CN105645835A - 勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂，其由以下重量百分含量的成分组成：勃姆石溶胶30～60％、纳米粒子3～8％、硅烷偶联剂5～10％、蜡粉1～5％、表面活性剂0.1～0.5％、乙醇5～11％；余量为去离子水。硅烷偶联剂为正硅酸乙酯、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷等。本发明还公开了上述勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂的制备方法。

Description

勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种混凝土密封硬化剂及其制备方法。

背景技术

目前，国内外市场上混凝土密封硬化剂主要有三类产品：

第一类是以硅酸钠为主要成分的钠基盐类产品，其可以提高混凝土强度和耐磨性，但其pH值往往在12左右，易在混凝土表面形成碱性物质、盐类物质等析出，不仅影响地面美观度，而且造成地面发滑，严重影响使用。此外，强碱性的金属离子容易和混凝土中的碱骨料发生反应，产生体积膨胀的副产物，导致地面生产细小裂纹，甚至裂缝，严重时对地坪强度造成破坏，引发安全问题。

第二类是以硅酸钾为主要成分的钾基盐产品，其性能与钠基盐相比无明显提高。

第三类是以硅酸锂为主要成分的锂基盐产品，这种硬化剂密封硬化效果较好，可大幅提高混凝土地面的抗压强度和耐磨性，还可避免前两代产品出现的泛碱发白的通病，是本领域的研究重点。但该技术主要掌握在欧美国家手中，我国虽然有一些研究，但是产业化产品很少。如CN200910055825.2公开了以硅酸锂为主要成份，氟硅酸镁、硅烷乳液、丙烯酸树脂乳液、石蜡和水为第二组份的硬化剂制备方法。使用方法是第一组份使用并干燥后再刷涂第二组份。该专利技术主要利用硅酸锂和混凝土反应，起增强作用。氟硅酸镁、硅烷乳液起一定的疏水作用，丙烯酸树脂乳液、石蜡则起光亮剂作用。该方法存在硅酸锂增硬反应速度慢，石蜡等光亮剂有效期比较短，多种组分混溶效果不好而出现浑浊等问题。另外，CN101618956A也记载了一种双组分的水性地面硬化剂及其制备方法，首先是制备第一组分硅酸锂溶液并将其涂刷到水泥混凝土表面，待其干燥后，涂刷以有机树脂为主要成分的第二组分，干燥养护1-3d后便能提高混凝土表面光洁度，减少粉尘产生。该发明综合利用了锂基盐硬化剂和有机树脂硬化剂双重的作用来实现其密实硬化作用，但其施工起来比较麻烦，且由于涉及到两组分，在运输及储存十分不方便。

除硅酸盐类无机密封硬化剂外，近几年来又兴起了以纳米硅溶胶为主要成分的无机密封硬化剂，硅溶胶含有大量硅氧键，能和混凝土中游离的Ca²⁺以及H₂O形成混凝土的主要强度物质水合硅酸钙(C-SH)，从而提高混凝土耐磨性能。如CN201010543000.8公开了利用纳米级硅溶胶渗透到混凝土孔隙中，在偏铝酸钾催化作用下与氢氧化钙及未水化的水泥发生反应，生成交联结构的凝胶，降低混凝土磨耗45～60％。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂，其由以下重量百分含量的成分组成：勃姆石溶胶30～60％、纳米粒子3～8％、硅烷偶联剂5～10％、蜡粉1～5％、表面活性剂0.1～0.5％、乙醇5～11％；余量为去离子水。

作为本发明的勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂的改进：

所述勃姆石溶胶粒径10～40nm，pH值3～5，固含量20～50％；

所述纳米粒子为SiO₂、Al₂O₃、ZnO、Si₃N₄中的至少一种(即为一种或多种)；粒径为：20～60nm；

所述硅烷偶联剂为正硅酸乙酯、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷中的至少一种(即为一种或多种)；

