无机混凝土密封养护剂及其制备方法和应用与流程

[0001]
本发明属于混凝土养护技术领域，尤其涉及一种无机混凝土密封养护剂及其制备方法和应用。


背景技术：

[0002]
传统的人工混凝土浇筑完成后成后，需要对其进行饱水养护，按照国家要求须达到7-14d饱水养护，如刚浇筑的混凝土长期暴露于恶劣常温环境下出现快速脱水、造成严重脱水、导致混凝土基础不耐用后期会出现干裂、起砂、露石子、裂纹等病害问题，无法解决，造成资源浪费。
[0003]
当下的混凝土养护主要有三种方式，第一种为人工养护，即通过在混凝土表面覆盖薄膜的方式进行养护(出现白色污染)，该种方式的实现较为简单，但缺陷在于对于室内顶面、室外柱子、桥梁、隧道涵洞的混凝土表面无法实现薄膜的覆盖，因此无法起到养护作用。第二种为洒水养护，该种方式的实施目前较为普遍，但是人工只能通过眼观和感觉进行洒水养护，如果不停的对混凝土洒水造成水资源的大量浪费，达标的养护标准光靠洒水养护是远远不够的，而这对于实际施工环境而言，很难满足养护标准，因而也很难起到饱水养护作用。第三种为最新的通过液体型乳液养护剂进行养护，该种方式降低了前述方式对于环境的苛刻要求，但因该养护剂涂覆后会一直覆盖在混凝土表面，形成的该薄膜无法实现自动降解，因此再实际使用时，不仅面临着成本增加了额外的对该薄膜进行包覆工序、无法拆除降解，还增加了不必要的人工成本。
[0004]
因此，如何提供一种成本低、且养护效果好、环保性能高的无机混凝土密封养护剂是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明提供了一种无机混凝土密封养护剂及其制备方法和应用，该无机混凝土密封养护剂的使用可有效增加混凝土强度，在混凝土表面喷涂后，所形成的薄膜在14d内将混凝土处于饱水封闭状态下，并且在28天后可实现自动降解、吸收，使得混凝土表面的封闭度＞98％。该无机混凝土密封养护剂具有成本低28d养护效果好的特点，达到最终养护目的。
[0006]
为了达到上述目的，本发明提供了一种无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为4-12％、二氧化硅的质量浓度为22.5％-35.2％、增强剂的质量浓度为6.5％-16％、渗透固化剂的质量浓度为4-9％、减缩剂的质量浓度为2.5-10％、混凝剂的质量浓度为1.5-4.5％，余量为水。
[0007]
作为优选，所述增强剂由氟硅酸钠和尿素组成，所述氟硅酸钠的质量浓度为3.5-8％、尿素的质量浓度为3-8％。
[0008]
作为优选，所述渗透固化剂为硅酸锂。
[0009]
作为优选，所述减缩剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的分子式为ro(ch
2
ch
2
o)nh，其中，r为具有7-9个碳的烷基，n＝5。
[0010]
作为优选，所述混凝剂为聚合氯化铝，所述聚合氯化铝的分子式为al
2
(oh)
n
cl
6-n
]
m
，其中，n为1-5范围内的任意整数，m≤10。
[0011]
作为优选，所述聚合氯化铝为白色聚合氯化铝，其三氧化铝的含量为27％-30％，盐基度为65％-90％。
[0012]
本发明还提供了一种根据上述任一项技术方案所述的无机混凝土密封养护剂的制备方法，包括如下步骤：
[0013]
将二氧化硅、氧化钠加入反应釜中，加热至300-350℃，得到混合液a；
[0014]
将得到的混合液a冷却至80-85℃，加入混凝剂，搅拌30-40分钟后，得到混合液b；
[0015]
将得到的混合液b经压滤机压滤后，加入增强剂、减缩剂和渗透固化剂，搅拌30-40分钟后，室温冷却后，得到无机混凝土密封养护剂。
[0016]
本发明还提供了一种根据上述任一项技术方案所述的无机混凝土密封养护剂在混凝土表面自然养护中的应用。
[0017]
作为优选，应用时，所加入的无机混凝土密封养护剂与水的质量比为1：(1-5)。
[0018]
作为优选，应用时，将无机混凝土密封养护剂与水的混合液对着混凝土表面喷涂直至其不再渗透，混凝土表面快速形成薄膜，该薄膜在14d内将混凝土表面处于饱水封闭状态下，并且在28d可自动降解被混凝土所吸收，最终混凝土表面的封闭度＞98％，达到饱水养护。
[0019]
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
[0020]
