一种低温环境下混凝土多功能养护剂及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种低温环境下混凝土多功能养护剂及其制备方法。

背景技术：

1、大体积混凝土冬季的养护工艺中，按照传统的工艺措施，面对较低的环境温度时，混凝土中的水泥水化速度难以得到有效地控制和保障，在0℃～5℃的低温环境下，混凝土的强度发展缓慢，通常1d强度仅能达到20℃标养条件下的20％～30％，3d达到40％左右，养护效果不理想。在混凝土拆模之后，混凝土容易出现冻害问题，不仅使大体积混凝土的强度受到了负面影响，延缓了施工进度，而且对抗裂性能也形成了一定程度的干扰。为了保障工程质量和施工进度，这种情况下都需要采取搭设保温棚、电炉加热、煤气炉加热、蒸汽加热等养护措施，利用蒸汽养护的方式能够促进水泥水化速率的提高，强化混凝土强度，降低混凝土的内表温差，最大限度降低混凝土表面和外环境之间的温度差异，利用智能降温的有效措施，提高混凝土结构的抗裂性能。但这些养护措施成本高昂。对于一些特定的工程结构，加速养护甚至不能实施，如高墩连续刚构桥梁的0号块，需要在100m甚至更高的桥墩顶端现浇，养护极不方便，难于实施；再如深水水下混凝土结构修复，水深100m以下时温度仅有4℃，难以采取其他养护措施。因此，对于建筑材料技术领域很有必要开发出一种新型的混凝土低温养护剂，用于低温(0℃～5℃)环境下混凝土养护。

2、目前，养护剂种类主要包括四大类:无机类、高分子乳液类、石蜡乳液类、有机无机复合类。有机无机复合养护剂既兼有有机养护剂保水性能高、成膜速率快、失水率低等优点，还具有无机养护剂成膜性强、渗透率高等特征。将无机组分与高分子乳液和石蜡乳液进行复合，得到的成品能大大提高养护混凝土的性能。但是高分子乳液以及石蜡乳液由于较高的玻璃化转变温度会导致其最低成膜温度也较高。而乳液只有在最低成膜温度以上的温度下才能形成光滑连续的膜。这就导致了在冬季施工时养护剂无法成膜或成膜缓慢，对混凝土养护剂的保水性性能产生了很大的影响。

3、申请号为cn106083189a的专利公开了一种混凝土养护剂，该养护剂主要是利用高分子乳液成膜后覆盖在混凝土表面来减少水分蒸发。其主要成分为高分子乳液、成膜助剂、分散剂、增强剂和水。该养护剂引入了含氮的交联结构，增强助剂，使得成膜效果好。但是该养护剂不含增密组分，对混凝土的强度是否有提升还未可知，并且该养护剂在冬季低温条件下成膜性能是否致密完整也未可知。

4、申请号为cn108191293a的专利公开了一种混凝土低温养护剂，包括如下组分：水泥水化催化组分4％～60％，防裂组分35％～95％，增塑组分0.3％～10％。所述水泥水化催化组分由晶核、催化剂组成，晶核为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米三氧化二铝的一种或多种复合组成，催化剂由硝酸锂、硫酸铁以及碱土金属卤化物中的一种或多种组成。虽然该养护剂，能使混凝土在(0℃～5℃)低温环境下的强度不低于同配合比混凝土在20℃标准养护条件下的强度，大幅降低低温气候下混凝土的养护成本，但该养护剂需要掺入混凝土中使用，无法适用于已经建好的建筑物。

5、申请号为cn108191292a的专利公开了一种深水水下混凝土结构水泥基灌浆材料用低温养护剂，包括如下组分：水泥水化催化组分15％～50％，膨胀组分45％～80％，增塑组分1％～5％。所述水泥水化催化组分由晶核、催化剂组成，晶核为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米三氧化二铝的一种或多种复合组成，催化剂由硝酸锂、硫酸铁以及碱土金属卤化物中的两种或多种组成；所述膨胀组分由塑性膨胀剂与氧化钙类膨胀剂复合而成，增塑组分由聚羧酸系减水剂、三聚氰胺系减水剂及萘系减水剂中的一种与纤维素混合而成。该本发明低温养护剂无氯、无碱，各组分之间协调加速水泥在低温条件下的水化进程，在灌浆材料中的掺量为粉体材料的5％～10％，能提高水泥基灌浆材料的可灌性，且无收缩、微膨胀，能够与灌浆基面紧密粘结。但该养护剂和cn108191293a专利一样，都需采用外掺法来促进水泥水化进程，无法适用于已经建好的建筑物。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种低温环境下混凝土多功能养护剂，能够综合提高混凝土的保水率以及强度，解决养护剂在寒冷地区，温度较低的环境下，冻融稳定性以及成膜性能差的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种低温环境下混凝土多功能养护剂，包括如下以质量百分比计的组分：

4、渗透增密组分15％～30％，丙烯酸乳液15％～30％，石蜡乳液40％～68％，成膜助剂0.5％～1％；

5、优选渗透增密组分16.7％～27.8％、丙烯酸乳液16.7％～27.8％、改性石蜡乳液44.4％～66.7％、成膜助剂0.5％～1％；

6、其中，所述的渗透增密组分由如下按质量份数记得组分制成：去离子水8～12份，磷酸盐0.2～0.3份，硫酸盐0.2～0.3份，氟硅酸盐0.04～0.06份，无机硅溶液25～35份，螯合剂0.04～0.06份；优选去离子水10份，磷酸盐0.25份，硫酸盐0.25份，氟硅酸盐0.05份，无机硅溶液30份，螯合剂0.05份。