所述蜡粉为聚乙烯蜡粉或聚四氟乙烯蜡粉；

所述表面活性剂为非离子表面活性剂或阴离子表面活性剂。

作为本发明的勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂的改进：

勃姆石溶胶粒径10～20nm，pH值3.5～4.5，固含量20～40％；

所述纳米粒子为SiO₂、Al₂O₃中的至少一种(即一种或两种)；

所述硅烷偶联剂为双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷中的至少一种(即一种或多种)；

所述蜡粉为聚四氟乙烯蜡粉；

所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚(属于非离子表面活性剂)。

本发明还同时公开了上述勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂的制备方法(配方如上)，依次包括以下步骤：

于容器中先加入去离子水和乙醇，再加入表面活性剂和蜡粉，室温搅拌10～30min，搅拌速率1000～2000rpm；

接着加入勃姆石溶胶，室温下继续搅拌10～30min，搅拌速率500～800rpm；

再加入硅烷偶联剂和纳米粒子，升温至30～50℃，搅拌30～60min，搅拌速率500～800rpm；

随后降至室温，得勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂(简称：混凝土密封硬化剂)。

本发明的混凝土密封硬化剂使用方法为直接喷洒在混凝土表面，用量约为0.15～0.30g/m²，室温养护5-7天。

勃姆石溶胶分子式为γ-AlOOH，其粒径小，反应活性高，可与混凝土中游离Ca²⁺以及H₂O反应生成铝酸钙胶凝材料，而铝酸钙是高铝水泥成分，结构致密，强度高。本发明正是利用了勃姆石溶胶的上述特性，从而开发出一种新型的混凝土密封硬化剂。

本发明利用勃姆石溶胶与Ca²⁺以及H₂O反应形成结构致密、高硬度铝酸钙胶凝材料特点，制备新型混凝土密封硬化剂。本发明通过在密封剂(密封硬化剂)中添加纳米粒子，从而提高混凝土硬度和耐磨性能；本发明通过在密封剂中添加硅烷偶联剂，其水解缩聚后能形成网络状大分子，密实混凝土中孔隙，从而提高混凝土疏水性能；本发明通过在密封剂中添加蜡粉，从而提高混凝土表面光泽度和疏水性能；本发明通过在密封剂中添加表面活性剂，提高密封剂在混凝土中渗入深度。

具体实施方式

实施例1、

一种混凝土密封硬化剂(勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂)，配方：勃姆石溶胶(粒径20nm，pH值3.0，固含量35％)40％、纳米SiO₂(粒径20nm)3％、正硅酸乙酯2％、双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺3％、聚乙烯蜡粉1％，烷基酚聚氧乙烯醚0.2％、去离子水40％、乙醇10.8％。

备注：双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺，即，双[3-(三乙氧基硅烷)丙基]胺。

制备方法为依次进行以下步骤：

(1)按重量比称取去离子水和乙醇于容器中，加入作为表面活性剂的烷基酚聚氧乙烯醚以及蜡粉(聚乙烯蜡粉)，室温搅拌10min，搅拌速率1000rpm；

(2)往步骤(1)制备所得的溶液中加入勃姆石溶胶，室温下继续搅拌10min，搅拌速率500rpm；

(3)往步骤(2)制备所得的溶液中加入作为硅烷偶联剂的正硅酸乙酯、双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺以及加入作为纳米粒子的纳米SiO₂，升温至30℃，搅拌30min，搅拌速率500rpm时，随后降至室温，得混凝土密封硬化剂。

制备所得的混凝土密封硬化剂直接喷洒在混凝土表面，用量为0.15g/m²，养护5天后测试性能。密封硬化剂渗入混凝土深度2mm；耐磨性较未处理混凝土提高30％；疏水性能较未处理混凝土提高30％；光泽度较未处理混凝土提高50％。

