CN1699290B

CN1699290B - 一种混凝土保护养护剂

Info

Publication number: CN1699290B
Application number: CN 200510026315
Authority: CN
Inventors: 周岳雷; 王国华; 丁玉平
Original assignee: SCIENTIFIC RESEARCH INST SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN RESEARCH INST; Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Current assignee: SCIENTIFIC RESEARCH INST SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN RESEARCH INST; Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: CN1699290A

Abstract

本发明公开了一种混凝土保护养护剂，其特征在于：所述的混凝土保护养护剂底涂料为碱金属硅酸盐类，其中碱性硅酸盐含量占重量百分比为15-25％，渗透剂含量占重量百分比为0.01-5％，稳定剂含量占重量百分比为0.1-10％，润湿分散剂含量占重量百分比为0.1-10％，余量为水，氧化硅/碱金属氧化物比值在2.8-5.4间。该有机复合物可为有机硅烷，有机硅烷和有机硅氧烷的共聚物等。该养护剂能进一步提高表面致密性和憎水性，将保水性在原基础上提高20～30％，并在养护后使混凝土表面具有保护功能。适用于公路、各类地坪、预制梁、桥墩以及各类平面、立面新浇大面积室内外混凝土的表面养护剂及保护。

Description

一种混凝土保护养护剂

技术领域：

本发明涉及一种有机和无机复合组合物，及其作为建筑物混凝土养护保护剂。

背景技术：

众所周知，众多混凝土浇注成型拆模后，通常在养护阶段采用不断(定时)浇水以保证混凝土养护阶段需水量，防止因混凝土表面起砂或开裂而达不到要求的物理力学性能。现代基建随着大面积现浇混凝土和预制件施工增长，浇水养护工艺给施工带来繁重劳动和大量耗水，环境污染等诸多问题，稍有不当和技术原因而造成养护后混凝土开裂、起砂、粉化事故屡见不鲜、此后，西方国家现代混凝土施工采用喷洒养护剂的养护技术，大大节约劳力和繁重的辅助设施，大量节约用水减少污染，取得了良好的经济效益和社会效益。

国内外养护剂品种繁多，大都归属硅酸盐类、石蜡基料类，不同高分子树脂材料等(见付智等施工技术32，No：57(2003))。

试验和工程应用表明三类型养护剂具有各自优缺点，石蜡基料类保水率最好，但强度太差，易擦伤破碎磨损；高分子树脂类保水率可达到基本保水要求，但与混凝土表面结合力差，易被雨水冲洗掉；硅酸盐类虽价格低廉，表面结合力强，硬度好，耐磨性高，但保水率达不到规范要求。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种新型的用于混凝土无机和有机复合养护剂的组合物，不但满足养护保水率等指标要求，而且养护后使混凝土表面还具有防水保护功能。

为实现上述目的，本发明的方案如下：一种混凝土保护养护剂，其特征在于：所述的混凝土保护养护剂底涂料为碱金属硅酸盐类，其中碱性硅酸盐含量占重量百分比为15～25％，渗透剂含量占重量百分比为0.01~5％，稳定剂含量占重量百分比为0.1～10％，润湿分散剂含量占重量百分比为0.1～10％，余量为水，氧化硅/碱金属氧化物比值在2.8～5.4间。

其中该碱金属硅酸盐类可从硅酸锂、硅酸钾和硅酸钠中选择。

一种混凝土保护养护剂，其特征在于：所述所述的混凝土保护养护剂的复合涂面为机复合物RSi(OH)_3-mM_m、有机硅烷R^A ₁Si[OR’]₃或有机硅烷R^A ₁Si[OR’]₃和有机硅氧烷R^B ₂[OR′]SiO[R^B ₂SiO]_nSiR^B ₂[OR’]的共聚物。

RSi(OH)_3-mM_m (I式)

式中R为甲基、乙基、异丁基。M为碱金属如锂、钾、钠、等，m值在0.8～1.5间。

R^A ₁Si[OR′]₃ (II式)

