一种抗冻融型透气混凝土界面剂的制作方法

本申请涉及混凝土界面剂领域，更具体地说，它涉及一种抗冻融型透气混凝土界面剂。

背景技术：

混凝土长期被视为一种耐久性绝佳的材料，然而，近半个世纪以来，混凝土结构过早劣化的事例在国内外屡见不鲜，其耐久性问题造成各种建筑物过早损坏，由此造成的维修和拆除重建的费用十分巨大。当采用新混凝土对其维修加固时，新老混凝土的粘结质量是修补加固的关键所在，大量的实践研究发现为了有效的提高新老混凝土的粘结强度，在老混凝土的粘结面上涂刷界面剂是一种行之有效的方法。

混凝土界面剂是一种胶粘剂，具有超强的粘接力，优良的耐水性，耐老化性。常用的界面剂包括水泥浆类界面剂、聚合物类界面剂和环氧类界面剂三种，而这三类界面剂存在透气性差、抗冻融性差等缺点，特别是在-5℃以下粘结面容易发生冻结，是因为粘结面是由老混凝土、新混凝土和界面剂组成的三相材料，当环境温度达到某一冻结温度时，粘结面内会存在结冰的水和过冷的水，结冰的水产生体积膨胀，过冷的水发生迁移，从而形成冰胀压和渗透压，在毛细孔周边产生交替的拉应力，使粘结面受到损伤，当所产生的拉应力超过界面的粘结强度时，粘结面内部产生微裂缝，随着微裂缝的发展、连通，粘结面破坏。因此，在冻融环境下，界面剂的应用受到了很大的限制，特别是在寒冷地区或冷冻库房等。

针对上述中的相关技术，发明人认为研制出一种具有高粘结强度的同时，兼具透气性好、抗冻融性强的界面剂，具有重要的现实意义。

技术实现要素：

为了改善界面剂的抗冻融性和透气性，本申请提供一种抗冻融型透气混凝土界面剂。

本申请提供的一种抗冻融型透气混凝土界面剂采用如下的技术方案：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，按重量份计，所述界面剂原料包括普通硅酸盐水泥50～100份，硫铝酸盐水泥10～20份，石膏10～20份，微硅粉10～20份，粉煤灰10～20份，ptb乳液50～100份，水性丙烯酸酯复膜胶10～15份，竹材液化酚醛树脂5～10份，引气剂1～2份，分散剂1～2份，消泡剂0.5～1份，水100～200份。

通过采用上述技术方案，在界面剂中添加普通硅酸盐水泥可以使界面剂从纯有机材料转变为有机与无机复合的材料，与混凝土的无机面不易形成弱层，可以在一定程度上改善粘结效果；硫铝酸盐水泥和石膏的添加，可以发生水化作用形成c-s-h凝胶体，部分c-s-h凝胶体和硫酸根离子结合产生结晶物钙矾石，c-s-h凝胶体和钙矾石晶体相互交联，形成间断的、孔隙较大的骨架网状体系，当加入ptb乳液后，会在水化产物和未水化水泥颗粒周围成膜，此时大孔隙减少，但是微小孔隙会大量增加，而且均匀并相互连通，因此不仅粘结性提高，而且微小的孔隙会阻止小水滴的侵入，却能使直径更小的水蒸气分子自由通过，微硅粉的添加，可以使石膏中的氢氧化钙转变为硅酸钙水化物的量增加；水性丙烯酸酯复膜胶和竹材液化酚醛树脂的添加，可以使普通硅酸盐水泥与微硅粉的周围形成硅凝胶晶簇层，使界面剂具有较高的粘结强度，并且当环境温度降低接近硅凝胶的相变点时，液体相变材料将会发生液固转变，这个过程会释放大量的热量，利用此热量阻止或延缓混凝土液体结冰，从而提高其抗冻融性，并且水性丙烯酸酯复膜胶中有大量的羟基，由于分子间作用力这些极性基团会吸附到微硅粉和普通硅酸盐水泥表面，能够破坏si-o-si键和si-o-al键，使晶体结构产生缺陷，加快其解离和水化，从而能够最大限度提高混凝土界面剂的强度。