实施例2、

一种混凝土密封硬化剂，配方：勃姆石溶胶(粒径10nm，pH值3.5，固含量40％)35％、纳米Al₂O₃(40nm)5％、双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺3％、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷5％、聚四氟乙烯蜡粉2％，烷基酚聚氧乙烯醚0.3％、去离子水40％、乙醇9.7％。

制备方法等同于实施例1。

制备所得的混凝土密封硬化剂直接喷洒在混凝土表面，用量为0.30g/m²，养护5天后测试性能。密封硬化剂渗入混凝土深度4.5mm；耐磨性较未处理混凝土提高70％；疏水性能较未处理混凝土提高80％；光泽度较未处理混凝土提高80％。

实施例3、

一种混凝土密封硬化剂，配方：勃姆石溶胶(粒径40nm，pH值4.5，固含量50％)30％、纳米SiO₂(粒径20nm)4％、纳米Al₂O₃(粒径40nm)4％、双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺2％，双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺2％、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷6％、聚四氟乙烯蜡粉5％，烷基酚聚氧乙烯醚0.5％、去离子水37％、乙醇9.5％。

制备方法等同于实施例1。

制备所得的混凝土密封硬化剂直接喷洒在混凝土表面，用量为0.25g/m²，养护5天后测试性能。密封硬化剂渗入混凝土深度4mm；耐磨性较未处理混凝土提高90％；疏水性能较未处理混凝土提高80％；光泽度较未处理混凝土提高100％。

实施例4、

一种混凝土密封硬化剂，配方：勃姆石溶胶(粒径20nm，pH值3.8，固含量20％)60％、纳米ZnO(粒径60nm)5％、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷2％、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷6％、聚四氟乙烯蜡粉4％，烷基酚聚氧乙烯醚0.5％、去离子水17％、乙醇5.5％。

制备方法等同于实施例1。

制备所得的混凝土密封硬化剂直接喷洒在混凝土表面，用量为0.20g/m²，养护5天后测试性能。密封硬化剂渗入混凝土深度3.5mm；耐磨性较未处理混凝土提高50％；疏水性能较未处理混凝土提高50％；光泽度较未处理混凝土提高80％。

实施例5、

一种混凝土密封硬化剂，配方：勃姆石溶胶(粒径30nm，pH值4.0，固含量45％)50％、纳米Si₃N₄(粒径20nm)4％、双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺5％、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷5％、聚四氟乙烯蜡粉2％，烷基酚聚氧乙烯醚0.5％、去离子水23.5％、乙醇10％。

制备方法等同于实施例1。

制备所得的混凝土密封硬化剂直接喷洒在混凝土表面，用量为0.18g/m²，养护5天后测试性能。密封硬化剂渗入混凝土深度2.5mm；耐磨性较未处理混凝土提高40％；疏水性能较未处理混凝土提高30％；光泽度较未处理混凝土提高60％。

对比例1、将实施例3中“勃姆石溶胶(粒径40nm，pH值4.5，固含量50％)30％，去离子水37％”，改成“勃姆石溶胶(粒径40nm，pH值4.5，固含量50％)25％，去离子水42％”，其余等同于实施例3。如同实施例3所述方法进行检测：

