一种具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂及其制备方法。


背景技术：

2.混凝土塑性阶段水分快速蒸发会使混凝土产生收缩应力，而塑性阶段混凝土抗拉强度极低，易导致混凝土开裂，进而为外界有害物质侵入混凝土结构内部提供了通道，影响结构耐久性。因此混凝土塑性阶段的养护对混凝土安全性起到至关重要的作用。
3.大多数学者认同的混凝土塑性阶段开裂机理是混凝土表面逐步变干使得固体颗粒之间的水与空气界面形成毛细管弯液面，产生毛细管负压，由于表面张力的作用，被毛细管水隔开的颗粒相互吸引，在新拌混凝土中，所有固体颗粒都是相对移动的，因此，表面张力减少了颗粒间的平均距离，从而产生塑性收缩，当表面张力超过新拌混凝土的抗拉强度时，就会产生塑性收缩裂缝。
4.混凝土养护方法比较多，基本原理是使混凝土保持一定湿度。传统的养护方式主要包括：覆盖薄膜、喷雾等。养护剂种类目前主要包括四大类：水玻璃类、乳液类、有机溶剂类、有机无机复合类。
5.（1）水玻璃类养护剂：市面上无机类养护剂占比较大，其主要成分是硅酸盐和硫酸盐，其作用机理是硅酸盐和硫酸盐与氢氧化钙、反应生产胶凝材料和针棒状的钙矾石，堵塞毛细孔，抑制水分蒸发，但其保水率较低，且再恶劣的环境中效果较差。
6.（2）乳液类养护剂：乳液类养护剂主要包括石蜡乳液、沥青乳液以及高分子乳液（主要为丙烯酸系高分子乳液），制备工艺是将石蜡、沥青、高分子树脂通过添加乳化剂以及其它助剂乳化而成。主要作用机理是乳液水分蒸发后，乳液颗粒聚拢形成透湿率较小的薄膜，这层薄膜能够有效附着在混凝土表面，有效防止混凝土表面水分蒸发。在混凝土表面自由水存在的情况下，石蜡乳液容易被混凝土表面水分稀释成低粘度的乳液，这种被稀释的石蜡乳液会随着混凝土的凝结而被吸收，不仅破坏了石蜡养护膜的形成且对水泥水化产物的凝聚结晶产生影响，大大降低混凝土表面耐磨度和强度。
7.（3）有机溶剂类：如采用过氯乙烯树脂溶液等，通过有机溶剂将树脂等材料溶解形成，养护机理同乳液类，溶剂挥发后溶液中的树脂颗粒通过干燥聚拢成膜，形成的有机薄膜可以防止混凝土面层水分蒸发。优点保水率较高，缺点：价格偏高，且含有有机溶剂，不安全，对人体有害。在喷涂于混凝土表面层后，有的会因有害物质进入混凝土表层内部产生不利影响，破坏混凝土强度。
8.（4）有机无机复合类养护剂：有机无机复合类养护剂通常是将无机增密材料和有机成膜材料有效复合，例如水玻璃与石蜡乳液复合、水玻璃与高分子乳液复合，复合后其性能得到有效提高。有机无机复合类养护剂主要作用机理：有机组分通过自身聚合和空气氧化作用形成连续柔软薄膜粘附在混凝土表面，降低了混凝土表面水分蒸发，同时无机组分能够渗透到表面混凝土的毛细孔中，发生化学反应形成胶体物质，这种胶体物质能有效地
填塞毛细孔，从而降低水分蒸发。相对其它类养护剂而言，有机无机复合类的双重养护效果使其具有良好的保水性能，保水率能够大于80%，故能有效提高养护混凝土的性能。无机有机复合类是未来养护剂的发展方向。
9.总体看，养护剂普遍存在效果欠佳、成本高、稳定性差、对强度不利等，结合有机无机复合类养护剂作为发展趋势及优点，因此有必要研制出一种具有增强功能的养护剂，既能起到养护作用，又能提高混凝土强度。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂及其制备方法，将养护剂喷雾到塑性阶段的混凝土表面，具有抑制塑性阶段混凝土水分蒸发、并提高混凝土强度的作用。
11.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：提供一种具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂，按照重量百分比计，其组分包括高分子聚合物20~30%、硅酸锂1~8%、炔二醇0.02~0.5%、聚羧酸减水剂1~2.5%、助剂0.5~4%，改性大豆磷脂1.5~10%、蜂花醇1~6%、聚甘油
‑
10聚蓖麻醇酸酯0.5~5%、单，双脂肪酸甘油酯0.5~3%和余量的水。
12.本发明所述的高分子聚合物优选是由以下重量百分比的原料制成的高分子聚合物：丙烯酸5%~25%、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮5%~20%、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱1%~5%、n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺0.5%~1%、引发剂0.1%~0.5%及余量的水。
