混凝土抗盐保护剂
阅读说明：本技术 混凝土抗盐保护剂 (Concrete salt-resistant protective agent ) 是由 杨华 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本申请涉及混凝土防护领域,具体公开了一种混凝土抗盐保护剂。一种混凝土抗盐保护剂包括A组分和B组分,其中A组分包括烷基硅氧烷1-10份、海藻酸钠10-20份、葡萄糖酸钙3-4份和分散剂2.1-2.9份,A组分经过包覆制成平均粒径为50nm的微胶囊颗粒状,B组分包括0.01-0.1份的硅丙乳液；A组分和B组分分开存放,在使用时加入至蒸馏水中共混,复配成混凝土抗盐保护剂。由于A组分微胶囊能随水快速渗入混凝土内部,且在混凝土内部缓释,延长烷基硅氧烷的硅羟基与混凝土内部存在的羟基进行缩合形成有机硅网络的时间,增大混凝土抗盐保护剂的渗透性,并且由于混凝土抗盐保护剂的渗透深度较大,其形成的疏水膜的位置较深,起到较好的防水抗盐性。(The application relates to the field of concrete protection, and particularly discloses a concrete salt-resistant protective agent. A concrete salt-resistant protective agent comprises a component A and a component B, wherein the component A comprises 1-10 parts of alkyl siloxane, 10-20 parts of sodium alginate, 3-4 parts of calcium gluconate and 2.1-2.9 parts of a dispersing agent, the component A is coated to prepare microcapsule particles with the average particle size of 50nm, and the component B comprises 0.01-0.1 part of silicone-acrylate emulsion; the component A and the component B are stored separately, and are added into distilled water to be blended when in use, so as to be compounded into the concrete salt-resistant protective agent. The microcapsule A can quickly permeate into concrete along with water and slowly release in the concrete, so that the time for forming an organic silicon network by condensing the silicon hydroxyl of the alkyl siloxane and the hydroxyl existing in the concrete is prolonged, the permeability of the concrete salt-resistant protective agent is increased, and a hydrophobic membrane formed by the concrete salt-resistant protective agent is deeper due to larger penetration depth of the concrete salt-resistant protective agent, so that better waterproof salt resistance is achieved.)