式中R^A ₁为C₁、C₂、C₄、和C₆～C₁₂烷烃基，R′为C₁～C₄烷基。

其中有机复合物可为有机硅烷(如II式)和有机硅氧烷III的共聚物

II式中R^A ₁为C₁、C₂、C₄、和C₆～C₁₂烷烃基，R′为C₁～C₄烷基。

R^B ₂[OR′]SiO[R^B ₂SiO]_nSiR^B ₂[OR′] (III式)

式中R^B为C₁、C₂、C₄烷烃基，n为2～4。

或者II的低聚物

R^A ₁[OR′]₂Si-O(Si(R₁)(OR′))_n-Si(OR)₂R^A ₁ n＝1.5～4

上述复合物可采用溶剂型或其乳液型，其活性组分含量为6～35％，优选为10～25％。

具体实施方式：

本发明在已有的硅酸盐涂层表面再复合一种具有渗透性的有机硅类，除保留原有硅酸盐养护剂的功能外，进一步提高表面致密性和憎水性，将保水性在原基础上提高20％-30％。

无机底涂所选用的碱金属硅酸盐一般大都采用硅酸钠和硅酸钾，特殊场合下采用硅酸锂，但其价格昂贵。硅酸钠价格低廉，但其防水性、成膜性不如硅酸钾。此外对高模数硅酸钠，由于其黏度太高渗透性差，不适宜采用。而硅酸钾防水和成膜性适中，且容易制成高模数产品，大大提高处理后混凝土表面致密性，同时降低有害金属含量。

本发明添加氟化合物结构聚合物，如

R₁-O(CH₂CH₂O)_nR

R”O-(CH₂CH₂O)_n-R

H(CF₂CF₂)_mCH₂O(CH₂CH₂O)_PH

其中R′为C₉F₁₇，C₁₀F₁₉……C₁₅F₃₁，R”为C₇F₁₅COO，C₈F₁₇COO，C₉F₁₉COO，n为21～27，m为10～13，P为19～25。这样可保证保护养护剂很好地对混凝土表面润湿，同时其亲水基团-(OCH₂CH₂)_n-可提高溶液稳定性，防止凝胶生成。

本发明除有上述助剂外还可含有本领域中常有的其它助剂组分，如固化促进剂，凝絮沉降防止剂，消泡剂，以及涂料和颜料等。

本发明的有机复合物可为碱化烷基硅硅醇类

RSi(OH)_3-mM_m

式中R通常为C₁、C₂烷基，特殊情况下为C₆～C₈烷基，后者耐砼性、抗紫外线性以及最终憎水抗渗性更优异，但价格昂贵，其M组成通常为钠、钾，钠型价廉，但制造过程其游离砼含量偏高，钾型从最终对混凝土表面致密性、耐水性、泛碱性较好，但价格偏高。

本发明有机复合物也可采用有机硅烷

R^A ₁Si[OR′]₃

或其低聚物

R^A ₁[OR′]₂Si-[OSi(R₁)(OR)]_n-Si(OR)₂R^A ₁ n＝1.5～8

式中R^A ₁为C₁、C₂、iC₄、C₆～C₁₀烷基等，当R^A ₁为C₆～C₁₀，如正、异己基三甲(乙)氧基硅烷，正庚基三甲(乙)氧基硅烷，正异辛基三甲(乙)氧基硅烷，正王基三甲(乙)氧基硅烷，正癸基三甲(乙)氧基硅烷等长链烷基时，其耐久性、稳定性、抗紫外线、抗挥发性、憎水性、耐砼耐酸性比短链大大优越，但价格昂贵，仅在特殊工程及特殊环境中的钢筋混凝土的防腐蚀中采用。

一般情况下多数采用C₁、C₂、iC₄等烷基，如甲基三甲(乙)氧基硅烷，乙基三甲(乙)氧基硅烷，，异丁基三甲(乙)氧基硅烷，或它们的低聚体，采用低聚体的目的是降低活性组分挥发流失，但聚合度高会影响其渗透能力，故聚合度n值选择1.5～8，而2～4之间为优先。

