CN111410556A

CN111410556A - 一种高性能混凝土表面防护剂及其制备方法

Info

Publication number: CN111410556A
Application number: CN202010133951.1A
Authority: CN
Inventors: 戚城
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2020-07-14
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: CN111410556B

Abstract

本发明公开了一种高性能混凝土表面防护剂，其有效成分与溶剂；其中，有效成分主要由小分子硅油、氨基硅烷偶联剂、钾催化剂、烷基三乙氧基硅烷和终止剂制成；溶剂主要由正硅酸乙酯、溶剂油和表面活性剂组成。相应的，本发明还公开了上述高性能混凝土表面防护剂的制备方法。本发明中的高性能混凝土表面防护剂，能够牢固地粘附在混凝土的表面和毛细孔道中，使得亲水的混凝土表面和毛细孔隙变为疏水表面，从而减少氯离子、强酸、强碱等腐蚀介质的侵蚀，对高性能混凝土形成良好的保护作用。

Description

一种高性能混凝土表面防护剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及高性能混凝土表面防护技术领域，尤其涉及一种高性能混凝土表面防护剂及其制备方法。

背景技术

高性能混凝土是一种高强度、低脆性，且具有高耐久性的新型水泥基复合材料。其主要由细砂、水泥、石英粉、硅灰以及高效减水剂等组成。同时为了提升性能，也常常掺入少量的微钢纤维。高性能混凝土所采用原料的颗粒尺寸较普通混凝土小很多，一般控制在1mm以下，这就使得其孔隙也相对较小。高性能混凝土由于其优异的性能，逐渐被大范围地应用在房屋建筑和基础建设施建设(如桥梁、公路、隧道)等领域。但混凝土容易受周围环境的物理、化学、生物作用而劣化，导致建筑结构的寿命缩短，因此，在现有技术中，往往采用表面防护剂对高性能混凝土表面进行防护处理。

目前，混凝的防护主要采用表面涂层的方法，如将沥青、聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸、乙烯橡胶或绿化橡胶等涂层覆盖在混凝土表面，这些涂层耐碱性强、附着力强，但其会将混凝土表面的空隙全部密封，组织混凝土内部水分的挥发，难以达到最佳的防护效果。新类型的防护剂如硅烷类防护剂，主要代表为烷基三乙氧基硅烷，其能渗透进入混凝土内部，从而有效降低混凝土毛细孔隙的吸水率，起到防护的作用。然而，这种防护剂的渗透深度浅，氯化物吸收能力较低，防护性能较差。

另一种新型的防护剂是硅烷防护膏体，如中国专利CN101115696开发的硅烷防护膏体，其粘度≤100mPa·s，可用于混凝土的疏水处理，这种硅烷膏体的涂覆量能达到1mm以上，可长期停留在混凝土表面，使得混凝土能与防护剂充分反应、渗透，但是这种防护剂成本较高，且反应速度较慢，在一些场合难以适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高性能混凝土表面防护剂，其可与高性能混凝土有效结合，对腐蚀性物质和微生物具有良好的防御能力，同时可快速施工。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高性能混凝土表面防护剂，其特征在于，包括重量比为1:1～3的有效成分与溶剂，所述有效成分主要由以下重量份的原料制成：

所述溶剂由以下重量份的原料制成：

正硅酸乙酯 5-15份；

溶剂油 75-85份；

表面活性剂 2-10份。

作为上述技术方案的改进，所述小分子硅油选用甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、含氢硅油、羟基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基苯基硅油、甲基三氟丙基硅油中的一种或多种；

所述烷基三乙氧基硅烷选用异丁基三乙氧基硅烷和/或异辛基三乙氧基硅烷。

作为上述技术方案的改进，所述小分子硅油选用含氢硅油和/或羟基硅油；

所述烷基三乙氧基硅烷选用异辛基三乙氧基硅烷。

作为上述技术方案的改进，所述溶剂有选用D40溶剂油、D60溶剂油或D80溶剂油；

所述表面活性剂选用琥珀酸二异辛酯磺酸钠和/或琥珀酸二异构烷基酯磺酸钠。

作为上述技术方案的改进，所述溶剂油选用D40溶剂油；

所述正硅酸乙酯与所述溶剂油的重量比为：1：(6-10)。

作为上述技术方案的改进，所述有效成分还包括：

防腐剂 1-5份。

作为上述技术方案的改进，所述防腐剂选用亚硝酸钙、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或乙醇胺。

