一种混凝土表面抗碳化养护剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及建筑材料养护技术领域，特别涉及一种混凝土表面抗碳化养护剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.混凝土浇筑后，如气候炎热、空气干燥，不及时进行养护，混凝土中水分会蒸发过快，形成脱水现象，会使已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化，不能转化为稳定的结晶，缺乏足够的粘结力，从而会在混凝土表面出现片状或粉状脱落。此外，在混凝土尚未具备足够的强度时，水分过早的蒸发还会产生较大的收缩变形，出现干缩裂纹。所以混凝土浇筑后初期阶段的养护非常重要，混凝土终凝后应立即进行养护，干硬性混凝土应于浇筑完毕后立即进行养护。
3.混凝土养护剂又叫做混凝土防护剂、混凝土养护液，是一种喷洒或涂刷于混凝土表面，能在混凝土表面形成一层连续的不透水的密封养护薄膜的乳液或高分子溶液。
4.我国在混凝土养护剂方面由于研究起步晚，制备原材料较少，养护剂的性能参差不齐。虽然国内外已有相当的学者对养护剂进行研究，也取得了一系列成果，但目前的研究仍然存在不足和缺陷。
5.普通的混凝土表面养护剂配方成分单一，主要是混凝土表面保湿养护，存在养护效果单一、养护剂养护效率低、表面抗碳化效果差等缺点，所以当务之急是要开发一种具有养护及抗碳化性能的混凝土表面养护剂，这种新型的混凝土表面抗碳化养护剂能够提升建筑材料的耐久性能和使用性能，为建筑材料行业增加市场竞争力提供有利条件。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混凝土表面抗碳化养护剂及其制备方法和应用。本发明提的混凝土表面抗碳化养护剂喷涂在混凝土表面，能够快速在表面形成一薄层致密的纳米薄膜，在干燥、大风的恶劣环境中，能够显著降低混凝土表面水分的蒸发速度。同时，养护剂中含有抗碳化组分和渗透组分，在二者协同作用下，能够有效作用于混凝土表面，明显降低混凝土表面的碳化深度。
7.本发明采用的技术方案如下：
8.本发明提供了一种混凝土表面抗碳化养护剂，养护剂以重量份计，包括以下原料：α-甲基丙烯酸150～230份、硫氰酸钠190～240份、丙烯酸乳液70～90份、十二碳醇酯2～4份、纳米二氧化硅170～190份、纳米蒙脱石粉35～45份、羟丙基甲基纤维素1～3份、工业乙醇1～3份、水195～206份。
9.进一步地，所述养护剂以重量份计，包括以下原料：甲基丙烯酸190份、硫氰酸钠220份、丙烯酸乳液800份、十二碳醇酯3份、纳米二氧化硅180份、纳米蒙脱石粉40份、羟丙基甲基纤维素2份、工业乙醇2份、水200份。
10.进一步地，所述纳米二氧化硅的粒径为10-30nm，优选为20nm。
11.研究表明：纳米二氧化硅可以改善混凝土的微观结构和综合性能，能够封堵混凝土内部孔隙，增强其抗裂性，提高混凝土抗渗、抗冻、抗化学侵蚀、抗冲磨等性能，从而提高混凝土的耐久性。因而，将纳米二氧化硅加入混凝土表面抗碳化养护剂中，可以有效堵住混凝土内部细小孔隙，迅速吸收孔隙内的ca(oh)2，发生二次水化反应的同时细化ca(oh)2晶体。防止空气中的二氧化碳进入空隙使混凝土发生碳化，提高了混凝土的早期强度。此外，发现调整纳米二氧化硅的粒径，养护剂的养护效果会有所区别，将纳米二氧化硅的粒径控制在10-30nm之间，养护剂的养护效果较好，特别是纳米二氧化硅的粒径控制在20nm左右，养护剂的养护效果最好。
12.进一步地，所述纳米蒙脱石粉的粒径为10-30nm，优选为20nm。
13.将纳米蒙脱石粉加入混凝土表面抗碳化养护剂中，一方面，纳米蒙脱石粉可与水泥水化产物钙矾石较好的结合在一起，防止混凝土发生膨胀开裂后侵蚀性介质渗入混凝土内部，影响混凝土耐久性，另一方面，其层状结构的剥离能有效填充混凝土孔隙，与孔隙内的ca(oh)2结合发生二次水化反应，并与水化产物紧密结合在一起形成更加致密的结构，阻止了空气中的二氧化碳进入孔隙，规避了混凝土的碳化。填充混凝土孔隙的有效性，直接影响混凝土的耐久性以及抗碳化性能，试验发现当纳米蒙脱石粉的粒径控制在10-30nm，养护剂养护效果较好，特别是20nm时，养护剂养护效果最好。