1、本发明提供的无机混凝土密封养护剂以氧化钠和二氧化硅为主要成分，以增强剂、渗透固化剂、减缩剂以及混凝剂为辅助成分，其中，增强剂、渗透固化剂之间的一级协同作用主要影响该密封养护剂的抗压强度、抗折强度和表面强度等，减缩剂、混凝剂与增强剂、减缩剂、混凝剂之间的二级协同作用再次干预该密封养护剂包括抗压强度、抗折强度和表面强度在内的整体性能。
[0021]
2、本发明提供的无机混凝土密封养护剂在自然养护的条件下，其抗压强度、抗折强度和表面强度得到有效提高，并且可将混凝土表面的封闭度提到至98％以上，以及能够实现该养护剂在喷洒形成薄膜后的28d实现自动降解、被混凝土吸收。
[0022]
3、本发明提供的无机混凝土密封养护剂具有养护方便喷洒即可，成本低、抗折抗压强度增加、养护效果好等特点。
具体实施方式
[0023]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]
本发明实施例提供了一种无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为4-12％、二氧化硅的质量浓度为22.5％-35.2％、增强剂的质量浓度为6.5％-16％、渗透固化剂的质量浓度为4-9％、减缩剂的质量浓度为2.5-10％、混凝剂的质量浓度为1.5-4.5％，余量为水。
[0025]
上述实施例提供的无机混凝土密封养护剂以氧化钠和二氧化硅为主要成分，以增
强剂、渗透固化剂、减缩剂以及混凝剂为辅助成分，其中，以增强剂、渗透固化剂、减缩剂以及混凝剂为辅助成分，其中，增强剂、渗透固化剂之间的一级协同作用主要影响该密封养护剂的抗压强度、抗折强度和表面强度等，减缩剂、混凝剂与增强剂、减缩剂、混凝剂之间的二级协同作用再次干预该密封养护剂包括抗压强度、抗折强度和表面强度在内的整体性能。通过上述一级和二级的协同作用，可使制备得到的密封养护剂在自然养护的条件下，其抗压强度、抗折强度和表面强度得到有效提高，因混凝土标号不同一般可提升3-10％mpa，并且可将混凝土表面的封闭度提到至98％以上，以及能够实现该养护剂在喷洒形成薄膜后的28天后实现自动降解，被混凝土表面所吸收。
[0026]
可以理解的是，该密封养护剂中各组分的质量浓度的具体值可根据实际生产情况进行相应调整，例如氧化钠的质量浓度还可以为5％、6％、7％、7.2％、8％、9％、10％、10.5％、11％或上述范围内的任意点值，二氧化硅的质量浓度可以为23％、24.5％、25％、26％、26.8％、27.2％、28％、28.5％、29.3％、30.2％、32％、34.5％、35.2％或上述范围内的任意点值，氟硅酸钠的质量浓度还可以为4.5％、5％、5.2％、6％、6.8％、7.2％或上述范围内的任意点值，尿素的质量浓度还可以为4.8％、5％、5.5％、6％、6.6％、7％、7.5％、8％或上述范围内的任意点值，渗透固化剂的质量浓度为4.5％、5％、5.5％、6％、7.2％、8％、8.6％或上述范围内的任意点值，减缩剂的质量浓度还可以为4％、5％、6％、7％、8％、9％或上述范围内的任意点值，混凝剂的质量浓度还可以为2、2.5、3、3.5、4％或上述范围内的任意点值。还可以理解的是，组分中氧化钠的质量浓度不能高于或低于其限定范围，低于其则不能成膜，高于其则影响产品整体性能。
[0027]
在一优选实施例中，所述渗透固化剂为硅酸锂。可以理解的是，本实施例中选用硅酸锂作为渗透固化剂，其原因在于硅酸锂可与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应，生成化学稳定性极好的硅酸三钙，它不溶于水，可提供良好的密实度、耐磨性、防尘性和抗冲击性。选用硅酸锂作为渗透固化剂，是因其可作为环境友好型材料，其优异的增长密实性将极大地降低混凝土表面的孔隙率，可极大地降低混凝土的维护保养成本。
[0028]
在一优选实施例中，所述减缩剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的分子式为ro(ch
2
ch
2
o)nh，其中，r为具有7-9个碳的烷基，n＝5。本实施例中对所选用的减缩剂进行了进一步限定。将脂肪醇聚氧乙烯醚作为减缩剂通常情况下选用的是r为具有12-18个碳的烷基，n＝15-20的脂肪醇聚氧乙烯醚，如cn 200610021206.8脂肪醇聚氧乙烯醚类聚合物及其作为混凝土减缩剂的应用中所记载的，此种高分子量的聚合物是一种理想的混凝土减缩剂，掺量为混凝土中胶结材料重量的0.05％-1.2％时可以大幅度降低混凝土、砂浆、水泥净浆，特别是低水胶比高强度等级混凝土的干燥收缩和自生收缩，且成本非常低。然而，发明人经试验发现，基于本发明实施例配方的协同作用，选用r为具有7-9个碳的烷基，n＝5的脂肪醇聚氧乙烯醚对于密封氧化剂整体性能相比前者更能得到良好的发挥。