密封硬化剂渗入混凝土深度4mm；耐磨性较未处理混凝土提高30％；疏水性能较未处理混凝土提高60％；光泽度较未处理混凝土提高60％。

对比例2、取消实施例3中的“纳米SiO₂4％”的使用，相应的将纳米Al₂O₃由4％改成8％；其余等同于实施例3。如同实施例3所述方法进行检测：

密封硬化剂渗入混凝土深度4mm；耐磨性较未处理混凝土提高70％；疏水性能较未处理混凝土提高70％；光泽度较未处理混凝土提高90％。

对比例3、取消实施例3中的“纳米Al₂O₃4％”的使用，相应的将纳米SiO₂由4％改成8％；其余等同于实施例3。如同实施例3所述方法进行检测：

密封硬化剂渗入混凝土深度4mm；耐磨性较未处理混凝土提高60％；疏水性能较未处理混凝土提高75％；光泽度较未处理混凝土提高90％。

对比例4、将实施例3中的“纳米SiO₂4％、纳米Al₂O₃4％”改成“纳米SiO₂6％、纳米Al₂O₃2％”；其余等同于实施例3。如同实施例3所述方法进行检测：

密封硬化剂渗入混凝土深度4mm；耐磨性较未处理混凝土提高70％；疏水性能较未处理混凝土提高75％；光泽度较未处理混凝土提高70％。

对比例5、将实施例3中的“纳米SiO₂4％、纳米Al₂O₃4％”改成“纳米SiO₂2％、纳米Al₂O₃6％”；其余等同于实施例3。如同实施例3所述方法进行检测：

密封硬化剂渗入混凝土深度4mm；耐磨性较未处理混凝土提高85％；疏水性能较未处理混凝土提高75％；光泽度较未处理混凝土提高50％。

对比例6、将实施例3中的“纳米Al₂O₃4％”改成“纳米ZnO4％”；其余等同于实施例3。如同实施例3所述方法进行检测：

密封硬化剂渗入混凝土深度4mm；耐磨性较未处理混凝土提高90％；疏水性能较未处理混凝土提高70％；光泽度较未处理混凝土提高40％。

对比例7、将实施例3中的“纳米SiO₂4％”改成“纳米ZnO4％”；其余等同于实施例3。如同实施例3所述方法进行检测：

密封硬化剂渗入混凝土深度4mm；耐磨性较未处理混凝土提高70％；疏水性能较未处理混凝土提高50％；光泽度较未处理混凝土提高80％。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂，其特征是由以下重量百分含量的成分组成：勃姆石溶胶30～60％、纳米粒子3～8％、硅烷偶联剂5～10％、蜡粉1～5％、表面活性剂0.1～0.5％、乙醇5～11％；余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂，其特征是：

所述勃姆石溶胶粒径10～40nm，pH值3～5，固含量20～50％；

所述纳米粒子为SiO₂、Al₂O₃、ZnO、Si₃N₄中的至少一种，粒径为20～60nm；

所述硅烷偶联剂为正硅酸乙酯、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷中的至少一种；

所述蜡粉为聚乙烯蜡粉或聚四氟乙烯蜡粉；

所述表面活性剂为非离子表面活性剂或阴离子表面活性剂。

3.根据权利要求2所述勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂，其特征是：

勃姆石溶胶粒径10～20nm，pH值3.5～4.5，固含量20～40％；

所述纳米粒子为SiO₂、Al₂O₃中的至少一种；

所述硅烷偶联剂为双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷中的至少一种；

所述蜡粉为聚四氟乙烯蜡粉；

所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。

4.根据权利要求1～3任一所述的勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂，其特征是由以下重量百分含量的成分组成：

勃姆石溶胶30％、纳米SiO₂4％、纳米Al₂O₃4％、双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺2％，双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺2％、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷6％、聚四氟乙烯蜡粉5％，烷基酚聚氧乙烯醚0.5％、去离子水37％、乙醇9.5％；

勃姆石溶胶粒径40nm，pH值4.5，固含量50％；

纳米Al₂O₃粒径40nm。

5.如权利要求1～3任一勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂的制备方法，其特征是依次包括以下步骤：

于容器中先加入去离子水和乙醇，再加入表面活性剂和蜡粉，室温搅拌10～30min，搅拌速率1000～2000rpm；

接着加入勃姆石溶胶，室温下继续搅拌10～30min，搅拌速率500～800rpm；

再加入硅烷偶联剂和纳米粒子，升温至30～50℃，搅拌30～60min，搅拌速率500～800rpm；

随后降至室温，得勃姆石溶胶型耐磨混凝土密封硬化剂。