技术领域
本申请涉及混凝土防护的领域，更具体地说，它涉及一种混凝土抗盐保护剂。
背景技术
混凝土是由水泥、骨料和水组成的一种复合材料，本身自带孔隙。混凝土的孔隙为外界氯离子盐类的入侵提供通道，氯离子盐类能够随水通过毛细作用、渗透作用和扩散作用等方式渗入混凝土内部，与水泥水化产物发生反应，使混凝土产生膨胀、开裂、剥落等现象，混凝土的强度和粘结性降低，甚至丧失。因此，需要对混凝土需要进行养护防护，以抵御氯离子盐类的侵蚀。
常见的混凝土抗盐防护剂有渗透型防护剂和成膜型防护剂，渗透型防护剂与混凝土内的水泥水化产物在混凝土孔隙表面反应形成疏水膜，改变混凝土孔隙与水的接触角，起到防水抗盐作用。同时由于渗透型防护剂的能够深入混凝土内部，受到的物理化学损伤较少，比成膜型防护剂能够具有更好的防护性和耐久性。
传统渗透型防护剂以水泥基渗透结晶型涂料为主，继而发展氟、硅系渗透型防护剂，但由于氟系渗透型防护剂成本较高，以有机硅溶液为主的硅类渗透型防护剂使用更广泛。
经过检测，有机硅类渗透型防护剂渗透深度在强度为C40的混凝土内部能够达到6-10mm，但在长期接触氯离子盐类的环境中，如海鲜市场、使用低温化冰盐的路面、生产氯化钠的加工厂等，由于氯离子盐类持久地对混凝土进行侵蚀，需要提高混凝土抗盐保护剂的渗透深度，起到更好的防水抗盐作用。
发明内容
为了提高混凝土抗盐保护剂的渗透深度，本申请提供一种混凝土抗盐保护剂。
本申请提供的一种混凝土抗盐保护剂，采用如下的技术方案：
一种混凝土抗盐保护剂，由质量比为1：(200-2000)的A组分和B组分制得：
其中A组分由如下重量份的原料制成：
B组分包括如下重量份的原料：
硅丙乳液0.01-0.1份；
所述混凝土抗盐保护剂中A组分由如下工艺步骤制得：
P1、称取配方量的海藻酸钠溶解在蒸馏水中，配制成0.1-0.5wt％海藻酸钠水溶液；
P2、称取配方量的分散剂，将分散剂加入至海藻酸钠水溶液中，混合均匀，配制成混合液；
P3、称取配方量的葡萄糖酸钙溶解在蒸馏水中，配制成葡萄糖酸钙溶液；
P4、称取配方量的烷基硅氧烷，在搅拌条件下加入至P2步骤所得混合液中，超声分散，超声频率为30-60Hz，超声时间为0.5-1.5h，制得乳化液；
P5、在外加静电场的条件下，乳化液加压喷入至葡萄糖酸钙溶液中，静电场的电压为500-1800V，乳化液的喷射压力为4-6MPa，当乳化液喷射完毕时，对乳化液和葡萄糖酸钙溶液的混合液进行喷雾干燥，制得A组分。
通过采用上述技术方案，海藻酸钠作为壁材，烷基硅氧烷作为芯材，先形成水包油型乳化液，在外加静电场产生的静电作用和乳化液的加压作用下，乳化液雾化粒径较小，加入固化剂葡萄糖酸钙溶液中初步形成的微胶囊粒径能达到纳米级，而初步形成的高含水量的微胶囊经过喷雾干燥，水分散失，体积收缩，最终干燥状态下A组分微胶囊颗粒的平均粒径在50nm；
A组分和B组分分开存放，B组分的硅丙乳液和A组分在使用状态时反应，B组分随A组分一同进行混凝土内部孔隙中，促进混凝土抗盐保护剂中有机硅网络的形成；
混凝土抗盐保护剂从以下两个方面增加其渗透深度：
第一，在渗透初期，烷基硅氧烷经过微胶囊包覆后，由于微胶囊表面的海藻酸钠含有大量的羟基，与水的相容性好，并且微胶囊的平均粒径在50nm，能够随水进入混凝土内部的孔隙中，进行快速吸附、渗透，增加混凝土抗盐保护剂的初期渗透深度；