[0029]
在一优选实施例中，所述混凝剂为聚合氯化铝，所述聚合氯化铝的分子式为[al
2
(oh)
n
cl
6-n
]
m
，其中，n为1-5范围内的任意整数，m≤10。在一优选实施例中，所述聚合氯化铝为白色聚合氯化铝，其三氧化铝的含量为27％-30％，盐基度为65％-90％。
[0030]
上述实施例中选用聚合氯化铝作为混凝剂，原因在于聚合氯化铝是介于alcl
3
和al(oh)
3
之间的一种水溶性无机高分子聚合物，其具有较强的架桥吸附性能，在水解过程中，伴随发生凝聚、吸附和沉淀等物理化学过程。当然，采用聚合氯化铝的另一原因也是在
于其与传统无机混凝剂相比，聚合氯化铝的结构由形态多变的多元羧基络合物组成，具有絮凝沉淀速度快、适用ph值范围宽、对设备无腐蚀性等优点。此外，考虑到电解质对胶粒脱稳的作用(如吸附)，将聚合氯化铝用作混凝剂时投量不宜过多，否则易使凝聚效果反而下降。还可以理解的是，本实施例中再具体选用的是白色聚合氯化铝，其原材料为铝酸钙粉、盐酸、铝矾土。相比于黄色聚合氯化铝而言，其质量更优，且在配方的性能展示中起到了良好的协同作用。
[0031]
本发明实施例还提供了一种根据上述任一项实施例所述的无机混凝土密封养护剂在混凝土表面自然养护中的应用。在将无机混凝土密封养护剂应用于混凝土表面自然养护时，需先将无机混凝土密封养护剂与水按照质量比1：(1-5)进行配比，然后采用喷雾器或者无奇喷雾机对混凝土表面进行喷涂，以在混凝土表面形成薄膜。可以理解的是，所加入的水量可根据实际情况下混凝土的最终所需强度进行调整，例如该质量比可为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5，优选1:3的比例。还可以理解的是，本实施例中所提出的混凝土表面包括但不限于新做混凝土地面、墙面、立柱、场地、加油站、小区高楼、大坝、内外墙起砂等墙面。
[0032]
在上述应用中，采用喷雾器或者无奇喷雾机对混凝土表面进行喷涂时，需将无机混凝土密封养护剂与水的混合液对着混凝土表面喷涂直至其不再渗透为止，所形成的薄膜在14天内将混凝土表面处于保水封闭状态下，并且在28天内或28天左右可自动降解，最终混凝土表面的封闭度＞98％。
[0033]
为了更好地理解本发明实施例提供的无机混凝土密封养护剂及其制备方法和应用，下面将结合具体实施例进行详细阐述。
[0034]
实施例1
[0035]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为4％、二氧化硅的质量浓度为22.5％、氟硅酸钠的质量浓度为3.5％、尿素的质量浓度为3％、硅酸锂的质量浓度为4％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为2.5％、聚合氯化铝的质量浓度为1.5％，余量为水。
[0036]
实施例2
[0037]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为6％、二氧化硅的质量浓度为24.5％、氟硅酸钠的质量浓度为4.5％、尿素的质量浓度为4％、硅酸锂的质量浓度为5％、脂肪醇聚氧乙烯醚(r为具有7-9个碳的烷基，n＝5)的质量浓度为4％、聚合氯化铝的质量浓度为2％，余量为水。
[0038]
实施例3
[0039]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为7.2％、二氧化硅的质量浓度为26.8％、氟硅酸钠的质量浓度为5.2％、尿素的质量浓度为4.8％、硅酸锂的质量浓度为5.5％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为5％、聚合氯化铝的质量浓度为2.5％，余量为水。
[0040]
实施例4
[0041]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为9％、二氧化硅的质量浓度为28.5％、氟硅酸钠的质量浓度为6.5％、尿素的质量浓度为5.6％、硅酸锂的质量浓度为6.6％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为7％、聚合氯化铝(白色)的质量浓度为3％，余量为水。