13.更优选的所述高分子聚合物通过以下方法聚合得到：（1）按照所述比例，将丙烯酸、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮和甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱溶于水，并搅拌升温至50~80摄氏度，然后加入n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺，恒温搅拌5~15分钟；（2）加入引发剂，保持温度高速搅拌2~6小时后自然冷却降至室温；（3）再调节溶液ph值在5~7，即得到高分子聚合物溶液。
14.本发明所述养护剂中的高分子聚合物分子量为50000~80000，其主要结构如下式（i）所示：
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（i）其中，所述的m和l取值为10~20、x取值为400~600、y取值为100~200、z取值为5~10，且均为整数。
15.本发明所述的炔二醇为乙氧基化炔二醇、烷氧基炔二醇或二甲基己炔二醇中的任意一种或者两种以上的混合物，用于降低水性系统中动态表面张力。
16.本发明所述的聚羧酸减水剂为聚醚类聚羧酸减水剂，固含量不低于20%，减水率不低于25%。
17.本发明所述的助剂为拉开粉、吐温80或异构醇中的至少一种，可以显著降低体系界面张力。
18.在此基础上，本发明还提供所述具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂的制备方法，包含以下步骤：（1）按以下重量百分比的组成准备聚合物原料组合物：丙烯酸5%~25%、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮5%~20%、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱1%~5%、n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺0.5%~1%、引发剂0.1%~0.5%及余量的水；（2）将（1）所述比例的丙烯酸、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮和甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱溶于水并搅拌升温至50~80摄氏度；再加入所述比例的n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺恒温搅拌5~15分钟；进一步加入所述比例的引发剂，保持温度高速搅拌2~6小时后自然冷却降至室温；再中和溶液至ph=5~7，即得到高分子聚合物溶液；（3）按以下重量百分比的组成准备养护剂原料组合物：（2）所得高分子聚合物20~30%、硅酸锂1~8%、炔二醇0.02~0.5%、聚羧酸减水剂1~2.5%、助剂0.5~4%，改性大豆磷脂1.5~10%、蜂花醇1~6%、聚甘油
‑
10聚蓖麻醇酸酯0.5~5%、单，双脂肪酸甘油酯0.5~3%和余量的水；（4）按照（3）所述比例，往（2）所得到的高分子聚合物溶液中依次加入水、硅酸锂、
炔二醇、聚羧酸减水剂和助剂，搅拌30~45min；随后加入改性大豆磷脂、蜂花醇、聚甘油
‑
10聚蓖麻醇酸酯和单,双脂肪酸甘油酯，以600r/min~1200r/min搅拌速度，搅拌至均匀，即得到具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂。
19.本发明的有益效果是：制备工艺简单可行，成品无毒无污染；通过采用特殊功能单体在一定的工艺条件下，制备得到高分子聚合物，该高分子聚合物具有极好的易成膜性和高保水性的特点，且可以提高分子膜与混凝土表面粘结性能，并结合蜂花醇等物质，得到较好的养护效果。另外一方面，通过加入助剂和炔二醇，可以降低塑性阶段混凝土组分材料的界面张力，能够将硅酸锂快速渗透至混凝土内部，与混凝土中水泥水化的副产物发生二次反应，生成大量的水化产物，提高混凝土强度。因此本发明的养护剂可高效减少水分蒸发、有效抑制塑性阶段开裂，除了较好的塑性阶段养护外，还可以获得提高强度的效果。
20.本发明养护剂使用时需要用水稀释10倍，在混凝土表面无明水，表面平整情况下尽早进行养护剂喷涂，喷涂量3~5m2/kg。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例对本发明作进一步详述。除非有特别说明，否则以下每个实施例中的各组分，均以相同质量单位的百分比计。
22.实施例1一种具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂，按照重量百分比计，其组分包括高分子聚合物25%、硅酸锂2.5%、炔二醇0.1%、聚羧酸减水剂1.5%、助剂1.2%，改性大豆磷脂4%、蜂花醇2.3%、聚甘油
