TWI717228B - 混凝土硬化劑組成物 - Google Patents
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Abstract
一種混凝土硬化劑組成物，其包括矽酸鈉類化合物、酸性化合物以及餘量的溶劑。所述矽酸鈉類化合物包括矽酸鈉或矽酸鈉與甲基矽酸鈉的混合物。所述酸性化合物包括醋酸、甘醇酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、硝酸、硼酸或其組合。所述溶劑包括水或水與多元醇的混合溶液。以所述混凝土硬化劑組成物的總重量計，矽的含量介於5%至15%之間，且所述酸性化合物的含量介於2%至30%之間。
Description
本發明是有關於一種混凝土硬化劑組成物。
水泥為一種建築材料，其與水混合後會凝固硬化。在現有的建築結構中，常以混凝土作為基材。混凝土主要由水泥、砂石與水攪拌製成，且經固化後即可成為混凝土基材。
然而，混凝土基材為多孔性材質，其暴露於空氣中時，氯化物離子、水、二氧化碳、酸性物質等會滲透入混凝土基材的孔隙中並造成腐蝕，導致使水泥產生裂痕，因而降低了混凝土基材的機械強度(例如表面硬度)，且當更進一步劣化時會發生剝落的現象，如此一來將導致建築物存在高風險而產生安全性問題。另外，當混凝土基材使用在地面上時，更容易因基材表面硬度不佳而受到物體移動及重壓等而產生磨損。因此，如何有效地改良混凝土基材的機械強度的課題已受到高度重視。
本發明提供一種混凝土硬化劑組成物，其可使混凝土基材具有較高的表面密度以及良好的機械強度。
本發明的混凝土硬化劑組成物包括矽酸鈉類化合物、酸
性化合物以及餘量的溶劑。所述矽酸鈉類化合物包括矽酸鈉或矽酸鈉與甲基矽酸鈉的混合物。所述酸性化合物包括醋酸、甘醇酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、酒石酸、硝酸、硼酸或其組合。所述溶劑包括水或水與多元醇的混合溶液。以所述混凝土硬化劑組成物的總重量計，矽的含量介於5%至15%之間，且所述酸性化合物的含量介於2%至30%之間。
在本發明的混凝土硬化劑組成物的一實施例中，以所述混凝土硬化劑組成物中的矽酸鹽的總重量計，所述甲基矽酸鈉的含量不高於10%。
在本發明的混凝土硬化劑組成物的一實施例中，以所述混凝土硬化劑組成物的總重量計，所述溶劑的含量介於30%至78%之間。
在本發明的混凝土硬化劑組成物的一實施例中，以所述溶劑的總重量計，所述水的含量介於50%至100%之間。
在本發明的混凝土硬化劑組成物的一實施例中，所述混凝土硬化劑組成物中的水分包括所述混凝土硬化劑組成物中的矽酸鹽所含的結晶水。
在本發明的混凝土硬化劑組成物的一實施例中，更包括含鋰化合物、含鉀化合物或其組合，其中以所述混凝土硬化劑組成物的總重量計，所述含鋰化合物中的鋰離子的含量不超過1%，所述含鉀化合物的鉀離子的含量不超過6%。
在本發明的混凝土硬化劑組成物的一實施例中，所述含鋰化合物包括矽酸鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰或其組合。
在本發明的混凝土硬化劑組成物的一實施例中，所述含
鉀化合物包括矽酸鉀、甲基矽酸鉀、碳酸鉀、氫氧化鉀或其組合。
在本發明的混凝土硬化劑組成物的一實施例中，所述多元醇包括甘油、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、甘油聚氧乙烯醚、聚乙二醇或其組合。
在本發明的混凝土硬化劑組成物的一實施例中，更包括界面活性劑，其中以所述混凝土硬化劑組成物的總重量計，所述界面活性劑的含量不超過0.5%。
基於上述，在本發明的混凝土硬化劑組成物中，由於包含矽酸鈉或矽酸鈉與甲基矽酸鈉的混合物以及酸性化合物，且矽的含量介於5%至15%之間以及酸性化合物的含量介於2%至30%之間，因此可有效地提高水泥基材的表面密度與機械強度(例如表面硬度)，以符合現行建築材料的需求。