作为上述技术方案的改进，所述防腐剂选用乙醇胺。

作为上述技术方案的改进，所述钾催化剂由氢氧化钾与含氢硅油在110～125℃下搅拌加热30min制成，所述钾催化剂中含0.1～1％的氢氧化钾。

相应的，本发明还公开了一种上述的高性能混凝土表面防护剂的制备方法，其包括：

(1)将小分子硅油85-94份、氨基硅烷偶联剂2-10份、钾催化剂0.1-0.5份投入反应釜中，在90℃-110℃下加热搅拌4-8小时，得到中间产物；

(2)降温至80-90℃，并向所述反应釜中加入烷基三乙氧基硅烷3-12份，搅拌反应1-2.5小时后，加入终止剂0.1-0.5份进行中和，得到所述高性能混凝土防护剂的有效成分；

(3)将所述有效成分冷却至室温后加入正硅酸乙酯，表面活性剂和溶剂油，混合均匀，即得到高性能混凝土表面防护剂成品。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明采用小分子硅油和烷基三乙氧基硅烷作为活性组分，其中小分子硅油渗透效果优异，能快速渗透至高性能混凝土的微细空隙中；烷基三乙氧基硅烷、小分子硅油能在催化剂的作用下缩合反应形成网状的有机硅树脂，牢固地粘附在混凝土的表面和毛细孔道中，使得亲水的混凝土表面和毛细孔隙变为疏水表面，从而减少氯离子、强酸、强碱等腐蚀介质的侵蚀；同时本发明中的表面防护剂不会堵塞高性能混凝土的微小孔隙，不会阻止混凝土内部的水分挥发，保证了高性能混凝土的透气性。

2、本发明中的溶剂包括正硅酸乙酯和溶剂油；其中，正硅酸乙酯能够发生原位水解，形成硅溶胶，其粘度较高；溶剂油的粘度相对较低；两者综合，可促进前期表面防护剂对高性能混凝土的渗透，在后期可有效防止表面防护剂脱落。同时，硅溶胶也能与水化产生的Ca(OH)₂反应，减少了混凝土碳化。

3、本发明的防护剂中还含有防腐剂，其可有效防止高性能混凝土中钢纤维腐蚀，进而影响高性能混凝土的性能。

附图说明

图1是本发明一种高性能混凝土表面防护剂制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明提供了一种高性能混凝土表面防护剂，其包括重量比为1:1～3的有效成分与溶剂。

其中，有效成分主要由以下重量份的原料制成：

所述溶剂由以下重量份的原料制成：

正硅酸乙酯 5-15份；

溶剂油 75-85份；

表面活性剂 2-10份。

其中，小分子硅油可选用烷基硅油、含氢硅油、羟基硅油、烷基乙氧基硅油、烷基乙烯基硅油中的一种或多种，但不限于此；具体的，烷基硅油包括甲基硅油、乙基硅油，但不限于此；含氢硅油包括甲基含氢硅油、乙基含氢硅油或羟基硅油，但不限于此；羟基硅油包括甲基羟基硅油或乙基羟基硅油，但不限于此；烷基乙氧基硅油包括甲基乙氧基硅油，但不限于此；烷基乙烯基硅油包括甲基乙烯基硅油，但不限于此。

优选的，选用含氢硅油，其反应活性强，能在钾催化剂以及混凝土中碱的催化下自缩合、或与烷基三乙氧基反应缩合，形成立体网状结构，增强高性能混凝土的防腐性和耐久性。进一步优选的，选用甲基含氢硅油。

烷基三乙氧基硅烷选用异丁基三乙氧基硅烷和/或异辛基三乙氧基硅烷；烷基三乙氧基硅烷具有良好的疏水防水性，当被施涂到高性能混凝土表面后，的烷氧基会水解缩合形成网状的膜，从而起到防护作用。优选的，选用异辛基三乙氧基硅烷，其稳定性更好，挥发性低，且缩合后有效物的含量也较大。

需要说明的是，在现有的应用中，异辛基三乙氧基硅烷一般以膏体的形态进行施工，膏体形态会增加或延长在混凝土表面的停留时间，从而使得防护剂渗透更加深入和彻底。然而，这种膏体在短时间内的渗透深度较浅，尤其是在孔隙很小的高性能混凝土表面，其渗透深度更浅。为此，本发明在配方之中引入了小分子硅油，其可加快防护剂的渗透速度，使得防护剂可在短时间内渗透至高性能混凝土微细孔隙中，达到防护的效果。

其中，氨基硅烷偶联剂为氨基硅烷、氨基甲基硅烷、氨乙基氨丙基硅烷、氨乙基氨丙基甲基硅烷中的一种或组合；氨基硅烷偶联剂能与小分子硅油反应形成氨基嵌段的有机硅分子链，增强表面防护剂对高性能混凝土表面的附着力。