‑
10聚蓖麻醇酸酯2%、单,双脂肪酸甘油酯0.8%和余量的水。所述的炔二醇为二甲基己炔二醇。所述的聚羧酸减水剂为聚醚类聚羧酸减水剂，固含量为23%，减水率28%。所述的助剂为拉开粉。
23.所述的高分子聚合物由以下重量百分比的原料制成：丙烯酸16%、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮10%、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱1.2%、n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺0.8%、引发剂0.3%、其余为水。所述的高分子聚合物制备方法如下：（1）将上述比例的丙烯酸、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱溶于水并搅拌升温至65摄氏度。
24.（2）温度达到设定值后，再加入n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺恒温搅拌10分钟。
25.（3）加入引发剂，保持温度高速搅拌3小时后自然冷却降至室温。
26.（4）再加入适量的碱搅拌中和溶液至ph=5~7，即得到高分子聚合物溶液。
27.本实施例上述具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂的制备方法，包含以下步骤：按照本实施例养护剂的组分比例，往上述方法制备好的高分子聚合物溶液中依次加入相应量的水、硅酸锂、炔二醇、聚羧酸减水剂、助剂，搅拌40min；随后加入相应量的改性大豆磷脂、蜂花醇、聚甘油
‑
10聚蓖麻醇酸酯和单,双脂肪酸甘油酯，以600r/min~1200r/min搅拌速度，搅拌至均匀，即得到本实施例的具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂。
28.实施例2一种具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂，按照重量百分比计，其组分包括高分子聚合物23%、硅酸锂3%、炔二醇0.05%、聚羧酸减水剂2%、助剂2%，改性大豆磷脂8%、蜂花
醇2.5%、聚甘油
‑
10聚蓖麻醇酸酯3%、单,双脂肪酸甘油酯0.7%和余量的水。所述的炔二醇为乙氧基化炔二醇、二甲基己炔二醇的混合物。所述的聚羧酸减水剂为聚醚类聚羧酸减水剂，固含量为23%，减水率28%。所述的助剂为吐温80。
29.所述的高分子聚合物由以下重量百分比的原料制成：丙烯酸18%、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮8%、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱1.0%、n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺0.7%、引发剂0.4%、其余为水。所述的高分子聚合物制备方法如下：（1）将上述比例的丙烯酸、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱溶于水并搅拌升温至65摄氏度。
30.（2）温度达到设定值后，再加入n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺恒温搅拌10分钟。
31.（3）加入引发剂，保持温度高速搅拌3小时后自然冷却降至室温。
32.（4）再加入适量的碱搅拌中和溶液至ph=5~7，即得到高分子聚合物溶液。
33.本实施例的上述具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂的制备方法，包含以下步骤：按照本实施例养护剂的组分比例，往上述方法制备好的高分子聚合物溶液中依次加入相应量的水、硅酸锂、炔二醇、聚羧酸减水剂、助剂，搅拌40min；随后加入相应量的改性大豆磷脂、蜂花醇、聚甘油
‑
10聚蓖麻醇酸酯和单,双脂肪酸甘油酯，以600r/min~1200r/min搅拌速度，搅拌至均匀，即得到本实施例的具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂。
34.实施例3一种具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂，按照重量百分比计，其组分包括高分子聚合物22%、硅酸锂2%、炔二醇0.08%、聚羧酸减水剂1.8%、助剂1.5%，改性大豆磷脂6%、蜂花醇2%、聚甘油