[0042]
实施例5
[0043]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为10.5％、二氧化硅的质量浓度为30.2％、氟硅酸钠的质量浓度为6.8％、尿素的质量浓度为6％、硅酸锂的质量浓度为7.2％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为8.3％、聚合氯化铝的质量浓度为3.5％，余量为水。
[0044]
实施例6
[0045]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为12％、二氧化硅的质量浓度为35.2％、氟硅酸钠的质量浓度为8％、尿素的质量浓度为8％、硅酸锂的质量浓度为9％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为10％、聚合氯化铝的质量浓度为4.5％，余量为水。
[0046]
对比例1
[0047]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为4％、二氧化硅的质量浓度为22.5％、尿素的质量浓度为3％、硅酸锂的质量浓度为4％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为2.5％、聚合氯化铝的质量浓度为1.5％，余量为水。
[0048]
对比例2
[0049]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为4％、二氧化硅的质量浓度为22.5％、氟硅酸钠的质量浓度为3.5％、硅酸锂的质量浓度为4％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为2.5％、聚合氯化铝的质量浓度为1.5％，余量为水。
[0050]
对比例3
[0051]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为4％、二氧化硅的质量浓度为22.5％、氟硅酸钠的质量浓度为3.5％、尿素的质量浓度为3％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为2.5％、聚合氯化铝的质量浓度为1.5％，余量为水。
[0052]
对比例4
[0053]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为4％、二氧化硅的质量浓度为22.5％、氟硅酸钠的质量浓度为3.5％、尿素的质量浓度为3％、硅酸锂的质量浓度为4％、聚合氯化铝的质量浓度为1.5％，余量为水。
[0054]
对比例5
[0055]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为4％、二氧化硅的质量浓度为22.5％、氟硅酸钠的质量浓度为3.5％、尿素的质量浓度为3％、硅酸锂的质量浓度为4％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为2.5％，余量为水。
[0056]
对比例6
[0057]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为6％、二氧化硅的质量浓度为24.5％、氟硅酸钠的质量浓度为4.5％、尿素的质量浓度为4％、硅酸锂的质量浓度为5％、脂肪醇聚氧乙烯醚(r为具有12-18个碳的烷基，n＝15-20)的质量浓度为4％、聚合氯化铝的质量浓度为2％，余量为水。
[0058]
对比例7
[0059]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为7.2％、二氧化硅的质量浓度为26.8％、氟硅酸钠的质量浓度为5.2％、尿素的质量浓度为4.8％、硅酸锂的质量浓度为3％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为5％、聚合氯化铝的质量
浓度为2.5％，余量为水。
[0060]
对比例8