其中，钾催化剂由氢氧化钾与含氢硅油在110-125℃下搅拌加热30min制成，所述钾催化剂中含0.1-1％的氢氧化钾。

其中，终止剂为酸性试剂，可与所述有机碱催化剂反应，除去剩余有机碱催化剂，从而终止有效成分的生成反应。所述终止剂可为盐酸、硫酸、醋酸或草酸中的一种或多种。

在本发明的溶剂配方中，溶剂油可选用D40溶剂油、D60溶剂油或D80溶剂油；优选的，选用D40溶剂油。D40溶剂油溶解力强、安定性好，且不释放有毒气体。并且D40溶剂油的粘度较小，使得表面防护剂整体粘度较低，在施加到高性能混凝土基材表面以后，能快速沿着基材微小孔隙渗透进入基材内部，形成防护作用。

另一方面，在本发明的溶剂配方之中，还含有正硅酸乙酯，其在施加到混凝土表面后，会发生原位水解反应，形成硅溶胶，其粘度较高，可有效阻止反应后期表面防护剂因重力作用滴落。当正硅酸乙酯的加入重量份＞15份时，后期粘度过高，不利于表面防护剂向高性能混凝土渗透。当正硅酸乙酯加入重量份＜5份时，表面防护剂容易滴落。

同时，硅酸乙酯还能够与高性能混凝土水化形成的Ca(OH)₂反应，生成凝胶材料，密实高性能混凝土；也防止高性能混凝土的碳化。

进一步的，为了使得表面防护剂的渗透性能，控制正硅酸乙酯与所述溶剂油的重量比为：1：(6-10)；优选的，正硅酸乙酯：溶剂油＝1:(6-8)。通过本发明溶剂的协调作用，本发明的表面防护剂，其粘度在5～20mPa·s，其对高性能混凝土基体表面粘附力优良，仅通过涂刷一遍即可起防护效果。具体的，可通过采用辊涂、刷涂、喷涂或浸泡等方式涂覆方式将表面防护剂施加到高性能混凝土表面。

其中，表面活性剂选用阴离子型表面活性剂，具体的，可选用琥珀酸钠盐；更具体的，可选用琥珀酸二异辛酯磺酸钠和/或琥珀酸二异构烷基酯磺酸钠，但不限于此。

进一步的，本发明的表面防护剂还包括以下组分：

防腐剂1-5份。

防腐剂能够有效防止高性能混凝土基体内的微钢纤维腐蚀，进而影响高性能混凝土的性能。具体的，防腐剂可选用亚硝酸钙、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或乙醇胺；优选的，选用乙醇胺。乙醇胺对表面防护剂性能影响小，且不会与其他组分发生反应。

相应的，参照图1，本发明还公开了一种上述高性能混凝土表面防护剂的制备方法，其包括以下步骤：

S1：将小分子硅油85-94份、氨基硅烷偶联剂2-10份、钾催化剂0.1-0.5份投入反应釜中，在90℃-110℃下加热搅拌4-8小时，得到中间产物；

具体的，小分子硅油在钾催化剂的催化下与氨基硅烷偶联剂反应形成氨基嵌段的有机硅分子链，增强表面防护剂对高性能混凝土表面的附着力。

S2：降温至80-90℃，并向所述反应釜中加入烷基三乙氧基硅烷3-12份，搅拌反应1-2.5小时后，加入终止剂0.1-0.5份进行中和，得到所述高性能混凝土防护剂的有效成分；

烷基三乙氧基硅烷加入后，能进一步与小分子硅油、氨基硅烷偶联剂反应，形成网状的有机硅树脂。在涂覆后，这种有机硅树脂能牢固地粘附在混凝土的表面和毛细孔道中，使得亲水的混凝土表面和毛细孔隙变为疏水表面，从而减少氯离子的侵蚀；同时本发明中的表面防护剂不会堵塞高性能混凝土的微小孔隙，不会阻止混凝土内部的水分挥发，保证了高性能混凝土的透气性。