优选的，按重量份计，所述界面剂原料包括普通硅酸盐水泥60～80份，硫铝酸盐水泥12～18份，石膏11～19份，微硅粉11～19份，粉煤灰11～19份，ptb乳液60～90份，水性丙烯酸酯复膜胶11.5～13.5份，竹材液化酚醛树脂6～9份，引气剂1.2～1.8份，分散剂1.2～1.8份，消泡剂0.7～0.8份，水120～180份。

通过采用上述技术方案，在此范围内的界面剂进行试验发现，粘结面具有优良的剪切粘结强度和拉伸粘结强度，抗冻融处理后粘结效果更好，因此，此范围内的配比为更优解。

优选的，所述水性丙烯酸酯复膜胶的制备方法如下，

s1：按重量份计，分别取丙烯酸异辛酯12～20份，甲基丙烯酸甲酯9～15份，甲基丙烯酸羟丙酯9～15份，乙酸乙酯20～35份，均匀混合备用；

s2：在烧瓶中加入1/2重量步骤步骤s1中的混合溶液，通入氮气，在15～20min内升温至73～78℃，保温反应1～1.5h；

s3：将步骤s1中剩余的混合溶液以1～2滴/s的速率滴加到步骤s2中的所得物中，反应1.5～2h；

s4：按重量份计，分别取0.2～0.6份偶氮二异丁腈和20～35份乙酸乙酯中均匀混合，并滴入到步骤s3中的所得物中，反应4～5h；

s5：将步骤s4的所得物降温至50～58℃，加入60～100重量份的三乙胺，反应0.5～1h，停止加热。

通过采用上述技术方案，丙烯酸异辛酯的玻璃化转变温度低，可以使共聚物具有良好的流动性、附着力和弹性，主要起到成膜和粘接的作用，甲基丙烯酸甲酯的玻璃化转变温度较高，能够提供较高的内聚力，增强胶膜的强度，当丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸甲酯配合使用，可以得到粘结性能优良、贮存稳定的凝胶；甲基丙烯酸羟丙酯的分子链中带有亲水性官能团羟基，既可以为凝胶提供一定的水溶性，也可以为界面剂提供大量氢键，还可以使水性丙烯酸酯复膜胶在固化过程中与其他界面剂中的成分发生交联反应，从而提高界面剂的粘结强度；偶氮二异丁腈是一种引发剂，溶解在溶液中时会分解为活性自由基，然后引发丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸羟丙酯发生聚合。

优选的，所述步骤s1中，丙烯酸异辛酯15～17份，甲基丙烯酸甲酯7～13份，甲基丙烯酸羟丙酯7～13份，乙酸乙酯22.5～32.5份；步骤s4中，偶氮二异丁腈0.3～0.5份，乙酸乙酯22.5～32.5份；步骤s5中，三乙胺70～90份。

通过采用上述技术方案，发现可以进一步优化各组分组成范围，在此范围内进行配比的水性丙烯酸酯复膜胶加入到界面剂中，经冻融循环处理后，粘结面的剪切粘结强度和拉伸粘结强度都更大。

优选的，按重量份计，所述界面剂原料中还包括石蜡10～15份。

通过采用上述技术方案，在界面剂中添加石蜡，当环境温度降低到石蜡的凝固点时，石蜡会发生凝固并且伴随有热量释放，这些热量可以阻止或延缓混凝土液体结冰，并且凝固的石蜡可以部分填充界面剂内部较大的孔隙，减弱了水分的穿透能力，从而提高界面剂的冻融拉伸强度，有利于界面剂的抗冻融性和防水性得到提高。

