添加高聚物对乳化蜡型混凝土养护剂性能的影响_赵天波

第17卷第1期2000年1月精细化工FINECHEMICALSVol.17,No.1Jan.2000

混凝土添加剂添加高聚物对乳化蜡型混凝土养护剂性能的影响X

赵天波,李凤艳(北京石油化工学院化工系,北京 102600)

摘要:研制了一种以石蜡、微晶蜡和高聚物树脂为成膜物质并经乳化而成的混凝土养护剂。其中石蜡3194份,微晶蜡0172份,分散剂1180份,阴离子表面活性剂2134份,非离子表面活性剂0152份,环氧树脂1160份,高聚物乳液10109份,高聚物增稠剂14126份,余量为水(质量比)。应用实验结果表明,涂有高聚物型混凝土养护剂的混凝土模块抗压强度和失水率均优于传统养护和涂用乳化蜡型混凝土养护剂的养护。使用了计算机均匀设计软件两次设计的方法,得到用较少次数的实验获得高聚物型混凝土养护剂的最优配方。关键词:高聚物乳液;石蜡;微晶蜡;混凝土;养护剂;均匀设计;优化中图分类号:TU528.042.6 文献标识码:A 文章编号:1003-5214(2000)01-0011-04

新浇铸混凝土必须进行养护使其有足够的水分保证水合反应完全。用铺草袋养护的方法虽仍普遍使用,但在养护期间要多次浇水,由于草袋铺得不匀或浇水不匀而引起裂纹,达不到预期强度。目前,新的养护方法不断出现,其中塑料薄膜法由于在边缘处不易盖严,风刮易掉,密封保水性差,且不易回收使用,造价高,对环境造成污染;液态膜养护由于具有使用方便、密封性能容易保证、不受构件形状限制、造价低而受到人们的重视[1~3]。目前所用的液态成膜养护剂按成膜物质类型分无机[4,5]、有机两种,其中有机成膜养护剂用得较多。有机成膜剂中主要有石蜡型和高聚物型。石蜡型造价低,但膜的硬度较低[6~9],因而后来的改进主要是研制高聚物型养护剂,如用成膜高聚物(如丁苯共聚物)、褐煤蜡、水、乳化剂制备的混凝土养护剂[10],以氯化橡胶、环氧树脂、聚乙烯蜡为主要原料的混凝土养护剂[11]。高聚物型混凝土养护剂的成膜强度较乳化蜡型的有所提高,但膜较脆,在成膜后的混凝土表面有人走动或有机械移动时易使膜开裂,影响养护效果。本研究采用石蜡、微晶蜡和高聚物复配,改善高聚物膜的脆性。在整个实验过程中,采用5均匀设计与调优6软件进行实验方案的设计与实验结果的优化。1 实验石蜡、微晶蜡、高聚物乳液、高聚物增稠剂及各类添加剂均为工业级。5均匀设计与调优6软件:中国均匀设计学会、东

北制药总厂研究院编,1995年。养护剂性能检测方法参见前文[12]。高聚物型混凝土养护剂的制备方法为:a.将称好的石蜡和微晶蜡放入反应容器中,在90e下加热,熔融后开动搅拌器。b.将水溶性乳化剂、去离子水形成的混合物缓慢加入。c.将高聚物乳液与去离子水缓慢加入。d.恒温搅拌得成品。

2 结果与讨论2.1 原料的选择在已有的混凝土养护剂类型中,以石蜡为成膜材料的养护剂,其膜层具有良好的不透水性,但石蜡膜层易受外界条件的损伤,导致保护层破裂、水分流失。以丙烯酸树脂等为主要原料的聚合物型乳液,养护效果也较好,但此种养护剂与潮湿的混凝土表面的粘结性差,涂层易起层剥离。笔者拟研制一种由石蜡、微晶蜡和高聚物树脂乳化而成的乳液,希望能够具备两者的优点。