S3：将所述有效成分冷却至室温后加入正硅酸乙酯，表面活性剂和溶剂油，混合均匀，即得到高性能混凝土表面防护剂成品。

下面以具体实施例进一步阐述本发明。

实施例1

本实施例提供一种高性能混凝土表面防护剂；其包括有效组分和溶剂，有效组分：溶剂＝1:2；

有效组分的配方为：

其中，小分子硅油选用乙基硅油，氨基硅烷偶联剂选用氨基甲基硅烷，烷基三乙氧基硅烷选用异丁基三乙氧基硅烷；

溶剂的配方为：

正硅酸乙酯 15份；

溶剂油 82份；

表面活性剂 3份。

其中，溶剂油选用D60溶剂油，表面活性剂选用琥珀酸二异辛酯磺酸钠。

高性能混凝土表面防护剂的制备方法为：

(1)将小分子硅油、氨基硅烷偶联剂、钾催化剂投入反应釜中，在90℃下加热搅拌8小时，得到中间产物；

(2)降温至80℃，并向所述反应釜中加入烷基三乙氧基硅烷，搅拌反应2.5小时后，加入终止剂进行中和，得到所述高性能混凝土防护剂的有效成分；

(3)将有效成分冷却至室温后加入正硅酸乙酯，表面活性剂和溶剂油，混合均匀，即得到高性能混凝土表面防护剂成品。

实施例2

本实施例提供一种高性能混凝土表面防护剂；其包括有效组分和溶剂，有效组分：溶剂＝1:1；

有效组分的配方为：

其中，小分子硅油选用乙基含氢硅油，氨基硅烷偶联剂选用氨乙基氨丙基硅烷，烷基三乙氧基硅烷选用异辛基三乙氧基硅烷；

溶剂的配方为：

正硅酸乙酯 11份；

溶剂油 83份；

表面活性剂 6份。

其中，溶剂油选用D40溶剂油，表面活性剂选用琥珀酸二异辛酯磺酸钠。

高性能混凝土表面防护剂的制备方法为：

(1)将小分子硅油、氨基硅烷偶联剂、钾催化剂投入反应釜中，在100℃下加热搅拌6小时，得到中间产物；

(2)降温至85℃，并向所述反应釜中加入烷基三乙氧基硅烷，搅拌反应1.5小时后，加入终止剂进行中和，得到所述高性能混凝土防护剂的有效成分；

实施例3

有效组分的配方为：

其中，小分子硅油选用甲基含氢硅油，氨基硅烷偶联剂选用氨乙基氨丙基硅烷，烷基三乙氧基硅烷选用异辛基三乙氧基硅烷；

溶剂的配方为：

正硅酸乙酯 12份；

溶剂油 84份；

表面活性剂 4份。

其中，溶剂油选用D40溶剂油，表面活性剂选用琥珀酸二异构烷基酯磺酸钠。

高性能混凝土表面防护剂的制备方法与实施例2相同。

实施例4

本实施例提供一种高性能混凝土表面防护剂；其配方、制备方法均与实施例3相同。不同在于，小分子硅油选用甲基羟基硅油。

对比例1

选用美国菲蓝国际集团生产的有机硅产品，其型号为H-3001C，其为白色膏状。

实施例5性能检测方法

按照国家标准制作C40高性能混凝土试件，规格12cm×12cm×12cm，养护28天后，冲洗干净，晾干。

分别涂刷实施例1-4、对比例1中的表面防护剂，水平面施工；用量400mL/m²。

涂覆后，在20-25℃，相对湿度为60-90％的环境下养护3天，取出后按照JTJ275-2019的方法进行测定其吸水率、浸渍深度和氯化物吸收量；

取出的试件在10％的NaOH溶液浸泡28天，观察试件情况，以确定耐碱性。

测定结果如下表：

由上表可以看出，本发明中的高性能混凝土表面防护剂能够有效降低高性能混凝土基体的吸水率，有效吸收氯化物，具有非常好的抗强酸、强碱的能力。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种高性能混凝土表面防护剂，其特征在于，包括重量比为1:1～3的有效成分与溶剂，所述有效成分主要由以下重量份的原料制成：

所述溶剂由以下重量份的原料制成：

正硅酸乙酯 5-15份；

溶剂油 75-85份；

表面活性剂 2-10份。

2.如权利要求1所述的高性能混凝土表面防护剂，其特征在于，所述小分子硅油选用甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、含氢硅油、羟基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基苯基硅油、甲基三氟丙基硅油中的一种或多种；

3.如权利要求1或2所述的高性能混凝土表面防护剂，其特征在于，所述小分子硅油选用含氢硅油和/或羟基硅油；

所述烷基三乙氧基硅烷选用异辛基三乙氧基硅烷。

4.如权利要求1所述的高性能混凝土表面防护剂，其特征在于，所述溶剂有选用D40溶剂油、D60溶剂油或D80溶剂油；

5.如权利要求1或4所述的高性能混凝土表面防护剂，其特征在于，所述溶剂油选用D40溶剂油；

所述正硅酸乙酯与所述溶剂油的重量比为：1：(6-10)。

6.如权利要求1所述的高性能混凝土表面防护剂，其特征在于，所述有效成分还包括：

防腐剂 1-5份。

7.如权利要求6所述的高性能混凝土表面防护剂，其特征在于，所述防腐剂选用亚硝酸钙、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或乙醇胺。

8.如权利要求6或7所述的高性能混凝土表面防护剂，其特征在于，所述防腐剂选用乙醇胺。

9.如权利要求1所述的高性能混凝土表面防护剂，其特征在于，所述钾催化剂由氢氧化钾与含氢硅油在110～125℃下搅拌加热30min制成，所述钾催化剂中含0.1～1％的氢氧化钾。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的高性能混凝土表面防护剂的制备方法，其特征在于，包括：