專利名稱：一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及建筑材料，尤其涉及一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑及其制備方法。
背景技術：
養護是混凝土施工過程中的一項重要環節，直接影響到混凝土的力學和耐久性能以及結構的使用壽命。首先，混凝土的強度來源于水泥的水化，良好的養護阻止了水分的過快蒸發，保障了水泥水化需要的水分，同時抑制早期收縮裂縫的發生，明顯提高混凝土的耐久性；其次，合理的養護，會減少混凝土內部集料與水泥漿之間的薄弱界面，在一定程度上減小結構的滲透性，延長混凝土的使用壽命。傳統養護方法是通過灑水保濕的方式保證混凝土表面的濕潤度，進而保障混凝土的強度和耐久性，然而，在我國西部大風干旱地區年平均降雨量不足蒸發量的1/9，年平均相對濕度低于10%，極度干旱缺水，采用傳統的灑水保濕養護十分困難。20世紀40年代初期，由美國科學家首先提出并研制了混凝土薄膜養護劑，即在混凝土表面噴涂或刷涂一層涂液，使其在空氣中自然成膜，防止水分損失而達到養護混凝土的目的。由于混凝土養護劑具有節省工時、降低水資源的消耗以及可使用機械噴灑適宜大面積使用等優勢，迅速得到推廣。自上世紀70年代末國內也陸續開發出水玻璃改性型、石蠟乳液改性型、高分子乳液型等類型的混凝土養護劑并在工程實踐中得到應用，其中高分子乳液養護劑是近幾年應用最為廣泛的一類保水型養護劑。但目前市場上的高分子乳液型混凝土養護劑在我國西部大風干旱地區應用過程中存在以下三個方面的問題(1)不能有效解決混凝土早期失水收縮開裂問題，一般高分子乳液型養護劑需在混凝土接近初凝時方可噴涂，噴涂過早會影響涂膜與混凝土表面的結合，進而影響其保水效果。然而西部部分地區氣候不但高溫、干旱，且年平均風速大于62km/h(八級以上)的天數在150d以上。研究表明，當環境溫度、相對濕度相同時，風速每增加10km/h，水分蒸發速率就增加一倍，當環境溫度、風速相同時，相對濕度每降低一半，水分蒸發速率也增加一倍。 在如此惡劣的環境條件下，混凝土在初凝前就因嚴重失水而產生較多收縮裂紋。(2)不能實現利用混凝土中自身的水分最大限度地完成水化作用的目的，根據建材行業標準(JC901-2002)，優等混凝土養護劑在高溫低濕條件下，7 內保水率應達到 90%。國內市場上的乳液型養護劑以丙苯乳液類為主，由于丙苯高分子的疏水性差，用其配制的養護劑保水率很難滿足優等品的要求，雖然已有部分產品采用了改性丙苯乳液，在一定程度上提高了疏水性，但單純使用改性丙苯乳液制備的養護劑仍存在成膜后膜的致密性相對較低的問題，在西部大風干旱地區嚴酷的自然環境條件下的保水效果也不理想。(3)不能有效解決嚴酷自然環境下成膜后膜的耐候性問題，在西部大風干旱地區養護劑噴涂后，養護劑中的水分蒸發極快，加之紫外線強烈、晝夜溫差大等因素，成膜后極易出現龜裂、變色、迅速脫落等耐候性問題
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述難題而提供一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑及其制備方法，創造性地將有機硅/氟改性丙苯乳液與活性硅酸鋁改性硅酸鈉溶液的有機/無機復合體系做為混凝土養護劑的主液，并采用帶有一定反應活性基團的硅氧烷類有機硅化合物為交聯組分，在此基礎上引入二氧化鈦抗紫外線劑，利用各組分優勢疊加效應，提高了乳液型養護劑的疏水性、致密性、柔韌性和耐候性，有效降低了混凝土表面水分在養護膜中的溶解和擴散速度，從而大幅度降低了混凝土表面的水分蒸發。將該養護劑應用于西部大風干旱地區混凝土施工，可有效解決西部大風干旱地區混凝土養護困難的問題。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑及其制備方法，其特征在于該養護劑包括以下組分及含量(質量份)為有機桂/氟改性丙苯乳液30 70
改性硅酸鈉溶液3 10
硅氧烷類有機硅化合物1 10
成膜助劑2 8
消泡劑0.2 1
增稠劑0.0005 0.001
增塑劑1 3
抗紫外線劑1 5
流平劑1 3
防霉劑0.2 1
去離子水余量上述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于所述的養護劑以有機硅/氟改性丙苯乳液與活性硅酸鋁改性硅酸鈉溶液的有機/無機復合體系為主液。上述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于所述的養護劑以硅氧烷類有機硅化合物為交聯組分。上述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于，所述的有機硅/氟改性丙苯乳液為采用有機硅活性單體及有機氟材料改性的丙苯乳液。其中，有機硅活性單體包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三異丙氧基硅烷、乙烯基環四硅氧烷、八甲基環四硅氧烷、乙烯基硅氧烷以及帶活性基團的有機硅氧烷，有機氟材料包括三氟乙酸丙稀脂和聚偏氟乙烯。上述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于，所述的改性硅酸鈉溶液為采用活性硅酸鋁對硅酸鈉進行改性制得的溶液，其中硅酸鈉溶液模數> 3. 0。上述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于，所述的抗紫外線劑為納米級二氧化鈦。