7、进一步地，所述的磷酸盐选自磷酸二氢钠、磷酸二氢钾和磷酸氢二钾中的任意一种或两种以上的组合。

8、进一步地，所述的硫酸盐选自硫酸钠、硫酸铝中的任意一种或两种的组合。

9、进一步地，所述的氟硅酸盐选自氟硅酸锂、氟硅酸钠中任意一种或两种的组合。

10、进一步地，所述的无机硅溶液选自钠水玻璃、钾水玻璃中的任意一种或两种的组合；无机硅溶液的模数为3～4。

11、进一步地，所述的螯合剂选自二乙醇单异丙醇胺、乙二胺、三乙烯四胺中任意一种或两种以上的组合。

12、进一步地，所述的丙烯酸乳液选自纯丙乳液、硅丙乳液、苯丙乳液中的任意一种或两种以上组合，丙烯酸乳液固含量为40％～50％。

13、进一步地，所述的石蜡乳液由如下按质量份数记得组分制成：去离子水180～220份，二甲基硅油180～220份，液体石蜡65～70份，乳化剂15～20份；优选去离子水200份，二甲基硅油200份，液体石蜡66份，乳化剂16份。

14、制备过程如下：取200份二甲基硅油，66份液体石蜡；16份乳化剂以1500r/min的速度进行搅拌。一定时间后加入160在80℃的油浴条件下预热过的去离子水，此时，搅拌速度提高到2000r/min，然后在半小时后加入40份去离子水进行稀释。随后，我们以1000r/min的速度搅拌，搅拌30分钟，直到完全乳化，以获得白色精细乳液。

15、所述的乳化剂为span80：tween80：硬脂酸：op-10：三乙醇胺按照质量比为(5～7)：(2～4)：(1.5～2.5)：(1.5～2.5)：(2～4)混合而成，优选质量比为6：3：2：2：3。

16、进一步地，所述的成膜助剂选自丙二醇苯醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚中的任意一种或两种以上的混合物。

17、进一步地，本发明还提供上述低温环境下混凝土多功能养护剂的制备方法，包括如下步骤：

18、(1)制备渗透增密组分：按配比将去离子水、硫酸盐、磷酸氢盐、氟硅酸盐混合均匀，随后加入无机硅溶液，最后加入螯合剂，搅拌至溶液澄清，得到渗透增密组分；

19、(2)向步骤(1)渗透增密组分搅拌下加入丙烯酸乳液，搅拌均匀后再加入石蜡乳液，以800～1000r/min的速度搅拌20～40min，然后400r/min以下低速缓慢搅拌滴加成膜助剂，充分搅拌均匀即得。

20、有益效果：

21、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

22、(1)本发明具有渗透增密以及有机成膜两种组分，将其采用涂抹或喷洒等施工方式均匀分布到混凝土表面进行养护时，增密组分渗入到混凝土内部，不断与混凝土内部的钙离子发生反应，形成不溶于水的水合硅酸钙和钙矾石类等微溶或不溶结晶物质，堵塞毛细孔道，减小水分蒸发的通道。有机成膜组分通过蒸发，乳液颗粒聚拢后在混凝土表面形成透湿性较小的薄膜。无机增密组分和有机成膜组分共同作用，提升混凝土的保水效果。

23、(2)本发明中使用的渗透增密组分，硅酸盐、磷酸盐与混凝土内部的钙离子发生反应，形成不溶于水的水合硅酸钙和钙矾石类等微溶或不溶结晶物质，氟硅酸盐与水泥中的硅酸钙反应生成氟硅酸钙胶凝物，螯合剂可以与混凝土中的金属离子形成络合物。三者均可以堵塞孔隙，使基材更为致密。

24、(3)本发明中使用的石蜡乳液为自制石蜡乳液，在石蜡乳液中添加了二甲基硅油，通过乳液聚合，在石蜡分子链中引入了超疏水的有机硅基团。不仅提升了石蜡乳液自身的疏水性能，并且引入柔性链段改善了石蜡成膜效果，使形成的薄膜更为致密。其疏水性能也可提升水泥基材的抗水抗渗性。

25、(4)本发明通过添加石蜡乳液以及丙烯酸乳液，两者复合。丙烯酸乳液内含有不饱和双键，在碱性环境下，受到空气氧化以及自身聚合作用，形成连续的柔性薄膜，并且薄膜硬度良好，可以改善石蜡乳液成膜较软的问题，增加混凝土基材的耐磨性。同时也能降低石蜡膜的残留对混凝土表面性能影响的风险，对混凝土后续表面装饰有好处。两种乳液发挥协同效应提高养护剂的保水性。

26、(5)本发明通过添加成膜助剂，通过其增塑作用，为聚合物分子链段的运动提供了足够的自由体积，降低乳胶粒子自身的抗变形力使其小于乳胶粒子之间的毛细管力，在乳胶粒子排列阶段，粒子之间发生无规则碰撞后，分子链就有可能通过界面作用发生一定程度的扩散、缠绕，实现彼此堆积。从而改善乳液的成膜性能并且降低溶液体系的最低成膜温度，使得养护剂在冬季低温环境下也能使用。

27、(6)本发明公开的低温环境下混凝土多功能养护剂，制备工艺简单且施工简便，具有高保水、高抗渗等特点。可应用于冬季低温环境下各混凝土建材的养护。