案：

一种UHPC防护剂的制备方法，包括以下步骤：

将四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液在1500-2000r/min的条件下混合搅拌，得到混合液；

往混合液中继续加入水、成膜剂，混合搅拌至均匀，得到成品。

通过采用上述技术方案，进一步限定混合四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液时的转速，通过较高速的旋转将上述原料充分打散、混合，充分促进反应。

优选的，将所述混合液、水、成膜剂混合时，将转速提升至2500-3000r/min。

通过采用上述技术方案，在后续再进一步提高转速，使得搅拌更加充分，降低了团聚、不均匀的可能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、在莫来石、四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧的共同配合下，涂覆在混凝土表面时，可以快速朝混凝土向深层渗透、缝隙渗透，赋予混凝土更深层的疏水效果，有效隔绝水汽。

2、在莫来石、四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧的共同配合下，有效填充混凝土缝隙，且由于莫来石富含孔洞，保证混凝土结构变密实的同时，依旧可以保持良好的透气性，有效促使内部水分挥发。

3、在莫来石、四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧的共同配合下，体系较少气泡生成，可以与混凝土有更充分的接触，牢固附着在混凝土表面。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

以下实施例及对比例中所用的原料均为市售产品。

实施例

实施例1

一种UHPC防护剂，包括以下原料：8kg醇溶剂、72kg水、3kg成膜剂、1.5kg分散剂、10kg莫来石、3.5kg四乙氧基硅烷、2kg端乙烯基聚二甲基硅氧烷。

具体用量汇总于表1。

醇溶剂为乙醇。

成膜剂为聚乙烯醇、醇酯十二，聚乙烯醇、醇酯十二的质量比为1:1,即聚乙烯醇的用量为1.5kg，醇酯十二的用量为1.5kg。

分散剂为十二烷基硫酸钠。

莫来石的粒径为50um。

四乙氧基硅烷的CAS号为78-10-4。

端乙烯基聚二甲基硅氧烷购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司，型号为JP-02V-200。

本申请还提供一种UHPC防护剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液投入搅拌釜内，在2000r/min的条件下搅拌，混合15min，得到混合液。

步骤2)：往搅拌釜的混合液中继续加入水、成膜剂，将转速提升至3000r/min，混合搅拌25min，得到成品。

实施例2

一种UHPC防护剂，包括以下原料：5kg醇溶剂、85kg水、1kg成膜剂、0.1kg分散剂、5kg莫来石、1kg四乙氧基硅烷、1kg端乙烯基聚二甲基硅氧烷。

具体用量汇总于表1。

醇溶剂为乙二醇。

成膜剂为聚乙烯醇、醇酯十二，聚乙烯醇、醇酯十二的质量比为1:0.8，即聚乙烯醇的用量为0.56kg，醇酯十二的用量为0.44kg。

分散剂为十二烷基苯磺酸钠。

莫来石的粒径为30um。

四乙氧基硅烷的CAS号为78-10-4。

端乙烯基聚二甲基硅氧烷购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司，型号为JP-02V-300。

本申请还提供一种UHPC防护剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液投入搅拌釜内，在1500r/min的条件下搅拌，混合15min，得到混合液。

步骤2)：往搅拌釜的混合液中继续加入水、成膜剂，将转速提升至2500r/min，混合搅拌25min，得到成品。

实施例3

一种UHPC防护剂，包括以下原料：10kg醇溶剂、60kg水、5kg成膜剂、3kg分散剂、15kg莫来石、5kg四乙氧基硅烷、5kg端乙烯基聚二甲基硅氧烷。

具体用量汇总于表1。

醇溶剂为丙醇。

成膜剂为聚乙烯醇、醇酯十二，聚乙烯醇、醇酯十二的质量比为1:1.2，即聚乙烯醇的用量为2.27kg，醇酯十二的用量为2.73kg。

分散剂为十二烷基硫酸钠。

莫来石的粒径为100um。

四乙氧基硅烷的CAS号为78-10-4。

端乙烯基聚二甲基硅氧烷购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司，型号为JP-02V-200。