上述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于，所述的成膜助劑為以下成分中的一種或兩種以上任意比例的混合物酯醇-12、丙二醇苯醚、Texanol酯醇和
乙二醇甲醚。上述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑及其制備方法，其特征在于，其制備方法包括以下步驟(1)首先按配制比例稱取余量的去離子水，在低速攪拌條件下依次加入、增稠劑、 有機硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑、抗紫外線劑制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值至弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑。本發明的工作機理利用有機硅/氟改性丙苯乳液與活性硅酸鋁改性硅酸鈉溶液的有機/無機復合體系優勢疊加效應。有機硅/氟改性丙苯乳液是在苯乙烯和丙稀酸脂共聚物的主鍵上引入Si-O鍵及C-F鍵，Si原子上接有烷基或芳基，Si-O鍵鍵能比C-C鍵高的多，增加了分子結構的熱穩定性，Si-O鍵鍵角更大，鍵更長，Si-O-Si鍵旋轉自由，呈螺旋形結構，烷基向外排列并繞Si-O鍵旋轉，分子體積大、內聚力密度低，從而帶來消泡、憎水作用；C-F鍵鍵能大，在碳骨架外排列十分緊密，可有效防止碳原子和碳鍵暴露，因此，有機硅/氟改性丙苯乳液較丙苯乳液成膜后具有較好的疏水性、耐候性和韌性。活性硅酸鋁改性硅酸鈉溶液是利用無機硅酸鹽自身組分與水泥混凝土中的氫氧化鈣反應生成硅酸鈣和氫氧化物，氫氧化物可以活化砂子的表面膜，從而促進以下反應Ca (OH) 2+Si02+nH20 — CaO · SiO2 · ηΗ20此反應加速了 CaO · SiO2的水化，而且由于反應主要發生在混凝土表面，因而反應物可滲入混凝土內Imm 3mm，并在混凝土表面形成一層較為密實和堅硬的表層，阻止混凝土中的自由水分過早、過多蒸發，同時增加有機硅/氟改性丙苯乳液成膜后膜的致密性。硅氧烷類有機硅交聯組分中的活性基團相互作用，在養護膜內部和混凝土表面生成枝狀、鏈狀及網狀分子，進而形成網狀疏水性硅氧烷膜，另外，活性基團與硅酸鹽材料中的羥基反應形成末端帶有=Si-R基的硅烷鏈，填補了混凝土表面的微孔隙，降低了混凝土內部水分的蒸發，同時增加了養護膜與混凝土表面的黏結力。與現有技術相比，本發明產品的優點是(1)疏水性強，抹面完成后即可噴涂。通過采用在高分子鏈上引入有機硅/氟的丙苯乳液以及帶有反應活性基團的硅氧烷類有機硅化合物為交聯組分，大大提高了養護劑的疏水性。(2)保水率高，本發明產品創造性地將有機硅/氟改性丙苯乳液與活性硅酸鋁改性硅酸鈉溶液的有機/無機復合體系做為混凝土養護劑的主液，并采用帶有反應活性基團的硅氧烷類有機硅化合物為交聯組分，充分利用各組分優勢疊加效應，有效降低了混凝土表面水分在養護膜中擴散速度，從而大幅度降低混凝土表面的水分蒸發。(3)耐候性好，在充分利用主液及交聯組分優勢疊加效應的基礎上，引入納米級二氧化鈦作為抗紫外線劑，保證了養護膜的韌性、抗紫線性能以及其他耐候性能。
(4)無毒、無臭、不燃、不改變混凝土表面顏色，具有較好的成膜性，不會對水泥的水化反應造成不良的影響，生產工藝簡單，反應條件易于控制。(5)適用于西部大風干旱地區惡劣的自然環境，將該養護劑應用于西部大風干旱地區混凝土施工，可有效解決西部大風干旱地區混凝土養護困難的問題。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明。實施例1 (以下組分及含量按質量份計)
有機掛/氟改性丙苯乳液50
改性硅酸鈉溶液2
硅氧烷類有機硅化合物8
成膜助劑5
消泡劑0.5
增稠劑0.0005
增塑劑2
抗紫外線劑2
流平劑2
防霉劑0.5