优选的，按重量份计，所述界面剂原料中还包括聚丙烯纤维2～5份。

通过采用上述技术方案，加入聚丙烯纤维可以改善界面剂的保水性能，减少界面剂的水分蒸发，从而改善界面剂的收缩现象，并且聚丙烯纤维在界面剂中成二维乱向分布，纤维呈弯曲状态，增大了纤维与界面剂及界面剂与新老混凝土之间的粘接强度，减少了界面剂中水溢出而形成的毛细通道，延缓了裂缝的产生并控制裂缝的发展。

优选的，所述引气剂为木质素碘酸钠。

通过采用上述技术方案，引气剂在新、老混凝土粘结面的界面剂产生大量均匀、稳定、封闭、互不连通微小的气泡，避免了毛细管道的形成，降低粘结面饱水度，冻融循环过程中，可吸纳受冻的过冷水，释放掉结冰压，避免生成破坏应力，木质素碘酸钠兼具减水、缓凝、引气三重作用，所以引气剂选择为木质素碘酸钠更优。

优选的，所述微硅粉和粉煤灰细度在8～12μm。

通过采用上述技术方案，微硅粉和粉煤灰的粒度均较小，可以增加微硅粉与自制水性丙烯酸酯复膜胶的接触面积，有助于水性丙烯酸酯复膜胶中的羟基与微硅粉充分接触，从而增加粘结面的强度。

优选的，所述分散剂为聚乙烯蜡。

通过采用上述技术方案，在界面剂中添加分散剂有利于各组分均匀混合，分散剂选用聚乙烯蜡，有助于改善无机组分如普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、微硅粉、粉煤灰与有机组分ptb乳液、水性丙烯酸酯复膜胶、竹材液化酚醛树脂的相容性，加强了对团聚体的润湿和渗透，有利于分散。

优选的，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。

通过采用上述技术方案，消泡剂是用来消除原料混合时存在的大气泡的，聚二甲基硅氧烷与木质素碘酸钠配合使用，可以使界面剂中引入微细气泡，而没有大的气泡存在，并且增加界面剂中的含气量的稳定性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、在界面剂中选用硫铝酸盐水泥和石膏，可以形成c-s-h凝胶体和钙矾石晶体相互交联，但孔隙较大的骨架网状体系，使得界面剂具有较好的粘结强度；在界面剂中加入ptb乳液，可以减小大孔隙，而且会有大量微小孔隙增加，这些微小孔隙可以阻止小水滴的侵入，但可以让水蒸气分子通过，从而既增加了界面剂的粘结强度，又提高了界面剂的透气性；在界面剂中加入水性丙烯酸酯复膜胶和竹材液化酚醛树脂，会在普通硅酸盐水泥与微硅粉的周围形成硅凝胶晶簇层，当环境温度降低接近硅凝胶的相变点发生凝固时，会释放大量的热量，利用此热量阻止或延缓界面剂结冰，从而提高其抗冻融性，并且进一步提高了界面剂的粘结强度。

2、在界面剂中添加石蜡，当环境温度降低到石蜡的凝固点时，石蜡会发生凝固并且伴随有热量释放，这些热量可以进一步阻止或延缓混凝土液体结冰，从而进一步提高界面剂的抗冻融性能；凝固的石蜡，可以部分填充到界面剂内部较大的孔隙中，从而减弱水分对界面剂的穿透能力，进一步提高界面剂的粘结强度。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