X收稿日期:1999-06-20基金项目:中国石油化工集团公司科技开发项目(合同号197022)部分内容2.2 第一次计算机均匀设计在实验室中制备的混凝土养护剂,首先要有较高的稳定性、良好的流动性和尽量少的泡沫,这样才有利于混凝土养护剂的使用,只有在保证以上各项指标的前提下,才能进一步考察失水率和抗压强度。利用5均匀设计与调优6软件,对原料的配比进行均匀设计[13],以获得较好的混凝土养护剂配方。根据资料和经验我们初步确定各组分的配比如表1。表1 养护剂原料的用量范围(w/%)微晶蜡分散剂非离子表面活性剂环氧树脂高聚物乳液高聚物增稠剂消泡剂0~5.00~5.00.0~3.01.0~5.02~20.02~15.00.0~1.0 注:石蜡/微晶蜡=515/1,阴离子表面活性剂/分散剂=313/1。为了改良石蜡膜的脆性,增强成膜性,加入了一定量的微晶蜡;由于高聚物乳液的成膜坚韧,但易起皮剥离,所以加入了一定量的高聚物增稠剂来改善性能。分散剂可以使环氧树脂交联成更高相对分子质量的聚合物,从而增加膜的强度及韧性。均匀设计时,一批实验中自变量的个数通常不超过7个。本实验中拟考察的自变量个数共有9个,根据以前工作的结果先合并2个,石蜡与微晶蜡按515/1、阴离子表面活性剂与分散剂按313/1比例加入。合并后的7个自变量再进行设计。实验中7个自变量,取16个水平。考察因变量包括离心后稳定性、流动性和泡沫量。选取U16(1612)表进行实验,16个实验方案。通过5均匀设计与调优6软件的分析可知,影响产品流动性的不只是水含量,硬脂酸的影响也很明显,其含量越高流动性越差。有多组配方的性能较好(见表2),在稳定性高、流动性合适的同时,失水率也较低,适于作为养护剂使用。表2 第一次均匀设计中所得适于作养护剂使用的配方序号乳化剂含量,w/%固体含量,w/%稳定性泡沫流动性失水率/(kg/m)4 24.544.7100100302.4368.6845.110095202.37147.8243.6100100752.471512.348.7100100102.311620.157.8100100102.16配方中的固体含量较高,约为4316%~5718%,表面活性剂的用量也较多,约为718%~2415%。经优化计算的预测结果可知,表面活性剂的用量还可降低,消泡剂只用很少即可达到消泡作用,设为定值0107%,而将分散剂与阴离子表面活性剂分别作为2个变量,进行第二次实验方案的均匀设计。2.3 第二次计算机均匀设计确定第二次配方范围如表3所示。

表3 养护剂原料的用量范围(w/%)微晶蜡阴离子表面活性剂分散剂非离子表面活性剂环氧树脂高聚物乳液高聚物增稠剂

0~3.50.5~4.00.5~1.50.1~0.70.7~2.03.0~8.45.0~10.0 注:石蜡/微晶蜡=515/1,消泡剂为0107%。

采用16次实验的均匀设计方案,其中较好的实验结果列于表4。

表4 第二次均匀设计中适于作养护剂使用的配方序号乳化剂含量,w/%固体含量,w/%稳定性泡沫流动性失水率,/(kg/m)

11.4712.21001001002.2722.6 14.0901001002.3033.0515.1100100982.3744.1916.910095852.41

从第二次均匀设计结果可见,在保证失水率不增加的同时,原料的用量已明显下降,固体含量从4316%~5718%下降到1212%~1619%,表面活性剂用量从7182%~2415%下降到1147%~4119%,有效地降低了成本。将乳化蜡型混凝土养护剂[12]

和上述所制添加高聚物的混凝土养护剂的膜进行了对比,发现后者的韧性明显提高。2.4 养护剂的现场应用实验对比实验的混凝土配合比均为水泥B水B砂B石=283B150B746B1270,按规定方法制成6组试块(每组3个),抹面后24h无水渍后涂敷养护剂(留一组对比),具体方法如前文[12]所述。按规定在7d取出上述试件进行强度测试,见表5。

表5 不同固体含量的养护剂养护对试件抗压强度的影响养护剂中固体含量,w/%11.5513.215.418.4823.1抗压强度比¹0.991.001.041.031.11

¹抗压强度比是指涂养护剂养护试件和标准养护试件的抗压强度之比。

#12#精细化工 FINECHEMICALS 第17卷 随着固体含量的升高,用养护剂养护的试件的抗压强度呈上升趋势。在一定的固体含量以上,用养护剂养护的试件的抗压强度高于对比实验,见表6。表6 不同固体含量的养护剂养护对试件失水率的影响¹养护条件养护剂中固体含量,w/%11.5513.215.418.4823.120e,1d0.640.610.620.600.5920e,3d0.980.960.960.950.9420e,7d0.960.960.950.940.93 ¹数据为失水率之比,是指涂养护剂养护试件和标准养护试件的失水率之比。随固体含量的升高,失水率逐渐变小,且从1、3、7d三组数据对比来看趋势一致。在不同的固体含量和养护时间下,用养护剂养护时的混凝土失水率均低于标准养护法。应用实验中还发现,本混凝土养护剂成膜致密,与混凝土粘结性好,并且不改变混凝土原色。选择配方3进行放大实验,将此配方在工厂的015t油浴电加热的反应器中进行初步混合,再直接进入胶体磨(100kg/h)中进行乳化。在标准养护室中养护时,测得其固体含量为23.1%时,20e下1、3、7d的失水率与标准养护的失水率的比值分别为0159、0194、0193;其强度与标准养护的强度比值为1111。由此可见,涂养护剂养护的效果明显优于标准养护。与乳化蜡型养护剂(固体含量为46%)[12]相比,其抗压强度相当,即两者的强度与标准养护的强度比值均为1.1左右,但失水率比值由原来的0168降低到0159。3 结论(1)用计算机均匀设计软件2次设计的方法,使得用较少次数的实验获得高聚物型混凝土养护剂的最优配方,在保证养护性能的同时,有效地降低了乳化剂的用量。(2)涂有高聚物型混凝土养护剂的混凝土模块抗压强度比浇水养护的抗压强度提高10%左右,失水率低于普通养护。(3)与乳化蜡型养护剂相比,在抗压强度相当时养护剂的固体含量明显降低,且失水率降低。(4)产品无毒、无污染,使用方便,省水、省力。

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