第二，混凝土抗盐保护剂在渗透后期时，随着作为胶囊壁的海藻酸钠的溶解，烷基硅氧烷逐渐释放，烷基硅氧烷在水中会水解生成硅羟基，硅羟基和混凝土内部的碱性物质氢氧化钙等交联，产生的反应热使得混凝土内的水分散失，混凝土内部形成疏水膜，但微胶囊进行包覆后，烷基硅氧烷需要经过微胶囊破裂才能释放进行交联反应，由于微胶囊包覆延长了混凝土内部水分散失时间，使得混凝土抗盐保护剂在渗透后期的深度增大，混凝土抗盐保护剂疏水膜的形成位置较深，能够起到显著的防水抗盐效果，从而提高混凝土的耐久性。
优选的，海藻酸钠和烷基硅氧烷的质量比为1:(0.25-0.5)。
通过采用上述技术方案，当海藻酸钠与烷基硅氧烷的质量比过大时，烷基硅氧烷已被海藻酸钠完全包封，海藻酸钠与烷基硅氧烷的质量比持续增长，包封烷基硅氧烷的微胶囊含量不变，当海藻酸钠与烷基硅氧烷的质量比过小时，大量的烷基硅氧烷附着在海藻酸钠表面，与海藻酸钠内部的烷基硅氧烷液滴相溶，超过海藻酸钠的包覆限度，使得包封率降低，即混凝土抗盐保护剂A组分中有效成分含量(包封烷基硅氧烷的微胶囊)降低，而混凝土抗盐保护剂的渗透性与混凝土抗盐保护剂A组分中有效成分含量呈正相关，有效成分含量越高，混凝土抗盐保护剂与水的相容性越好，渗透深度越大，因此在此范围内，海藻酸钠对烷基硅氧烷的包封率较高，混凝土抗盐保护剂的渗透深度较大，具有更好的防水抗盐效果。
优选的，所述烷基硅氧烷为辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的任意一种或两种。
通过采用上述技术方案，烷基硅氧烷的碳链数过长或过短，均不利于乳化，在乳化液中的乳化稳定性较差，因此，由于辛基三乙氧基硅烷和异丁基三乙氧基硅烷的碳链数适中，能够使得烷基硅氧烷稳定地分散在乳化液中，形成均匀的小液滴，具有较好的乳化稳定性，从而具有较高的包封率。
优选的，所述分散剂为脂肪胺聚氧乙烯醚或烷基聚葡萄糖苷。
通过采用上述技术方案，脂肪胺聚氧乙烯醚和烷基聚葡萄糖苷既有亲水基又有亲油基，使得烷基硅氧烷能够稳定地分散在乳化液中，形成均匀的小液滴，提高包封率。
优选的，所述葡糖糖酸钙溶液的浓度为0.4-1.5wt％。
通过采用上述技术方案，葡糖糖酸钙溶液的浓度越大，海藻酸钠固化速率越快，烷基硅氧烷液滴之间不易随时间的增长而发生相溶，乳化液液滴能够维持均匀且直径较小的状态，使得海藻酸钠对烷基硅氧烷的包封率增大，即混凝土抗盐保护剂A组分中有效成分含量越高，与水的相容性越好，混凝土抗盐保护剂的渗透性越好，渗透深度增大，但当葡糖糖酸钙溶液的浓度超过此范围持续增大时，海藻酸钠的固化速率几乎不变，对包封率无影响。
优选的，所述步骤P4中烷基硅氧烷加入时的搅拌速率为60-100r/min。
通过采用上述技术方案，由于海藻酸钠水溶液和乳化剂形成的混合液自身粘度较大，搅拌速率越快增加混合液的粘度，不利于烷基硅氧烷分散，但搅拌速率越小，烷基硅氧烷分散形成的液滴直径较大，一方面导致海藻酸钠对烷基硅氧烷的包封率降低，另一方面导致微胶囊的粒径较大，混凝土内孔隙直径一般为纳米级，微胶囊的粒径较大不利于混凝土抗盐保护剂进入混凝土内部，因此，在此搅拌速率范围内，烷基硅氧烷为均匀稳定的小液滴，有利于提高混凝土抗盐保护剂的渗透深度。
优选的，所述步骤P4中超声分散的频率为40-60Hz，超声分散的时间为0.5-1.5h。
通过采用上述技术方案，超声分散有助于烷基硅氧烷在乳化液中的分散，超声分散的频率越大和时间越长，烷基硅氧烷的液滴直径越小，分散程度增加，乳化效果越好，但超声分散的频率和时间超过此范围时，对烷基硅氧烷的乳化效果几乎无影响。
优选的，所述步骤P5中的外加静电场电压为1800V，喷射压力为14MPa。
通过采用上述技术方案，乳化液在受到电场力和外界的喷射压力作用下，形成均匀的小液滴，小液滴喷入固化剂葡糖糖酸钙溶液中时初步形成的微胶囊粒径较小，能够达到微纳米级。
优选的，所述步骤P5中喷雾干燥的喷出压力为4-5MPa。