14.本发明提供了一种混凝土表面抗碳化养护剂的制备方法，包括如下步骤：
15.s1、将α-甲基丙烯酸150～230份、丙烯酸乳液70～90份、十二碳醇酯2～4份、羟丙基甲基纤维素1～3份、工业乙醇1～3份、水195～206份，加入搅拌容器中进行搅拌，得到a组分；
16.s2、将硫氰酸钠190～240份；纳米二氧化硅170～190份；纳米蒙脱石粉35～45份，同时投入球磨机内粉末，得到b组分；
17.s3、将a组分加热，然后将b组分加入到a组分体系中，均匀搅拌，形成均一的混合乳液。
18.在步骤s3中，将a组分先加热处理，让丙烯酸乳液、十二碳醇酯、羟丙基甲基纤维素充分的反应一段时间，形成更加牢固的三维体膜状结构。
19.进一步地，s1中所述搅拌的速度为500-600转/分钟，搅拌的时间为2-10分钟。
20.进一步地，s2中所述球磨机的转速为700-800转/分钟，时间为40-80min。
21.进一步地，s3中所述加热的温度为70-90℃，时间为2-4h。
22.进一步地，s3中所述搅拌的转速为300-400转/分钟，时间为20-30min。
23.本发明提供了一种混凝土表面抗碳化养护剂的应用，将上述的养护剂使用时采用喷涂的方式喷涂在混凝土表面，喷涂量为0.08-0.10kg/m2。
24.养护剂的喷涂应保证混凝土表面成膜连续，喷涂过厚或喷洒面积过大不仅造成原料浪费，还会影响混凝土强度。
25.在混凝土浇筑完毕后的8-12h内喷涂本发明的养护剂，优选分两次喷涂，待第一次喷涂的养护剂成膜后再进行第二次喷涂。就本发明的养护剂而言，两次喷涂总量控制在0.08-0.10kg/m2时，既能保证混凝土的强度，也能控制原料的成本。
26.由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：
27.1.本发明中丙烯酸乳液与十二碳醇酯通过高分子反应先形成单分子网状乳液膜
状结构铺展在水分子表面，网状层状结构之间与羟丙基甲基纤维素的甲氧基(－och3)和羟丙氧基(－och2chohch3)结合形成三维体膜状结构，这种膜状结构具有优异的成膜性能、成膜韧性，牢固包覆在混凝土表面，使混凝土表面的粘附力高，不易剥离，阻隔了混凝土与环境介质的物质交换，高效抑制混凝土表面碳化。另外，加有乙醇，乙醇分子的羟基(-o-h)与早强小分子硫氰酸钠(n≡c—s—)形成稳定的氢键，即h原子与电负性大的s原子形成氢键(o—h...:s)，乙醇的强渗透性有利于促进早强小分子渗入混凝土表面缺陷，如微裂纹、气孔等，提高水泥水化矿物的二次水化程度，同时乙醇也能降低水溶液的润湿角，使得水溶液更易在混凝土表面铺展开形成水膜，提高混凝土表面养护效果。纳米物质，可以有效堵住混凝土内部细小孔隙，迅速吸收孔隙内的ca(oh)2，发生二次水化反应的同时细化ca(oh)2晶体，防止空气中的二氧化碳进入空隙使混凝土发生碳化，提高了混凝土的早期强度。此外，纳米蒙脱石具有层状结构，-si-o键与-o-h形成稳定氢键，从而形成稳定的结合水层，大量束缚住溶液的水分子，在干燥、大风的恶劣环境中，能够显著降低混凝土表面水分的蒸发速度，随着养护效果的改善，也促进了混凝土强度和表面硬度的增长，有利于提高回弹强度；纳米蒙脱石粉具有超强的吸水性，一方面，能不断从空气中吸收水分，避免混凝土表面干燥收缩开裂；另一方面，能吸附混凝土表面多余自由水分，有效降低其表面水胶比，提高混凝土表面强度。
28.2.将本发明的养护剂喷涂于混凝土表面，能够修复表面气孔、微裂纹缺陷，同时形成一薄层致密的纳米薄膜。
29.3.本发明的抗碳化养护剂为无色透明液体，喷涂在混凝土表面，不会改变混凝土表观颜色，不影响美观，养护完成后不必剥离；本发明的养护剂制作工艺简单、便捷，生产效率高，生产设备投入少，具有良好的经济效益与市场价值。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
31.实施例1
32.本实施例提供一种混凝土养护剂，其原料包括：α-甲基丙烯酸150kg、硫氰酸钠190kg、丙烯酸乳液90kg、十二碳醇酯4kg、纳米二氧化硅170kg、纳米蒙脱石粉45kg、羟丙基甲基纤维素3kg、工业乙醇1kg、水195kg。