無。
在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍是一種避免在說明書中一一列舉所述範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋所述數值範圍內的任意數值以及由所述數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍。
在鋪設混凝土且待其固化而形成混凝土基材之後，可於混凝土基材的表面上塗佈含有本發明的混凝土硬化劑組成物的混
凝土硬化劑。由於本發明的混凝土硬化劑組成物含有矽酸鈉或矽酸鈉與甲基矽酸鈉的混合物的矽酸鈉類化合物，因此在塗佈之後可於混凝土基材的孔隙中形成不溶於水且硬度高的結晶體，使得混凝土基材的表面密度及表面硬度能夠提升，進而提高混凝土基材應用於建築結構時的安全性。以下將對本發明的混凝土硬化劑組成物做詳細說明。本發明的混凝土硬化劑組成物基本上包含(A)矽酸鈉類化合物、(B)酸性化合物以及(C)餘量的溶劑。此外，視實際需求，本發明的混凝土硬化劑組成物可進一步包含(D)添加劑。
(A)矽酸鈉類化合物
在本發明的混凝土硬化劑組成物中，所包含的矽酸鈉類化合物包括矽酸鈉或矽酸鈉與甲基矽酸鈉的混合物，其可以為固體或水溶液。也就是說，在本發明的混凝土硬化劑組成物中，矽酸鈉類化合物主要為矽酸鈉。因此，當矽酸鈉類化合物為矽酸鈉與甲基矽酸鈉的混合物時，以混凝土硬化劑組成物中的矽酸鹽的總重量計，甲基矽酸鈉的含量不高於10%。當甲基矽酸鈉的含量高於10%時，由於矽酸鈉的含量過低，因此含量過高的甲基矽酸鈉會與混凝土表面形成撥水層，造成後續所塗佈的硬化劑無法滲透。
此外，在本發明的混凝土硬化劑組成物中，矽的含量介於5%至15%之間。當矽的含量低於5%時，會造成硬化效果不佳。當矽的含量高於15%時，會超過飽和濃度而在冷卻時會有結晶產生。
當含有本發明的混凝土硬化劑組成物的混凝土硬化劑塗
佈於混凝土基材的表面上時，由於矽酸鈉或矽酸鈉與甲基矽酸鈉的混合物具有高水溶性，因此溶於水中的矽酸鈉或矽酸鈉與甲基矽酸鈉的混合物可產生大量的矽酸根離子，且這些矽酸根離子可與水泥中的二價金屬離子(例如Ca2+、Mg2+、Ba2+等)及/或三價金屬離子(例如Fe3+、Al3+)形成硬度高且不溶於水的結晶體。所形成的結晶體可填補於混凝土表面處的孔隙中，以避免有效地降低水泥暴露於空氣中時受到外界物質(氯化物離子、水、二氧化碳、酸性物質等)腐蝕的機會。換句話說，含有本發明的混凝土硬化劑組成物的混凝土硬化劑可有效地提升混凝土基材表面處的密度與表面硬度。
(B)酸性化合物
在本發明的混凝土硬化劑組成物中，酸性化合物可為有機酸或無機酸，其可以為固體或水溶液，本發明不對此作特別限定。酸性化合物可例如為醋酸、甘醇酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、硝酸、硼酸或其組合。酸性化合物的功用在於促進矽酸鹽滲透進混凝土基材並與混凝土基材中的二價或三價金屬離子結合的能力。
在本發明的混凝土硬化劑組成物中，以混凝土硬化劑組成物的總重量計，酸性化合物的含量介於2%至30%之間。當酸性化合物的含量低於2%時，會使硬化劑無法有效滲透進混凝土基材而無法與混凝土基材中的二價或三價金屬離子結合，而造成凝凝土基材硬度不佳的問題。當酸性化合物的含量高於30%時，會因過多鹼被中和而產生矽酸溶膠。
此外，當酸性化合物包括醋酸時，以混凝土硬化劑組成
物的總重量計，醋酸的含量不超過12%。當酸性化合物包括甘醇酸時，以混凝土硬化劑組成物的總重量計，甘醇酸的含量不超過12%。當酸性化合物包括乙二胺四乙酸時，以混凝土硬化劑組成物的總重量計，乙二胺四乙酸的含量不超過18%。當酸性化合物包括酒石酸時，以混凝土硬化劑組成物的總重量計，酒石酸的含量不超過10%。當酸性化合物包括硝酸時，以混凝土硬化劑組成物的總重量計，硝酸的含量不超過10%。當酸性化合物包括硼酸時，以混凝土硬化劑組成物的總重量計，硼酸的含量不超過25%。