以下实施例和对比例中的原料来源如下：

普通硅酸盐水泥为扶绥新宁海螺水泥有限责任公司生产的海螺牌p.o42.5水泥；

硫铝酸盐水泥为唐山北极熊公司生产；

石膏为托克旗京蒙石膏建材有限责任公司生产；

微硅粉和粉煤灰均为沈阳砼行建筑材料科技有限公司，细度为8～12μm；

ptb乳液为比利时polytechnischbedrijfbvba/sprl生产；

聚丙烯纤维为江苏恒神纤维材料有限公司生产；

丙烯酸异辛酯为阿拉丁试剂(上海)有限公司生产；

甲基丙烯酸甲酯和三乙胺均为天津致远化学试剂厂生产；

甲基丙烯酸羟丙酯为日本三菱公司生产；

乙酸乙酯为天津市大茂化学试剂厂生产；

竹材液化物酚醛为武汉梦奇科技有限公司生产；

木质素磺酸钠为深圳市森迪生物科技有限公司生产；

聚乙烯蜡和聚二甲基硅氧烷均为潍坊大东化工有限公司生产；

水是工厂自来水。

水性丙烯酸酯复膜胶的制备例

制备例1:水性丙烯酸酯复膜胶的制备方法如下，

s1：分别取丙烯酸异辛酯20ml，甲基丙烯酸甲酯9ml，甲基丙烯酸羟丙酯15ml，乙酸乙酯20ml，均匀混合备用；

s2：在烧瓶中加入1/2体积的步骤s1中的混合溶液，通入氮气，在20min内升温至78℃，保温反应1h；

s3：将步骤s1中剩余的混合溶液以2滴/s的速率滴加到步骤s2的所得物中，反应1.5h；

s4：取0.2ml偶氮二异丁腈和20ml乙酸乙酯均匀混合，并将其滴入至步骤s3的所得物中，反应4h；

s5：将步骤s4的所得物降温至58℃后，加入三乙胺100ml，反应1h，停止加热。

制备例2:水性丙烯酸酯复膜胶的制备方法如下，

s1：分别取丙烯酸异辛酯17ml，甲基丙烯酸甲酯7ml，甲基丙烯酸羟丙酯13ml，乙酸乙酯22.5ml，均匀混合备用；

s2：在烧瓶中加入1/2体积的步骤s1中的混合溶液，通入氮气，在19min内升温至76℃，保温反应1.4h；

s3：将步骤s1中剩余的混合溶液以1滴/s的速率滴加到步骤s2的所得物中，反应1.8h；

s4：取0.3ml偶氮二异丁腈和22.5ml乙酸乙酯均匀混合，并将其滴入至步骤s3的所得物中，反应4.8h；

s5：将步骤s4的所得物降温至52℃后，加入三乙胺90ml，反应0.8h，停止加热。

制备例3：水性丙烯酸酯复膜胶的制备方法如下，

s1：分别取丙烯酸异辛酯16ml，甲基丙烯酸甲酯10ml，甲基丙烯酸羟丙酯10ml，乙酸乙酯27.5ml，均匀混合备用；

s2：在烧瓶中加入1/2体积的步骤s1中的混合溶液，通入氮气，在18min内升温至75℃，保温反应75min；

s3：将步骤s1中剩余的混合溶液以2滴/s的速率滴加到步骤s2的所得物中，反应105min；

s4：取0.4ml偶氮二异丁腈和27.5ml乙酸乙酯均匀混合，并将其滴入至步骤s3的所得物中，反应4.5h；

s5：将步骤s4的所得物降温至54℃后，加入三乙胺80ml，反应45min，停止加热。

制备例4：水性丙烯酸酯复膜胶的制备方法如下，

s1：分别取丙烯酸异辛酯15ml，甲基丙烯酸甲酯13ml，甲基丙烯酸羟丙酯7ml，乙酸乙酯32.5ml，均匀混合备用；

s2：在烧瓶中加入1/2体积的步骤s1中的混合溶液，通入氮气，在17min内升温至74℃，保温反应1.4h；

s3：将步骤s1中剩余的混合溶液以1滴/s的速率滴加到步骤s2的所得物中，反应1.7h；

s4：取0.5ml偶氮二异丁腈和32.5ml乙酸乙酯均匀混合，并将其滴入至步骤s3的所得物中，反应4.8h；

s5：将步骤s4中的所得物降温至56℃，加入三乙胺70ml，反应0.7h，停止加热。

制备例5：水性丙烯酸酯复膜胶的制备方法如下，

s1：分别取丙烯酸异辛酯12ml，甲基丙烯酸甲酯15ml，甲基丙烯酸羟丙酯9ml，乙酸乙酯35ml，均匀混合备用；

s2：在烧瓶中加入1/2体积的步骤s1中的混合溶液，通入氮气，在15min内升温至73℃，保温反应1.5h；

s3：将步骤s1中剩余的混合溶液以1滴/s的速率滴加到步骤s2的所得物中，反应1.5h；

s4：取0.6ml偶氮二异丁腈和35ml乙酸乙酯均匀混合，并将其滴入至步骤s3的所得物中，反应5h；

s5：将步骤s4中的所得物降温至50℃，加入三乙胺60ml，反应1h，停止加热。

实施例