33.其中，纳米二氧化硅的粒径为10nm，纳米蒙脱石粉的粒径为10nm。
34.实施例2
35.本实施例提供一种混凝土养护剂，其原料包括：α-甲基丙烯酸230kg、硫氰酸钠240kg、丙烯酸乳液70kg、十二碳醇酯2kg、纳米二氧化硅170kg、纳米蒙脱石粉35kg、羟丙基甲基纤维素1kg、工业乙醇1kg、水206kg。
36.其中，纳米二氧化硅的粒径为30nm，纳米蒙脱石粉的粒径为30nm。
37.实施例3
38.本实施例提供一种混凝土养护剂，其原料包括：α-甲基丙烯酸200kg、硫氰酸钠220kg、丙烯酸乳液80kg、十二碳醇酯3kg、纳米二氧化硅190kg、纳米蒙脱石粉35kg、羟丙基
甲基纤维素1kg、工业乙醇3kg、水195kg。
39.其中，纳米二氧化硅的粒径为20nm，纳米蒙脱石粉的粒径为20nm。
40.实施例4
41.本实施例提供一种混凝土养护剂的制备方法，其适用于实施例1-3中的制备，其包括如下步骤：
42.s1、按配方量称取α-甲基丙烯酸、丙烯酸乳液、十二碳醇酯、羟丙基甲基纤维素、工业乙醇、水，同时加入2l的搅拌容器中，搅拌速度为500转/分钟，持续搅拌时间为2分钟，得到a组分；
43.s2、按配方量称取硫氰酸钠、纳米二氧化硅、纳米蒙脱石粉，同时投入球磨机内粉末，转数800转/分钟，持续运行时间为40min，得到b组分；
44.s3、将a组分加热至70℃，保温时间为4小时，接着把b组分投入第一组分体系中，以400转/分钟搅拌速度均匀搅拌20min，分散均匀，形成均一的混合乳液产品。
45.实施例5
46.本实施例提供一种混凝土养护剂的制备方法，其适用于实施例1-3中的制备，其包括如下步骤：
47.s1、按配方量称取α-甲基丙烯酸、丙烯酸乳液、十二碳醇酯、羟丙基甲基纤维素、工业乙醇、水，同时加入2l的搅拌容器中，搅拌速度为600转/分钟，持续搅拌时间为10分钟，得到a组分；
48.s2、按配方量称取硫氰酸钠、纳米二氧化硅、纳米蒙脱石粉，同时投入球磨机内粉末，转数700转/分钟，持续运行时间为80min，得到b组分；
49.s3、将a组分加热至90℃，保温时间为2小时，接着把b组分投入第一组分体系中，以300转/分钟搅拌速度均匀搅拌30min，分散均匀，形成均一的混合乳液产品。
50.实施例6
51.本实施例提供一种混凝土养护剂的制备方法，其适用于实施例1-3中的制备，其包括如下步骤：
52.s1、按配方量称取α-甲基丙烯酸、丙烯酸乳液、十二碳醇酯、羟丙基甲基纤维素、工业乙醇、水，同时加入2l的搅拌容器中，搅拌速度为550转/分钟，持续搅拌时间为5分钟，得到a组分；
53.s2、按配方量称取硫氰酸钠、纳米二氧化硅、纳米蒙脱石粉，同时投入球磨机内粉末，转数750转/分钟，持续运行时间为60min，得到b组分；
54.s3、将a组分加热至80℃，保温时间为3小时，接着把b组分投入第一组分体系中，以350转/分钟搅拌速度均匀搅拌25min，分散均匀，形成均一的混合乳液产品。
55.实施例7
56.为了验证本发明的混凝土表面养护剂的效果，将喷涂有实施例1-3养护剂的c30混凝土、喷涂有某市售混凝土养护剂的c30混凝土与未喷涂养护剂的c30混凝土从失水率、抗折强度、碳化深度三个方面作对比分析，试验结果见表1所示。
57.其中失水率的计算公式如下：
58.59.式中：p—混凝土水分失水率；
60.g0—混凝土原重量；
61.g1—混凝土n天后的重量。
62.表1喷涂养护剂与未喷涂养护剂的混凝土理化性质对比结果
[0063][0064]
序号1：未喷涂养护剂；
[0065]
序号2：喷涂实施例1养护剂，采用实施例4的制备方法；
[0066]
序号3：喷涂实施例2养护剂，采用实施例5的制备方法；
[0067]
序号4：喷涂实施例3养护剂，采用实施例6的制备方法；
[0068]
序号5：某市售混凝土养护剂。
[0069]
由表1可知，c30混凝土喷涂本发明的养护剂后，可以大幅减少水分流失，增强抗折强度以及减少碳化深度，效果优于某市售混凝土养护剂。
[0070]
本领域技术人员在考虑说明书及实践公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。