本申请还提供一种UHPC防护剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液投入搅拌釜内，在1800r/min的条件下搅拌，混合15min，得到混合液。

步骤2)：往搅拌釜的混合液中继续加入水、成膜剂，将转速提升至2800r/min，混合搅拌25min，得到成品。

实施例4

一种UHPC防护剂，包括以下原料：8kg醇溶剂、72kg水、3kg成膜剂、1.5kg分散剂、8kg莫来石、3kg四乙氧基硅烷、1.5kg端乙烯基聚二甲基硅氧烷。

具体用量汇总于表1。

醇溶剂为乙醇。

成膜剂为聚乙烯醇、醇酯十二，聚乙烯醇、醇酯十二的质量比为1:1，即聚乙烯醇的用量为1.5kg，醇酯十二的用量为1.5kg。

分散剂为十二烷基硫酸钠。

莫来石的粒径为50um。

四乙氧基硅烷的CAS号为78-10-4。

端乙烯基聚二甲基硅氧烷购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司，型号为JP-02V-200。

本申请还提供一种UHPC防护剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液投入搅拌釜内，在2000r/min的条件下搅拌，混合15min，得到混合液。

步骤2)：往搅拌釜的混合液中继续加入水、成膜剂，将转速提升至3000r/min，混合搅拌25min，得到成品。

实施例5

一种UHPC防护剂，包括以下原料：8kg醇溶剂、72kg水、3kg成膜剂、1.5kg分散剂、12kg莫来石、4.5kg四乙氧基硅烷、2.5kg端乙烯基聚二甲基硅氧烷。

具体用量汇总于表1。

醇溶剂为乙醇。

成膜剂为聚乙烯醇、醇酯十二，聚乙烯醇、醇酯十二的质量比为1:1，即聚乙烯醇的用量为1.5kg，醇酯十二的用量为1.5kg。

分散剂为十二烷基硫酸钠。

莫来石的粒径为50um。

四乙氧基硅烷的CAS号为78-10-4。

端乙烯基聚二甲基硅氧烷购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司，型号为JP-02V-200。

本申请还提供一种UHPC防护剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液投入搅拌釜内，在2000r/min的条件下搅拌，混合15min，得到混合液。

步骤2)：往搅拌釜的混合液中继续加入水、成膜剂，将转速提升至3000r/min，混合搅拌25min，得到成品。

表1

实施例6

一种UHPC防护剂，包括以下原料：8kg醇溶剂、72kg水、3kg成膜剂、1.5kg分散剂、10kg莫来石、3.5kg四乙氧基硅烷、2kg端乙烯基聚二甲基硅氧烷。

醇溶剂为乙醇。

成膜剂为聚乙烯醇、醇酯十二，聚乙烯醇、醇酯十二的质量比为1:1，即聚乙烯醇的用量为kg，醇酯十二的用量为kg。

分散剂为十二烷基硫酸钠。

莫来石的粒径为1mm。

四乙氧基硅烷的CAS号为78-10-4。

端乙烯基聚二甲基硅氧烷购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司，型号为JP-02V-200。

本申请还提供一种UHPC防护剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液投入搅拌釜内，在2000r/min的条件下搅拌，混合15min，得到混合液。

步骤2)：往搅拌釜的混合液中继续加入水、成膜剂，将转速提升至3000r/min，混合搅拌25min，得到成品。

实施例7

一种UHPC防护剂，包括以下原料：8kg醇溶剂、72kg水、3kg成膜剂、1.5kg分散剂、10kg莫来石、3.5kg四乙氧基硅烷、2kg端乙烯基聚二甲基硅氧烷。

醇溶剂为乙醇。

成膜剂为聚乙烯醇、醇酯十二，聚乙烯醇、醇酯十二的质量比为1:0.1，即聚乙烯醇的用量为2.73kg，醇酯十二的用量为0.27kg。

分散剂为十二烷基硫酸钠。

莫来石的粒径为50um。

四乙氧基硅烷的CAS号为78-10-4。

端乙烯基聚二甲基硅氧烷购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司，型号为JP-02V-200。