本发明有机复合物也采用在有机硅烷中添加部份硅氧烷共聚物

R^B ₂(OR″)SiO[R₂ ^BSiO]_nSiR^B ₂

其中R^B为C₁、C₂、iC₄等烷基，R″为C₁、C₂烷基，n值一般取0.6～6，优选为1～3；采用添加硅氧烷的聚合物是用在一般强度(C30)以下混凝土结构上，由于烷氧基硅烷的渗透度适当，促成在混凝土表面富集，提高活性组分的利用率，但对C40以上强度混凝土因其结构致密性高，渗透难度大，一般不添加或很少添加硅氧烷。上述硅氧烷为四甲基二烷氧基二硅氧烷，四乙基二烷氧基二硅氧烷，四异丁基二烷氧基二硅氧烷，六甲基六烷氧基三硅氧烷，六乙基六烷氧基三硅氧烷，八甲基六烷氧基四硅氧烷，八乙基六烷氧基四硅氧烷等。

本发明保护养护剂组合物除上述主要组分外，还添加具一种特殊功能助剂如聚氧化乙烯改性的聚二甲基硅氧烷

(CH₃)₃SiO[Si(CH₂)₂O]_mSi-CH₂CH₂CH₂(OC₂H₄)_nOR

m为3，5，7，9或11，n为8，10，12，14，16或20，添加量为总量的0.01～5％，优先为0.1～2％，可大大降低养护剂的表面张力，使接触表面界面能降低，促使保护养护剂向混凝土内部渗透。

本发明保护养护剂无论制造和施工都很简单，其无机底层和有机复合组合物，只需将配置原料、助剂等按所需比例加入，然后用分散器搅拌就可得到较稳定系列保护养护剂、

本发明的系列保护养护剂组合物是一种无毒性的环保产品，对环境不会产生污染，使用前对建筑物表面预处理要求不苛刻，一般只需在脱模后将可能有的油污、粉尘清除，即将无机底层液涂刷、喷涂或滚涂，均匀涂覆在脱模后预制和浇制的混凝土表面上，待表面干后再涂第二次，最多涂刷三次，待无机底层面干后5-6小时即涂刷有机面涂，根据需要有机面涂可涂覆二次。涂覆常温下风干6-10小时，在建筑物表面上即开始产生保护养护作用。

将本发明的保护养护剂涂敷在脱模预制或浇制混凝土表面后，活性组分既可沿表面毛细孔径渗透到表面内层，根据混凝土强度不同分别渗透到表面内2-5mm，在混凝土表面形成一种致密的憎水层，阻塞毛细管通道，大大降低表面内水的蒸发，达到养护期保水作用，并在养护后可防止水及水溶性有害无机离质以及盐类等的侵入，同样可以防止水溶性酸性气体对混凝土的侵害，防止钢筋混凝土内钢筋的锈蚀，从而延长建筑物使用寿命。

本发明保护养护剂组合物对混凝土保护效果的评估方法采用基准混凝土或砂浆试样制备及表面涂层养护、保护参照《水泥混凝土养护剂》和参照JGJ51《轻集料混凝土技术规程》，DG/TJ08-502-2000《预拌砂浆生产与应用技术规程》，JC/T902-2002《建筑表面有机硅防水剂》。

实施例

水泥砂浆试块70×70×70标样，25×80×160耐磨试样，Φ70×Φ80×50抗渗试样按下列比例配方制备。

水泥	标砂	S95SM433	灰MNF	水	减水剂ZK901	不/胶	稠度
								1.0	4.0	0.75	0.87	1.03	0.6％	0.4	10.5

吸水率试样、抗渗试样、耐磨试样分别在温度25±1℃，湿度80±5％条件下养护7天和14天，按无机底涂350g/m²，有机复合物涂200g/m²用量各分二次涂刷，涂刷后试样在室温分别自然养护7天，14天后分别测量并空白试样对比其吸水率抗渗度及耐磨磨损度对比值，其保水率测定在7.05×7.05×7.05试样脱模，按上述涂量将试样六面涂刷后，置温度38±2℃，相对湿度32±3％养护，不同养护时间测定试样水分损失(与空白对比)。按