去離子水余量(1)首先按配制比例稱取余量的去離子水，在低速攪拌條件下依次加入增稠劑、有機硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑和抗紫外線劑，制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值至弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑，測試其保水率為86%。實施例2 (以下組分及含量按質量份計)有機硅/氟改性丙苯乳液50改性硅酸鈉溶液4硅氧烷類有機硅化合物8成膜助劑5消泡劑0.5增稠劑0.0005增塑劑2抗紫外線劑2流平劑2防霉劑0.5去離子水余量(1)首先按配制比例稱取余量的去離子水，在低速攪拌條件下依次加入增稠劑、有機硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑和抗紫外線劑，制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值至弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑，測試其保水率為94%。實施例3 (以下組分及含量按質量份計)
有機桂/氟改性丙苯乳液50
改性硅酸鈉溶液6
硅氧烷類有機硅化合物8
成膜助劑5
消泡劑0.5
增稠劑0.0004
增塑劑2
抗紫外線劑2
流平劑2
防霉劑0.5
去離子水余量(1)首先按配制比例稱取余量的去離子水，在低速攪拌條件下依次加入增稠劑、有機硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑和抗紫外線劑，制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值至弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑，測試其保水率為89%。實施例4 (以下組分及含量按質量份計)
有機硅/S改性丙苯乳液50改性硅酸鈉溶液8硅氧烷類有機硅化合物8成膜助劑5消泡劑0.5增稠劑0.0002增塑劑2抗紫外線劑2流平劑2防霉劑0.5去離子水余量(1)首先按配制比例稱取余量的去離子水，在低速攪拌條件下依次加入增稠劑、有機硅/氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑和抗紫外線劑，制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值至弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑，測試其保水率為91 %。實施例5 (以下組分及含量按質量份計)有機桂/氟改性丙苯乳液50改性硅酸鈉溶液4硅氧烷類有機硅化合物2成膜助劑5消泡劑0.5增稠劑0.0004增塑劑2抗紫外線劑2流平劑2防霉劑0.5去離子水余量(1)首先按配制比例稱取余量的水，在低速攪拌條件下依次加入、增稠劑、有機硅 /氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑和抗紫外線劑，制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值至弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑，測試其保水率為83%。實施例6 (以下組分及含量按質量份計)
有機桂/氟改性丙苯乳液50
改性硅酸鈉溶液4
硅氧烷類有機硅化合物4
成膜助劑5
消泡劑0.5
增稠劑0.0004
增塑劑2
抗紫外線劑2
流平劑2
防霉劑0.5
去離子水余量 (1)首先按配制比例稱取余量的水，在低速攪拌條件下依次加入、增稠劑、有機硅 /氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑和抗紫外線劑，制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值至弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑，測試其保水率為88%。實施例7 (以下組分及含量按質量份計)
有機娃/氟改性丙苯乳液50改性硅酸鈉溶液4硅氧烷類有機硅化合物6成膜助劑5消泡劑0.5增稠劑0.0004增塑劑2抗紫外線劑2流平劑2防霉劑0.5去離子水余量(1)首先按配制比例稱取余量的水，在低速攪拌條件下依次加入、增稠劑、有機硅 /氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑和抗紫外線劑，制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值至弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間按，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑，測試其保水率為92%。實施例8 (以下組分及含量按質量份計)有機硅/氟改性丙苯乳液30改性硅酸鈉溶液4硅氧烷類有機硅化合物8成膜助劑3消泡劑0.5增稠劑0.0006增塑劑1.5抗紫外線劑2流平劑2防霉劑0.5去離子水余量(1)首先按配制比例稱取余量的水，在低速攪拌條件下依次加入、增稠劑、有機硅 /氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑和抗紫外線劑，制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值至弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑，測試其保水率為80%。實施例9 (以下組分及含量按質量份計)