(C)溶劑
在本發明的混凝土硬化劑組成物中，溶劑包括水或水與多元醇的混合溶液。一般來說，以混凝土硬化劑組成物的總重量計，溶劑的含量可介於30%至78%之間。當溶劑的含量低於30%時，無法有效地溶解矽酸鈉類化合物、酸性化合物以及其他的添加劑。當溶劑的含量高於78%時，則會導致混凝土硬化劑無法有效且均勻地塗佈於混凝土基材上，且會使混凝土硬化劑中的主成分的濃度太低而無法達到良好硬化效果。
此外，當溶劑為水與多元醇的混合溶液時，水的含量介於50%至100%之間。當水的含量低於50%時，則無法有效地溶解矽酸鈉類化合物、酸性化合物以及其他的添加劑。多元醇可例如為甘油、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、甘油聚氧乙烯醚、聚乙二醇或其組合。
(D)添加劑
在本發明的混凝土硬化劑組成物中，除了上述的(A)矽酸鈉類化合物、(B)酸性化合物以及(C)溶劑之外，還可包含(D)
添加劑。
上述的添加劑可為含鋰化合物、含鉀化合物、界面活性劑等，其可以為固體或水溶液，且這些添加劑可單獨地被使用或可以組合的方式被使用。以下將對這些添加劑作進一步說明。
本發明的混凝土硬化劑組成物可含有鋰化合物。含鋰化合物可為矽酸鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰或其組合。以混凝土硬化劑組成物的總重量計，含鋰化合物中的鋰離子的含量不超過1%。當含鋰化合物中的鋰離子的含量超過1%時，會造成含鋰化合物無法溶解。
本發明的混凝土硬化劑組成物可含有含鉀化合物。含鉀化合物可為矽酸鉀、甲基矽酸鉀、碳酸鉀、氫氧化鉀或其組合。以混凝土硬化劑組成物的總重量計，含鉀化合物的鉀離子的含量不超過6%。當含鋰化合物中的鉀離子的含量超過6%時，由於鉀離子原子半徑比鈉離子大，因此會降低混凝土硬化劑對混凝土的滲透效果。
本發明的混凝土硬化劑組成物可含界面活性劑。界面活性劑可為各種熟知的界面活性劑，例如十二烷基硫酸鈉、聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物、壬基酚聚氧乙烯基醚硫酸酯鈉鹽等，但本發明不限於此。以混凝土硬化劑組成物的總重量計，界面活性劑的含量不超過0.5%。當界面活性劑的含量超過0.5%時，並不會產生額外的效果且會造成成本的增加。
另外一提的是，在本發明的混凝土硬化劑組成物中，水分的來源可包括溶劑中的水、來自矽酸鹽所含的結晶水以及各成分的水溶液中的水。舉例來說，當矽酸鈉類化合物為含有結晶水
的矽酸鈉類化合物時，其溶解後會產生水。上述的含有結晶水的矽酸鈉類化合物可為含水矽酸鈉及/或含甲基矽酸鈉。同樣地，含有結晶水的鋰化合物與含有結晶水的含鉀化合物在溶解後也會產生水。
以下將以實驗例來對本發明的混凝土硬化劑組成物的效果進行說明，其中實驗例1至實驗例8中的混凝土硬化劑組成物的各成分(包括(A)矽酸鈉類化合物、(B)酸性化合物、(C)溶劑、(D)添加劑)列於表1中。
實驗例1
首先，將水(溶劑)加入具迴流裝置的加熱攪拌反應槽中，
並逐漸升溫至60℃。接著，將無水偏矽酸鈉(矽酸鈉類化合物)緩慢加入反應槽中並確定全部溶解。在過程中，若溫度降至50℃以下則停止加入，待溫度回升至55℃後再重新加入。然後，停止加熱，且將酒石酸(酸性化合物)緩慢加入反應槽中並觀察升溫情形。若溫度上升過快或溫度超過70℃，則停止加入，並使用冷卻裝置或以自然降溫的方式使溫度降低至65℃以下，再繼續添加並確定全部溶解。之後，緩慢加入十二烷基硫酸鈉(添加劑，其為界面活性劑)，並待其冷卻至常溫，以製成混凝土硬化劑。
實驗例2
以與實驗例1相同的方法來製備混凝土硬化劑。
實驗例3