实施例1：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，包括普通硅酸盐水泥100g，硫铝酸盐水泥10g，石膏20g，微硅粉10g，粉煤灰20g，ptb乳液50ml，制备例1中的水性丙烯酸酯复膜胶15ml，竹材液化酚醛树脂5ml，木质素碘酸钠2ml，聚乙烯蜡1g，聚二甲基硅氧烷1ml，水100ml。

实施例2：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，包括普通硅酸盐水泥80g，硫铝酸盐水泥12g，石膏19g，微硅粉11g，粉煤灰19g，ptb乳液60ml，制备例2中的水性丙烯酸酯复膜胶13.5ml，竹材液化酚醛树脂6ml，木质素碘酸钠1.8ml，聚乙烯蜡1.2g，聚二甲基硅氧烷0.8ml，水120ml。

实施例3：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，包括普通硅酸盐水泥70g，硫铝酸盐水泥15g，石膏15g，微硅粉15g，粉煤灰15g，ptb乳液75g，制备例3中的水性丙烯酸酯复膜胶12.5ml，竹材液化酚醛树脂7.5ml，木质素碘酸钠1.5ml，聚乙烯蜡1.5g，聚二甲基硅氧烷0.75ml，水150ml。

实施例4：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，包括普通硅酸盐水泥60g，硫铝酸盐水泥18g，石膏11g，微硅粉19g，粉煤灰11g，ptb乳液90ml，制备例4中的水性丙烯酸酯复膜胶11.5ml，竹材液化酚醛树脂9ml，木质素碘酸钠1.2ml，聚乙烯蜡1.8g，聚二甲基硅氧烷0.7ml，水180ml。

实施例5：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，包括普通硅酸盐水泥50g，硫铝酸盐水泥20g，石膏10g，微硅粉20g，粉煤灰10g，ptb乳液100ml，制备例5中的水性丙烯酸酯复膜胶10ml，竹材液化酚醛树脂10ml，木质素碘酸钠1ml，聚乙烯蜡2g，聚二甲基硅氧烷0.5ml，水200ml。

实施例6：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，与实施例3的不同之处在于，加入石蜡10g。

实施例7：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，与实施例3的不同之处在于，加入石蜡12.5g。

实施例8：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，与实施例3的不同之处在于，加入石蜡15g。

实施例9：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，与实施例3的不同之处在于，加入聚丙烯纤维2g。

实施例10：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，与实施例3的不同之处在于，加入聚丙烯纤维为3.5g。

实施例11：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，与实施例3的不同之处在于，加入聚丙烯纤维为5g。

实施例12：

一种抗冻融型透气混凝土界面剂，与实施例3的不同之处在于，加入石蜡12.5g，聚丙烯纤维为3.5g。

对照例：

水泥净浆300ml，水泥净浆为水泥与水以水灰比0.4混合在一起的溶液。

对比例1：

与实施例3不同的是，缺少ptb乳液。

对比例2：

与实施例3不同的是，缺少水性丙烯酸酯复膜胶。

对比例3：

与实施例3不同的是，水性丙烯酸酯复膜胶为5ml，竹材液化酚醛树脂2ml。

对比例4：

与实施例3不同的是，水性丙烯酸酯复膜胶为20ml，竹材液化酚醛树脂20ml。

检测方法

参照jc/t907-2002《混凝土界面剂》标准方法制作标准试件并养护至7d和14d，检测剪切粘结强度、经冻融循环处理后的拉伸粘结强度；根据国家标准gb/t17146-1997《建筑材料水蒸气透过性能试验方法》，检测水蒸气湿流密度，试验方法如下：