通过采用上述技术方案，由于采用喷雾干燥的方式对A组分进行干燥，当喷雾干燥的喷出压力过大时，喷出的雾化液中微胶囊之间的撞击次数增大，微胶囊的包覆膜受到机械剪切力的作用易破裂，混凝土保护剂中A组分有效成分含量降低，因此，在此喷出压力下，A组分有效成分含量较高，混凝土抗盐保护剂的渗透性越好。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请通过采用海藻酸钠对烷基硅氧烷进行包覆，形成亲水微胶囊，同时由于微胶囊的缓释作用，使得烷基硅氧烷在混凝土内部的反应时间延长，减缓水分散失速率，提高混凝土抗盐保护剂的渗透性，增加混凝土抗盐保护剂的渗透深度，起到更好的防水抗盐保护效果，从而提高混凝土的耐久性。
2、本申请中通过控制外加静电场的电压和喷射压力的手段使得乳化液能够充分雾化，进入固化剂固化后初步形成的微胶囊粒径较小，后续经过喷雾干燥后微胶囊收缩，最终A组分微胶囊的平均粒径在50nm，提高混凝土抗盐保护剂的渗透性。
具体实施方式
若无特殊说明，以下制备例和实施例中的原料均来源于下表：
原料
规格
来源
海藻酸钠
食品级，纯度99％
上海研生生化
脂肪胺聚氧乙烯醚
AC-1812
江苏海安石油
脂肪族聚氧乙烯醚
MOA-3
江苏海安石油
烷基聚葡萄糖苷
PAG-1214
广州佰晨化工
硅丙乳液
PD—6
山东宝达
混凝土抗盐保护剂的A组分的制备例
制备例1
一种混凝土抗盐保护剂的A组分，按照如下工艺步骤制得：
1、称取10000g蒸馏水预先加热至60℃，称取10g海藻酸钠，将海藻酸钠加入至热蒸馏水中搅拌混匀，搅拌转速为150r/min，搅拌时间为15min，配制成浓度为0.1wt％的海藻酸钠水溶液；
2、称取2.1g分散剂脂肪族聚氧乙烯醚MOA-3加入至0.1wt％的海藻酸钠水溶液中，搅拌混合，搅拌转速为150r/min，搅拌时间为5min，配制成混合液；
3、称取3g葡萄糖酸钙加入至200g蒸馏水中搅拌混匀，搅拌转速为150r/min，搅拌时间为15min，配制成浓度为1.5wt％葡萄糖酸钙溶液；
4、称取10g烷基硅氧烷单体，烷基硅氧烷单体选取十二烷基三乙基硅烷，将十二烷基三乙基硅烷搅拌加入至混合液中，搅拌转速为150r/min，十二烷基三乙基硅烷加入完毕后，立即进行超声分散，超声频率为30Hz，超声时间为0.5h，制得乳化液；
5、将乳化液转移至静电喷雾器中，设置静电喷雾器的电压为500V，喷出压力为10MPa，乳化液通过喷嘴持续喷入至葡萄糖酸钙溶液中；
6、当乳化液喷射完毕时，将乳化液和葡萄糖酸钙溶液的混合液持续泵入喷雾干燥器中，进行喷雾干燥，对乳化液和葡萄糖酸钙溶液的混合液的喷出压力为6MPa,进风口的气流温度为120℃，气流速率为2000m3/h，喷雾干燥结束后得到A组分呈微胶囊颗粒，平均粒径在50nm。
制备例2-7
一种混凝土抗盐保护剂的A组分，在制备例1的基础上制得，与制备例1的区别点在于：A组分的配方不同，具体配方如下表2所示：
表2.A组分的配方不同
组分
制备例2
制备例3
制备例4
制备例5
制备例6
制备例7
十二烷基三乙基硅烷(g)
1
3
5
5.6
7.5
9
海藻酸钠(g)
20g
20g
20g
15g
15
10
脂肪族聚氧乙烯醚MOA-3(g)
2.4
2.4
2.9
2.1
2.4
2.9
葡萄糖酸钙(g)
3
3.5
4
3.5
3.5
3.5
制备例8-10
一种混凝土抗盐保护剂的A组分，在制备例5的基础上制得，与制备例5的区别点在于：
制备例8中的十二烷基三乙基硅烷替换为等质量的辛基三乙氧基硅烷；
制备例9中的十二烷基三乙基硅烷替换为等质量的异丁基三乙氧基硅烷；
制备例10中的十二烷基三乙基硅烷替换为等质量的辛基三乙氧基硅烷和异丁基三乙氧基硅烷混合物，其中辛基三乙氧基硅烷和异丁基三乙氧基硅烷按照质量比1:1进行混合。