除了在加入酸性化合物之前先加入添加劑(矽酸鉀)以及未添加界面活性劑之外，以與實驗例1相同的方法來製備混凝土硬化劑。
實驗例4
除了在加入酸性化合物之前加入添加劑(矽酸鋰)、在加入酸性化合物之後加入溶劑(甘油)以及未添加界面活性劑之外，以與實驗例1相同的方法來製備混凝土硬化劑。
實驗例5
以與實驗例4相同的方法來製備混凝土硬化劑。
實驗例6
以與實驗例4相同的方法來製備混凝土硬化劑。
實驗例7
以與實驗例1相同的方法來製備混凝土硬化劑。
實驗例8
除了在加入酸性化合物之前加入添加劑以及在加入界面活性劑之前加入溶劑(丙二醇)之外，以與實驗例1相同的方法來製備混凝土硬化劑。
表面硬度測試
製備測試用的圓形混凝土基材
將30g的純水加入90g的市售三合一水泥(KYS三合一無收縮水泥)中並充分攪拌，接著將其注入直徑9cm的圓形模具，待72小時完全固化後取出。得到直徑9公分、高0.9公分、重量約110g的圓形混凝土基材。之後，使用鋼絲絨刷將混凝土基材上的浮漿刷除乾淨並烘乾，以得到測試樣品1至測試樣品9。
測試方法
使用最小號的油漆刷沾上實驗例1至實驗例8的混凝土硬化劑以及市售混凝土硬化劑(PS-104，Concrete Sealer USA)，分別刷塗在測試樣品1至測試樣品9的表面上，待乾燥後繼續刷塗至樣品表面不再吸收為止。在靜置12小時之後，使用砂輪機(CP Wheel不織布研磨輪，3M公司製)，在接觸測試樣品的表面60秒。之後，水洗清潔並烘乾，然後使用莫氏硬度筆(Deluxe Mohs' Hardness Pick Set)量測測試樣品的表面硬度，測試結果如表2所示。
由表2可以清楚看出，當混凝土基材的表面上塗佈有實驗例1至實驗例8所製得的混凝土硬化劑之後，其在表面硬度測試上皆可符合現行建築材料的需求。
Claims (10)
- 一種混凝土硬化劑組成物，包括：矽酸鈉類化合物，包括矽酸鈉或矽酸鈉與甲基矽酸鈉的混合物；酸性化合物，包括醋酸、甘醇酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、硝酸、硼酸或其組合；以及餘量的溶劑，包括水或水與多元醇的混合溶液，其中以所述混凝土硬化劑組成物的總重量計，矽的含量介於5%至15%之間，且所述酸性化合物的含量介於2%至30%之間。
- 如請求項1所述的混凝土硬化劑組成物，其中以所述混凝土硬化劑組成物中的矽酸鹽的總重量計，所述甲基矽酸鈉的含量不高於10%。
- 如請求項1所述的混凝土硬化劑組成物，其中以所述混凝土硬化劑組成物的總重量計，所述溶劑的含量介於30%至78%之間。
- 如請求項1所述的混凝土硬化劑組成物，其中以所述溶劑的總重量計，所述水的含量介於50%至100%之間。
- 如請求項1所述的混凝土硬化劑組成物，其中所述混凝土硬化劑組成物中的水分包括所述混凝土硬化劑組成物中的矽酸鹽所含的結晶水。
- 如請求項1所述的混凝土硬化劑組成物，更包括含鋰化合物、含鉀化合物或其組合，其中以所述混凝土硬化劑組成物的總重量計，所述含鋰化合物中的鋰離子的含量不超過1%，所述含鉀化合物的鉀離子的含量不超過6%。
- 如請求項6所述的混凝土硬化劑組成物，其中所述含鋰化合物包括矽酸鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰或其組合。
- 如請求項6所述的混凝土硬化劑組成物，其中所述含鉀化合物包括矽酸鉀、甲基矽酸鉀、碳酸鉀、氫氧化鉀或其組合。
- 如請求項1所述的混凝土硬化劑組成物，其中所述多元醇包括甘油、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、甘油聚氧乙烯醚、聚乙二醇或其組合。
- 如請求項1所述的混凝土硬化劑組成物，更包括界面活性劑，其中以所述混凝土硬化劑組成物的總重量計，所述界面活性劑的含量不超過0.5%。
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