有機桂/氟改性丙苯乳液70改性硅酸鈉溶液4硅氧烷類有機硅化合物8成膜助劑8消泡劑0.5增稠劑0.0005增塑劑2.5抗紫外線劑2流平劑2防霉劑0.5去離子水余量 (1)首先按配制比例稱取余量的水，在低速攪拌條件下依次加入、增稠劑、有機硅 /氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑和抗紫外線劑，制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值至弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑，測試其保水率為96%。上述實施例中混凝土養護劑的保水率參照建材行業標準(JC901-2002)進行測試，但試驗環境的濕度控制為10 士 5 %，其他試驗方法及試驗條件與原標準相同。
權利要求
1. 一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于該養護劑包括以下組分及含量 (質量份)為有機硅/氧改性丙苯乳液 30 70改性硅酸鈉溶液 3 10硅氧烷類有機硅化合物 1 10成膜助劑 2 8 消泡劑 0.2—1增稠劑0.0005 0.001增塑劑 1 3 流平劑 1 3 防霉劑 0.2 1 抗紫外線劑 1 5去離子水余量
2.根據權利要求1所述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于，以所述有機硅/氟改性丙苯乳液與所述改性硅酸鈉溶液的有機/無機復合體系為主液。
3.根據權利要求1所述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于，所述的有機硅/氟改性丙苯乳液為采用有機硅活性單體及有機氟材料改性的丙苯乳液；其中， 有機硅活性單體包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三異丙氧基硅烷、 乙烯基環四硅氧烷、八甲基環四硅氧烷、乙烯基硅氧烷以及帶活性基團的有機硅氧烷，有機氟材料包括三氟乙酸丙稀脂、聚偏氟乙烯和兩者的混合物。
4.根據權利要求1所述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于，所述的改性硅酸鈉溶液為采用活性硅酸鋁對硅酸鈉進行改性制得的溶液。
5.權利要求5所述的改性硅酸鈉溶液所用的硅酸鈉溶液模數>3. 0。
6.根據權利要求1所述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑，其特征在于，所述的抗紫外線劑為納米級二氧化鈦。
7.—種如權利要求1所述的一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑的制備方法，其特征在于，其制備方法包括以下步驟(1)首先按配制比例稱取余量的去離子水，在低速攪拌條件下依次加入增稠劑、有機硅 /氟改性丙苯乳液、硅氧烷類有機硅化合物、成膜助劑、增塑劑、抗紫外線劑制得混合乳液。(2)調節混合乳液的PH值為弱堿性，在低速攪拌的條件下，加入提前制備的改性硅酸鈉溶液。(3)加入消泡劑，高速攪拌一段時間，然后在低速條件下加入防霉劑、流平劑，靜止一段時間，得到適用于大風干旱地區混凝土養護劑。
全文摘要
本發明涉及一種適用于大風干旱地區混凝土養護劑及其制備方法，該養護劑以有機硅/氟改性丙苯乳液與活性硅酸鋁改性硅酸鈉溶液的有機/無機復合體系為主液，采用帶有一定反應活性基團的硅氧烷類有機硅化合物為交聯組分，在常溫狀態下與成膜助劑、消泡劑、增稠劑、潤濕分散劑、防酶劑、流平劑、抗紫外線劑和去離子水進行復合而制得。本發明生產工藝簡單，反應條件易于控制。通過采用在高分子鏈上引入有機硅/氟的丙苯乳液提高了養護劑成膜后膜的耐水性、耐洗刷性、耐久性和柔韌性；引入改性硅酸鈉溶液增加了膜的致密性，從而大幅度降低了混凝土表面的水分蒸發。該養護劑具有在混凝土抹面后即可噴涂、成膜速度快，保水率高、抗紫外線等技術特點，適用于西部大風干旱地區混凝土的養護。
文檔編號C04B41/49GK102320860SQ20111022810
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月10日 優先權日2011年8月10日
發明者孔慶欣, 朱長華, 李享濤, 李連吉, 王保江, 王月華, 謝永江 申請人:中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所