制备例11-12
一种混凝土抗盐保护剂的A组分，在制备例10的基础上制得，与制备例10的区别点在于：
制备例11中的分散剂脂肪族聚氧乙烯醚MOA-3替换为等质量的脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1812；
制备例12中的分散剂脂肪族聚氧乙烯醚MOA-3替换为等质量的烷基聚葡萄糖苷PAG-1214。
制备例13-15
一种混凝土抗盐保护剂的A组分，在制备例12的基础上制得，与制备例12的区别点在于：
制备例13中步骤1中的海藻酸钠水溶液的浓度为0.25wt％；
制备例14中步骤1中的海藻酸钠水溶液的浓度为0.5wt％；
制备例15-16
一种混凝土抗盐保护剂，在制备例14的基础上制得，与制备例14的区别点在于：
制备例15的步骤3中葡萄糖酸钙溶液的浓度为0.9wt％；
制备例16的步骤3中葡萄糖酸钙溶液的浓度为1.5wt％。
制备例17-19
一种混凝土抗盐保护剂的A组分，在制备例15的基础上制得，与制备例15的区别点在于：
制备例17步骤4中烷基硅氧烷加入时的搅拌速率为60r/min；
制备例18步骤4中烷基硅氧烷加入时的搅拌速率为80r/min；
制备例19步骤4中烷基硅氧烷加入时的搅拌速率为100r/min。
制备例20-22
一种混凝土抗盐保护剂的A组分，在制备例18的基础上制得，与制备例18的区别点在于：步骤4中的超声条件不同，具体数值如下表3所示：
表3.超声条件
制备例
超声频率(Hz)
超声时间(h)
制备例20
40
1.5
制备例21
50
1.0
制备例22
60
0.5
制备例23
一种混凝土抗盐保护剂的A组分，在制备例22的基础上制得，与制备例22的区别点在于：在步骤5中设置的静电场电压为1800V，喷射压力为14MPa。
制备例24-26
一种混凝土抗盐保护剂的A组分，在制备例23的基础上制得，与制备例23的区别点在于：步骤6中喷雾干燥的喷出压力不同，具体数值如下表4所示：
表4.喷雾干燥的喷出压力
制备例
喷雾干燥器的喷出压力(MPa)
制备例24
4
制备例25
5.5
制备例26
6
实施例
实施例1
一种混凝土抗盐保护剂，按照如下方式制备：
称取0.01g硅丙乳液PD-6和20g由制备例1制得的A组分加入至100g蒸馏水中，搅拌混匀，配成混凝土抗盐保护剂。
实施例2-3
一种混凝土抗盐保护剂，在实施例1的基础上制得，与实施例1的区别点在于：硅丙乳液PD-6的加入量不同，具体数值如下表5所示：
表5.硅丙乳液PD-6的加入量
实施例
硅丙乳液PD-6的加入量(g)
实施例2
0.05
实施例3
0.1
实施例4-28
一种混凝土抗盐保护剂，在实施例3的基础上制得，与实施例3的区别点在于：A组分的来源不同，具体数值如下表6所示：
表6.A组分的来源
对比例
对比例1
一种混凝土抗盐保护剂，按照如下工艺步骤制得：
称取10g十二烷基三乙氧基硅烷、0.01g硅丙乳液PD-6和2.1g分散剂脂肪族聚氧乙烯醚MOA-3，加入至500g蒸馏水中搅拌混匀，搅拌转速为150r/min，进行超声混合，超声频率为30Hz，超声时间为0.5h，制得混凝土抗盐保护剂。
性能检测试验
试样的制备:按照国家规定标准制备强度为C40的混凝土试样，试样规格为100mm×100mm×100mm，养护28天后，进行表面清洁干燥；
分别使用实施例1-28和对比例1对试样进行喷涂，水平面施工，喷涂量为300g/m2，经过24h后晾干，重复上述步骤二次，经过干燥24h后，养护4d，进行如下性能检测。
检测方法渗透深度：按照JTJ275-2000中渗透深度测试方法(染色法)进行渗透深度检测，记录混凝土抗盐保护剂的渗透深度。