冻融循环处理：试件标准养护7d后，侵入23±2℃的水中1d，将试件取出，分别进行10、15、20、25次冻融循环，每次冻融循环步骤为：将试件从水中取出，用布擦干表面水渍，在-20±3℃保持2h±20min。最后一次循环后将试件放置在标准试验条件下4h，用适宜的高强度粘结拉拔接头，24h后检测拉伸粘结强度，每个试样测试3个数据取平均值。

透气性测试检测方法：将界面剂砂浆刷在已经切割好厚度为2.5mm的玻纤网格布上，经养护7d后作为透气性测试试件；将测试试件放置在透气盘中，向透气盘中倒入自来水，并且使试样下表面与水面之间留有6mm的间隙；密封透气盘的顶面；将透气盘放入恒温恒湿试验机，试验箱内温度25℃，相对湿度65％；定期称量记录盘组件的质量，每个试样测试8个数据点。

根据公式(1)计算水蒸气湿流密度，式中δm为质量变化，g；δt为时间，h；δm/δt为直线的斜率即湿流量，g/h；a为试验面积，㎡。

vp＝(δm/δt)/a(1)

表1为界面剂性能检测结果。

由表1可知，对实施例1-5进行比较，可以看出随着各组分含量的变化，水蒸气湿流密度、剪切粘结强度以及拉伸粘结强度均呈现先上升后下降的趋势，其中实施例3的综合性能较好。

由表1可知，对照例、实施例3和对比例1比较，对比例1的水蒸气湿流密度大于对照例的水蒸气湿流密度，而实施例3中的水蒸气湿流密度明显大于对比例1的水蒸气湿流密度，说明加入ptb乳液可以明显提高界面剂的透气性。

由表1可知，对照例、实施例3和对比例2比较，可以看出对比例2中的剪切粘结强度和拉伸粘结强度均大于对照例中的剪切粘结强度和拉伸粘结强度，而实施例3中的剪切粘结强度和拉伸粘结强度明显较对比例2的剪切粘结强度和拉伸粘结强度有较大范围提高，说明在界面剂中加入了水性丙烯酸酯复膜胶，界面剂的抗冻融性能有大幅度提高。

由表1可知，对实施例3和对比例3-4进行比较，可以看出当水性丙烯酸酯复膜胶和竹材液化酚醛树脂的添加量较少或过多时，水蒸气湿流密度、剪切粘结强度以及拉伸粘结强度均有所减小，由此可以确定水性丙烯酸酯复膜胶和竹材液化酚醛树脂添加的较佳量。

由表1可知，对实施例6-8和实施例3进行比较，可以看出实施例6-8中的剪切粘结强度和拉伸粘结强度大于实施例3中的剪切粘结强度和拉伸粘结强度，说明随着石蜡的添加，可以增加界面剂的抗冻融性，其中实施例7的抗冻融性较好。

由表1可知，对实施例9-11和实施例3进行对比，可以看出加入适量聚丙烯纤维后，界面剂的水蒸气湿流密度有小幅度的升高，剪切粘结强度和拉伸粘结强度也有小幅度提升，说明聚丙烯纤维对提高界面剂的透气性和粘结强度均有促进作用，其中实施例10的综合性能较好。

由表1可知，对比实施例12、实施例10、实施例7和实施例3，可以看出可以看出同时加入石蜡和聚丙烯纤维，界面剂的抗冻融性能和透气性都有小幅度改善。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除