[0061]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为9％、二氧化硅的质量浓度为28.5％、氟硅酸钠的质量浓度为6.5％、尿素的质量浓度为5.6％、硅酸锂的质量浓度为6.6％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为7％、聚合氯化铝(黄色)的质量浓度为3％，余量为水。
[0062]
对比例9
[0063]
无机混凝土密封养护剂，所述无机混凝土密封养护剂中氧化钠的质量浓度为9％、二氧化硅的质量浓度为28.5％、氟硅酸钠的质量浓度为6.5％、尿素的质量浓度为5.6％、硅酸锂的质量浓度为6.6％、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量浓度为7％、聚合氯化铝(白色)的质量浓度为5％，余量为水。
[0064]
性能测试
[0065]
实验室测试时，对于普通混凝土而言，水：水泥：机制砂：碎石：养护剂的加入比例按照水7.5％：水泥20.8％：机制砂26.55％：碎石45.11％：养护剂0.04％的配比进行实验。其中，实验时所加入的各原料的指标为：
[0066]
水泥：东营山水水泥厂生产的普通硅酸盐水泥p.o 52.5，实测3d抗折和抗压强度分别为5.4mpa和29.6mpa；28d抗折和抗压强度分别为9.6mpa和53.5mpa；
[0067]
机制砂：细度模数＝3.3，含泥量0.5％，氯化物含量0.0l％，云母含量0.2％，轻物质含量0.1％，硫化物含量0，坚固性7；快速碱活性试验l4天膨胀率0.057％，无潜在碱、硅酸反应危害；
[0068]
碎石：采用碎石，粒径为5～31mm连续级配，压碎值5.6％，氯化物含量0.01％，硫化物含量0，坚固性3；快速碱活性试验14天膨胀率0.09％，无潜在碱、硅酸反应危害。
[0069]
按照上述方式对实施例1-6以及对比例1-9进行测试，具体测试数据如表1所示。
[0070]
表1测试数据
[0071]
[0072][0073]
基于上述未涂覆例、实施例以及对比例分析如下，未涂覆例是在温度22
±
1℃、湿度65-85％rh的标准条件下进行养护，其抗压强度为56.2mpa、抗折强度为6.8mpa、表面强度为6.6莫氏、渗透毛孔饱满率为75％、封闭度为65％；本发明实施例1-6是基于自然养护条件进行测试的，即在养护剂用量为250g/m
2
，抗压强度为53.1-54.6mpa、抗折强度为6.4-6.7mpa、表面强度为6.4-6.6莫氏、渗透毛孔饱满率为90％、封闭度为98％以上，与未涂覆例相比，抗压强度虽降低约1.6mpa，但仍高于现执行的抗压强度52mpa，除此外，封闭度以及渗透毛孔饱满率均表现优异，且优于未涂覆例的效果，在自然养护的条件下封闭度可达到98％以上，这为混凝土在长期使用中的高饱水封闭性能奠定了基础，此外，该薄膜在28d左右可实现自动降解、吸收，这也为下一步工序操作节省了人工成本和经济成本。
[0074]
对比例1-5分别为单一辅助成分的空白对比例，其意在说明本实施例配方中的各辅助成分存在一级、二级协同作用，缺一或者换用对应组分均不能获得预期的产品性能，其表现为抗压强度、抗折强度、表面强度以及封闭度等参数相比实施例而言有一定的下降。对比例6、8分别对比了特定的脂肪醇聚氧乙烯醚以及聚合氯化铝情况下的产品性能，对比例7、9分别对比了低于硅酸锂的使用量以及高于聚合氯化铝的使用量情况下的产品性能，两种情况对应数据皆表明本实施例提供的配方及其用量配比具有协同作用，相互之间作为一个整体对产品性能的体现起到决定作用。
[0075]
应用实施例
[0076]
将上述实施例1-6中效果较为优异的实施例1配方应用于中铁隧道项目，对于c
50
混凝土而言，采用密封养护剂与水的比例为1:3的比例混合对混凝土表面进行喷涂，其中养护剂用量最终定为250g/m
2
，该养护剂的用量基于实验室测试方法测试确定，具体数据见表2。
[0077]
表2基于实验室测试方法下的养护剂用量分析
[0078][0079]
由上表2可见，随着养护剂用量提高，尤其是在250-350g/m
2
范围时，产品的抗压强度、抗折强度、表面强度以及封闭度和渗透毛孔饱满率指标将不再发生改变，只是在实现自动降解的周期以及最终产品颜色上发生略微变化。基于该情况，考虑到经济成本，在实际场景使用下将养护剂用量定为250g/m
2
。

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