吸水降低率：按照JTJ275-2000中吸水率的检测方法分别测试空白混凝土试样、涂覆实施例1-28混凝土试样和涂覆对比例1的混凝土试样的吸水率，将检测用的水改换为浓度为0.1wt％的氯化钠水溶液；
氯离子吸收降低率：按照JTJ275-2000中吸水率的检测方法分别测试涂覆实施例1-28混凝土试样和涂覆对比例1的混凝土试样的氯离子吸收降低率。
混凝土抗压强度检测：
环境模拟：使用ST-BZ-7盐雾试验箱进行长期氯离子环境模拟，盐雾试验箱内的氯化钠盐水浓度为5wt％，盐雾沉降量为2mL/80(cm2·h)，试验24h；
将空白混凝土试样、涂覆实施例1-28混凝土试样和涂覆对比例1的混凝土试样放入上述盐雾试验箱中进行环境模拟，模拟结束后取出上述试样，按照GB50204—2002进行混凝土抗压强度检测。
检测数据
表7.混凝土抗盐保护剂性能检测
表8.混凝土抗压强度
吸水率降低率的值越大，混凝土抗盐保护剂的防水效果越佳；
混凝土氯离子吸收降低率越大，混凝抗盐保护剂的抗盐性越佳；混凝土抗压强度间接反映涂覆混凝土抗盐保护剂的耐久性：强度为C40空白混凝土试样未受到盐离子侵蚀前的抗压强度为44.9MPa，当涂覆有混凝土抗盐保护剂的混凝土试样能够在一段时间内氯离子的持续侵蚀下，其抗压强度略微降低，但远高于未涂覆混凝土抗盐保护剂的空白试样的抗压强度，证明混凝土抗盐保护剂能够有效提高混凝土的耐久性。
数据分析
结合实施例1和对比例1并结合表7可以看出，对比例1中为常规的有机硅类渗透型保护剂，有效成分为烷基硅氧烷，但未对烷基硅氧烷进行包覆，混凝土抗盐保护剂在强度为C40混凝土中的渗透深度为8.2mm，混凝土吸水率降低率为89.5％，混凝土氯离子吸收降低率为71.0％；而实施例1中使用海藻酸钠进行包覆后，混凝土抗盐保护剂在强度为C40混凝土中的渗透深度由8.2mm提高为12.9mm，混凝土吸水降低率由89.5％提高至92.9％，混凝土氯离子吸收降低率由71.0％提高为91.9％；
因此，海藻酸钠对烷基硅氧烷进行包覆，形成的微胶囊能够有效地提升混凝土保护剂在混凝土内部的渗透深度，提高混凝土的吸水降低率和氯离子吸收降低率；
其次，结合表7混凝土抗压强度的检测数据可以看出，涂覆实施例1的混凝土试样在模拟氯离子盐的持续侵蚀后，其抗压强度大于涂覆对比例1的混凝土试样的抗压强度，其能够有效地提高混凝土的耐久性。
结合实施例1-28并结合表8可以看出，混凝土抗盐保护剂的渗透深度的增加，在氯离子盐的持续侵蚀下，与空白试样相比，涂覆有混凝土抗盐保护剂的混凝土的抗压强度越大，混凝土抗盐保护剂的渗透深度增大能够提高混凝土的耐久性。
结合实施例1-3并结合表7可以看出，增加B组分的用量不影响混凝土抗盐保护剂的渗透性，但其吸水降低率和氯离子吸收降低率提高，因此，证明B组分能够促进有机硅网络的形成，提高混凝土抗盐保护剂的防水抗盐效果。
结合实施例3-10并结合表7可以看出，海藻酸钠和烷基硅氧烷的质量比为1:0.265时，包封率最高，制得的A组分中有效成分含量最高混凝土抗盐保护剂的渗透深度由13.0mm提高至14.9mm，吸水降低率由94.1％提升至97.4％，氯离子吸收降低率由93.2％提升至93.8％，混凝土抗盐保护剂的防水抗盐效果提高。
结合实施例24-28并结合表7可以看出，选取合适的雾化方式能够提高混凝土抗盐保护剂的渗透深度，起到较好的防水抗盐效果。
结合实施例1-28并结合表7-8可以看出，混凝土抗盐保护剂的最佳制备方法为实施例27。
本具体制备例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本制备例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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