本申请还提供一种UHPC防护剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液投入搅拌釜内，在2000r/min的条件下搅拌，混合15min，得到混合液。

步骤2)：往搅拌釜的混合液中继续加入水、成膜剂，将转速提升至3000r/min，混合搅拌25min，得到成品。

对比例

对比例1

一种UHPC防护剂，与实施例1的不同之处在于，将莫来石替换为二氧化硅。即莫来石的用量为0kg，二氧化硅的用量为10kg。

对比例2

一种UHPC防护剂，与实施例1的不同之处在于，将四乙氧基硅烷替换为正辛基三乙氧基硅烷。即四乙氧基硅烷的用量为0kg，正辛基三乙氧基硅烷的用量为3.5kg。

对比例3

一种UHPC防护剂，与实施例1的不同之处在于，将端乙烯基聚二甲基硅氧烷替换为聚二甲基硅氧烷。即端乙烯基聚二甲基硅氧烷的用量为0kg，聚二甲基硅氧烷的用量为2kg。

对比例4

一种UHPC防护剂，与实施例1的不同之处在于，莫来石的用量为3.5kg，四乙氧基硅烷的用量为6kg，端乙烯基聚二甲基硅氧烷的用量为6kg。

对比例5

一种UHPC防护剂的制备方法，与实施例1的不同之处在于，步骤1)、步骤2)的转速为1000r/min。

性能检测试验

1)检测样品：实施例1-7、对比例1-5的防护剂。

2)混凝土试样制备：

原料：54kg硅酸盐水泥(52.5R级)、9kg硅灰、18kg粉煤灰、9kg矿渣粉、62kg机制砂、93kg玄武岩粗骨料、0.8kg聚羧酸高效减水剂；按照水胶比0.18称量水。

制备方法：将机制砂与20％的水混合，搅拌至均匀；然后继续加入水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣粉混合，搅拌至均匀；再继续加入玄武岩粗骨料，搅拌至均匀；最后加入聚羧酸高效减水剂和剩余的水混合，搅拌至均匀，得到混凝土拌合料。

常温泡水养护28d，得到混凝土试件。

3)检测项目：

1、吸水检测：混凝土试件的尺寸为100×100×100mm。

将混凝土试件置于通风柜中放置48h，取出后在混凝土试件六面刷涂检测样品，每面刷涂2遍。称量混凝土试件重量m₁。

然后再将混凝土试件完全浸没在去离子水中，液面高度高出混凝土试件1cm，浸泡4h；取出混凝土试件置于260μW/cm²的紫外环境中静置4h；然后再取出混凝土试件，再次浸泡至去离子水内2h。

取出混凝土试件，称量混凝土试件m₂。

计算吸水率，记录至表2。

2、浸渍深度：混凝土试件的尺寸为100×100×100mm。

将混凝土试件置于通风柜中放置48h，取出后在混凝土试件六面刷涂检测样品，每面刷涂2遍。称量混凝土试件重量m₁。

在浸泡容器底部均匀摆放多根直径10mm的玻璃棒，将混凝土试件放置于玻璃棒上，然后往浸泡容器内注入去离子水至浸没玻璃棒1-2mm，浸泡6h后取出，称量混凝土试件m₂。

计算浸渍高度，记录于表2。

试验过程中，温度保持在(20±2)℃的范围内。

S：混凝土试件与水的实际接触面积，mm²。

3、劈裂抗拉强度：在混凝土试件六面刷涂检测样品，每面刷涂2遍，然后按照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》检测混凝土试件的劈裂抗拉强度，以此为处理前强度，记录至表2。

在混凝土试件六面刷涂检测样品，每面刷涂2遍。然后将混凝土试件完全浸没在去离子水中，液面高度高出混凝土试件1cm，浸泡4h。取出后，检测混凝土试件的劈裂抗拉强度，此为处理后强度，记录至表2。

表2

注：空白对照为无刷涂检测样本的混凝土试件。

根据表2可知，无刷涂实施例1-7、对比例1-5的防护剂的混凝土试件在各项检测中所表现出来的效果，都远不及实施例1的。说明本申请所提供的防护剂，确实可以对混凝土起到防护效果，降低外来水汽对混凝土的影响，又不阻碍内部水汽蒸发，使混凝土能维持较高的强度。