计算其相对保水率。其中

M₀为空白试样脱模后称重(克)

M₁为空白试样脱模养护72小时称重(克)

M₂为试样脱模涂层后称重(克)

M₃为试样脱模养护72小时称重(扣除涂样量)(克)

吸水率测定，在试样养护28天后，取出于50℃干燥24小时，将试样分别浸入水重，不同时间内测定试样增重率，按

计算其相对吸水降低率。其中

D₀为空白试样吸水前重量(克)

D₁为空白试样吸水后重量(克)

D₂为试样吸水前试样重量(克)

D₃为试样吸水后试样重量(克)

实施例一：50克水中，搅拌下加入K-04 10％液1.35克，分散抗凝剂Kz-2(有机锆络合物)0.75克，搅拌下加入B-15(wackor公司出品)甲基硅醇钠15克，得到白色透明液，以此液再与比较例一，比较例二等复合涂层，再用比较例一或例二涂层试样再涂一层本实施例产品得无机/有机复合养护保护样。

实施例二：10.5克(0.04mol)王基三甲氧基硅烷，0.4克乙酸，2.2克水(0.12mol)于25±2℃下搅拌1小时得到透明配液。

85克(0.37mol)甲基三甲氧基硅烷，10克乙酸和6.7克(0.37mol)水于25±2℃下搅拌1.5小时，升温45±2℃下搅拌2小时，将上述水介壬基三甲氧基硅烷，滴入加完后45±1℃保温反应1.5小时呈匀相液，加入乙酸1.5克，升温65±3℃搅拌2小时，有部分甲醇回流，升温75℃大量甲醇回流，并有部分甲醇蒸出，得到很淡黄色透明低聚有机硅烷，并以此样比较例一、例二等复合涂层。

结果：

(一)保护养护剂保水率(六个面总和)见表(一)

(二)保护养护剂处理后，试样强度值见表(二)

(三)保护养护涂层后试验耐磨度增长率见表(三)

(四)保护养护剂涂层后，耐水抗渗比增长率见表(四)

(五)涂层对吸水率降低效果见表(五)

比较例一，市售3.2M硅酸钠110克逐渐搅拌下加入水80克，乙醇胺1.2克，糠醇0.3克，OP-10 0.4克，柠檬酸1.4克，最后加入K-04(聚硅氧化/氧乙烯共聚物)10％液7克，pH＝12左右，猛烈搅拌30分钟，得到微浊透明液，黏度52cp，固含量20.6％，作为低模数硅酸钠养护剂。

比较例二，市售3.0M硅酸钾50克加水30克稀释，加入三乙氧基甲基硅烷5克，在40±1℃下，慢慢溶入40％硅溶胶(以1∶1.25水稀释液)43.5克，添加完后，在40℃下，猛烈搅拌一小时，同时添加适当计量部分水，以控制最终浓度23-24％，得到微浊透明液，上次稍有气泡状乳液，放置后乳状物会逐渐消失，黏度80cp左右，模数5.2。

比较例三，市售仿国际上金属交联高分子树脂涂层(密封或膜式)养护剂产品，用量250g/m²，上述无机液涂层用量320～380g/m²，有机涂层涂量为200～250g/m²。

表(二)保护养护剂处理后，试样强度值

编号

自然养护28天强度平均值(MPa)

相对强度增长率％

与标准养护对比

强度达到率％

不涂层	46.5	0	55.1<sup>*</sup>	100
					比较例一	49.4	106	51.2	93.0
比较例二	51.4	111	52.7	95.6
					比较例三	50.6	109	52.9	96.0
实例例一	53.0	114	53.3	96.7

注：^*表示标准养护条件下空白试样28天最终强度。

表(四)保护养护涂层后试验耐磨度增长率

编号	磨前读数m/m	1000转后读数m/m	磨耗差值平均值m/m	平均耐磨度	相对耐磨比值
						空白	7.08 7.087.10 7.08	3.96 3.963.97 3.95	3.12	0.245	1.00
比较例一	7.73 7.737.73 7.74	6.40 6.416.40 6.40	1.33	0.076	2.75
						比较例二	7.00 7.017.00 7.00	5.75 5.765.75 5.75	1.25	0.741	3.03
比较例三	7.08 7.087.10 7.08	3.96 3.963.97 3.95	3.12	0.245	1.00
						实例一	7.70 7.707.71 7.70	6.60 6.596.60 6.59	1.10	0.806	3.59
实例二	7.21 7.207.20 7.20	6.10 6.096.10 6.11	1.10	0.806	3.59