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10聚蓖麻醇酸酯2.5%、单,双脂肪酸甘油酯1%和余量的水。所述的炔二醇为烷氧基炔二醇。所述的聚羧酸减水剂为聚醚类聚羧酸减水剂，固含量为23%，减水率28%。所述的助剂为吐温80、异构醇的混合物。
35.所述的高分子聚合物由以下重量百分比的原料制成：丙烯酸18%、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮8%、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱1.0%、n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺0.7%、引发剂0.4%、其余为水。所述的高分子聚合物制备方法如下：（1）将上述比例的丙烯酸、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱溶于水并搅拌升温至65摄氏度。
36.（2）温度达到设定值后，再加入n,n
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亚甲基双丙烯酰胺恒温搅拌10分钟。
37.（3）加入引发剂，保持温度高速搅拌3小时后自然冷却降至室温。
38.（4）再加入适量的碱搅拌中和溶液至ph=5~7，即得到高分子聚合物溶液。
39.本实施例上述具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂的制备方法，包含以下步骤：按照本实施例养护剂的组分比例，往上述方法制备好的高分子聚合物溶液中依次加入相应量的水、硅酸锂、炔二醇、聚羧酸减水剂、助剂，搅拌40min；随后加入相应量的改性大豆磷脂、蜂花醇、聚甘油
‑
10聚蓖麻醇酸酯和单,双脂肪酸甘油酯，以600r/min~1200r/min搅拌速度，搅拌至均匀，即得到本实施例上述的具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂。
40.实施例4一种具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂，按照重量百分比计，其组分包括高
分子聚合物22%、硅酸锂2%、炔二醇0.08%、聚羧酸减水剂1.8%、助剂1.5%，改性大豆磷脂6%、蜂花醇2%、聚甘油
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10聚蓖麻醇酸酯2.5%、单,双脂肪酸甘油酯1%和余量的水。所述的炔二醇为乙氧基化炔二醇、烷氧基炔二醇的混合物。所述的聚羧酸减水剂为聚醚类聚羧酸减水剂，固含量为23%，减水率28%。所述的助剂为异构醇。
41.所述的高分子聚合物由以下重量百分比的原料制成：丙烯酸16%、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮10%、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱1.2%、n,n
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亚甲基双丙烯酰胺0.8%、引发剂0.3%、其余为水。所述的高分子聚合物制备方法如下：（1）将上述比例的丙烯酸、乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮、甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱溶于水并搅拌升温至65摄氏度。
42.（2）温度达到设定值后，再加入n,n
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亚甲基双丙烯酰胺恒温搅拌10分钟。
43.（3）加入引发剂，保持温度高速搅拌3小时后自然冷却降至室温。
44.（4）再加入适量的碱搅拌中和溶液至ph=5~7，即得到高分子聚合物溶液。
45.本实施例上述具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂的制备方法，包含以下步骤：按照本实施例养护剂的组分比例，往上述方法制备好的高分子聚合物溶液中依次加入相应量的水、硅酸锂、炔二醇、聚羧酸减水剂、助剂，搅拌40min；随后加入相应量的改性大豆磷脂、蜂花醇、聚甘油
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10聚蓖麻醇酸酯和单,双脂肪酸甘油酯，以600r/min~1200r/min搅拌速度，搅拌至均匀，即得到本实施例的具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂。