对比例1-3的防护剂是在实施例1的基础上替换掉莫来石、四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷中的任意一种。使用该防护剂的混凝土，吸水率在1.1-1.3％之间，浸渍高度在4-4.4mm，处理前劈裂抗拉强度为6.1-6.9MPa，处理后劈裂抗拉强度为4.3-4.6MPa。上述与实施例1的各项数据相比，吸水率、浸渍高度大幅度提高，劈裂抗拉强度大幅度下降。说明破坏本申请的特定组合后，所制得的防护剂没办法起到特殊配合以防护混凝土。

对比例4是在实施例1的基础上破坏了莫来石、四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷之间的特殊用量配合。对比例4的各项数据与对比例1-3的相比，虽然较对比例1-3有更好的疏水性、更高的强度，但是明显远远不及实施例1。说明不仅需要莫来石、四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷三者配合，还需要进一步限定三者之间的用量配合关系才能起到理想的特殊配合效果。

根据表2中实施例1与实施例6的检测结果对比可知，实施例6的吸水率明显较实施例1的高，但是浸渍高度却与实施例1相差不大；在劈裂抗拉强度方面，实施例6处理前的强度就较实施例1的低，处理后的更是下降明显。

发明人猜测，这是因为粒径较大的莫来石颗粒对于浅层、表层孔洞的阻挡效果太强，从而影响了内部水分的蒸发，使得劈裂抗拉强度性能差。又因为莫来石粒径过大，堵塞了表层的一部分孔洞，深层的孔洞又没办法填补，吸水检测中初次浸没吸入的水滞留在深层孔洞内，使得吸水率增高；浸渍高度仅浸没混凝土的一部分，表层的孔洞被莫来石堵塞，外来水汽暂时无法进入混凝土内部，所以浸渍高度较低。因此，还是需要在限定莫来石、四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷的基础上，进一步限定莫来石的粒径，才能更好地发挥特殊配合效果。

根据表2中实施例1与实施例7的检测数据对比可知，进一步限定成膜剂的种类及用量比例，有利于提高防护剂对混凝土的防护效果。

根据表2中实施例1与对比例5的检测数据对比可知，需要进一步限定制备时的搅拌条件，供各种原料更加充分反应，才能更好发挥效果。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种UHPC防护剂，其特征在于，按照质量份数，包括以下原料：5-10份醇溶剂、60-85份水、1-5份成膜剂、0-3份分散剂、5-15份莫来石、1-5份四乙氧基硅烷、1-5份端乙烯基聚二甲基硅氧烷。

2.根据权利要求1所述的UHPC防护剂，其特征在于：所述莫来石的质量份数为8-12份，四乙氧基硅烷的质量份数为3.0-4.5份，端乙烯基聚二甲基硅氧烷的质量份数为1.5-2.5份。

3.根据权利要求1所述的UHPC防护剂，其特征在于：所述莫来石的粒径为30-100um。

4.根据权利要求1所述的UHPC防护剂，其特征在于：所述成膜剂为聚乙烯醇、丙烯酸共聚物乳液、醇酯十二、丁二烯树脂中的一种或多种混合。

5.根据权利要求4所述的UHPC防护剂，其特征在于：所述成膜剂为聚乙烯醇、醇酯十二，聚乙烯醇、醇酯十二的质量比为1：（0.8-1.2），以聚乙烯醇的质量为基准。

6.根据权利要求1所述的UHPC防护剂，其特征在于：所述醇溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇中的一种或多种混合。

7.根据权利要求6所述的UHPC防护剂，其特征在于：所述醇溶剂为乙醇。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的UHPC防护剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将四乙氧基硅烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、莫来石、分散剂、醇溶液在1500-2000r/min的条件下混合搅拌，得到混合液；

往混合液中继续加入水、成膜剂，混合搅拌至均匀，得到成品。

9.根据权利要求8所述的UHPC防护剂的制备方法，其特征在于：将所述混合液、水、成膜剂混合时，将转速提升至2500-3000r/min。