结论

由此可见，采用单一硅酸盐类(虽然很多施工仍在使用)，无论从提高SiO₂/M₂O模数值，或经各种改性途径，除对混凝土表面致密性，强度，硬度提高外，仍无法达到养护保水性能要求，在养护混凝土试样后表面性能没有质的改变。

只有当与有机硅等高分子树脂类表面复合后，表面致密性及养护保水性能提高。同时，有机硅类涂层物将渗透到混凝土表面内2～6mm，并与水泥水合产物反应结合形成一种立体网络结构的憎水保护层，赋予混凝土表面防水抗渗，耐酸雨、耐碳化，以及阻碍各类水溶性有害物质(如Cl^-，SO₄ ^-2，SO₃ ^-2，和各类无机金属离子盐类)对混凝土内部及钢筋的侵蚀，保护混凝土建筑物，延长其使用寿命，具有良好的经济效益。

Claims

1.一种混凝土保护养护剂，其特征在于：所述的混凝土保护养护剂底涂料为碱金属硅酸盐类，其中碱性硅酸盐含量占重量百分比为15～25％，渗透剂含量占重量百分比为0.01～5％，稳定剂含量占重量百分比为0.1～10％，润湿分散剂含量占重量百分比为0.1～10％，改性剂占重量百分比为0.1～10％，所述改性剂为各类一元及多元有机酸，糠醛、糠醇及其低分子量聚合物，余量为水，氧化硅/碱金属氧化物比值在2.8～5.4间；

所述稳定剂为醇胺类化合物及不同分子量的聚乙烯醇类，其分子量为8000～1000000；

所述润湿分散剂为R-O(CH₂CH₂O)_nR、R′O-(CH₂CH₂O)_n-R、H(CF₂CF₂)_mCH₂O(CH₂CH₂O)_PH，其中R为C₉F₁₇，C₁₀F₁₉......C₁₅F₃₁，R′为C₇F₁₅COO，C₈F₁₇COO，C₉F₁₉COO，n为21～27，m为10～13，P为19～25。

2.如权利要求1所述的混凝土保护养护剂，其特征在于所述碱性硅酸盐为硅酸锂。

3.如权利要求1所述的混凝土保护养护剂，其特征在于所述碱性硅酸盐为硅酸钠。

4.如权利要求1所述的混凝土保护养护剂，其特征在于所述碱性硅酸盐为硅酸钾。

5.如权利要求1所述的混凝土保护养护剂，其特征在于：渗透剂为不同分子量的聚氧化乙烯与有机硅氧烷缩聚物。

6.一种混凝土保护养护剂，其特征在于：所述所述的混凝土保护养护剂的复合涂面为有机复合物RSi(OH)_3-mM_m、有机硅烷R^A ₁Si[OR’]₃或有机硅烷R^A ₁Si[OR’]₃和有机硅氧烷R^B ₂[OR′]SiO[R^B ₂SiO]ⁿSiR^B ₂[OR’]的共聚物；在机复合物为RSi(OH)_3-mM_m中，R为甲基、乙基、苯基、异丁基，M为碱金属，m值为0.8～1.5；在有机硅烷R^A ₁Si[OR’]₃中，R^A ₁为C1、C2、C4、和C6～C12烷烃基，R′为C1～C4烷氧基；在有机硅烷R^A ₁Si[OR’]₃和有机硅氧烷R^B ₂[OR′]SiO[R^B ₂SiO]_nSiR^B ₂[OR’]的共聚物中，R^A ₁为C1、C2、C4、和C6～C12烷烃基，R′为C1～C4烷氧基，R^B为C1、C2、C4烷烃基，R’为C1～C4，n为2～4。