46.对比例1市售乳液类塑性阶段养护剂。
47.对比例2市售无机盐类塑性阶段养护剂。
48.对比例3市售复合类塑性阶段养护剂。
49.对比例4一种养护剂，按照重量百分比计，其组分包括聚乙烯醇溶液（固含量2%）22%、硅酸锂2%、炔二醇0.08%、聚羧酸减水剂1.8%、助剂1.5%，改性大豆磷脂6%、蜂花醇2%、聚甘油
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10聚蓖麻醇酸酯2.5%、单,双脂肪酸甘油酯1%和余量的水。所述的炔二醇为乙氧基化炔二醇、烷氧基炔二醇的混合物。所述的聚羧酸减水剂为聚醚类聚羧酸减水剂，固含量为23%，减水率28%。所述的助剂为异构醇。
50.应用实施例1本发明的具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂与常规市售养护剂按照jg/t 477
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2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》对水分蒸发抑制率、28d抗压强度比、总开裂面积降低率进行测定。其中测试水分蒸发抑制率的水泥净浆由基准水泥和水拌合而成，水灰比为0.4；测试28d抗压强度比、总开裂面积降低率指标的混凝土配合比见表1，检测结果见表2。所有养护剂均使用时需要用水稀释10倍，养护剂喷涂量5m2/kg（0.2kg/m2）。
51.表1 c30混凝土配合比水泥砂石子水3308271053190
表2养护剂检测结果编号水分蒸发抑制率/(抗压强度比/%总开裂面积降低率/%实施例133.211288.3实施例231.510987.5实施例332.311488.0实施例430.611086.3对比例129.89586.1对比例214.310276.6对比例328.510185.4对比例425.710285.1应用实施例2本发明具有增强功能的混凝土塑性阶段养护剂与常规市售养护剂按照jg/t477
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2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》对水分蒸发抑制率、28d抗压强度比、总开裂面积降低率进行测定。其中测试水分蒸发抑制率的水泥净浆由普通硅酸盐水泥和水拌合而成，水灰比为0.4；测试28d抗压强度比、总开裂面积降低率指标的混凝土配合比见表3，检测结果见表4。所有养护剂均使用时需要用水稀释10倍，养护剂喷涂量5m2/kg（2kg/m2）。
52.表3c40混凝土配合比水泥粉煤灰矿粉砂石子减水剂水260708073010605.7175表4养护剂检测结果编号水分蒸发抑制率/(抗压强度比/%总开裂面积降低率/%实施例132.110887.1实施例230.810785.7实施例331.411086.5实施例431.710886.8对比例128.89785.6对比例215.810375.3对比例327.610486.2对比例425.110385.8从表2和表4可以看出，无论采用jg/t477
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2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》中的标准方法还是采用普通混凝土配合比测试的结果，均可证明本发明实施例1～4的养护剂具有较好的水分蒸发抑制率，具有较高的抗压强度，并且总开裂面积降低率较高。而代表现有常规养护剂的各对比例的相应测试结果各有不足。试验中使用的对比例1为市售乳液类塑性阶段养护剂，水分蒸发抑制率和总开裂面积降低率较高，满足标准要求，但是28d抗压强度比较低，低于标准要求。试验中使用的对比例2为市售无机类塑性阶段养护剂，抗压强度较好，但是水分蒸发抑制率和总开裂面积降低率较低，不满足标准要求。试验中使用的对比例3为市售复合类塑性阶段养护剂，水分蒸发抑制率和总开裂面积降低率和抗压强度虽普遍较好，能够满足标准要求，但是仍不够理想。试验中使用的对比例4为常规高分子聚合物聚乙烯醇溶液制备的养护剂，其水分蒸发抑制率和总开裂面积降低率和抗压强度
虽普遍较好，能够满足标准要求，但是低于本发明实施例1～4的养护剂的效果。总体看，本发明实施例1～4的养护剂比现有的市售养护剂和常规高分子聚合物制备的养护剂在水分蒸发抑制率、抗压强度、总开裂面积降低率等各方面均有明显改善。
53.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。