改性水玻璃养护剂的配制及其应用研究

摘要：在水玻璃中添加几种化工原料进行改性，配制成一种水泥混凝土养护剂，具有与混凝土亲合性较好，喷涂在混凝土表面后，能形成胶状硅酸盐，填充混凝土表层的孔隙，使其硬化，防止和减少表面微裂纹的产生和发展，对提高混凝土的强度、抗渗性和耐磨性及加快施工进度、保证施工质量和耐久性有效。

关键词 ：水泥混凝土养护剂 ； 耐磨性 ； 施工质量 ； 耐久性

 

 

    养护对混凝土强度和耐久性有很大的影响。新浇水泥混凝土受到外界温度、湿度和风力等影响而迅速失去水分，在混凝土中出现湿度梯度，致使内部水泥水化反应受到影响，产生应力变形和开裂，从而导致混凝土的抗折强度、抗压强度、抗冻性及抗渗性等技术指标下降。

 

    笔者在施工中，以水玻璃为基材添加其他几种副剂配制成的混凝土养护剂，与混凝土的亲合性较好，用量少、价格低廉，喷涂在混凝土表面后，能形成胶状硅酸盐，填充混凝土表层的孔隙，使其硬化，防止和减少表面微裂纹的产生和发展，提高混凝土的强度、抗渗性和耐磨性，对保证施工质量和耐久性很有效。

 

 

   为达到较好的养护效果，在混凝土浇注后，必须有效地防止其内部水分损失。为此，一方面，养护剂必须具有良好的成膜性能，能够在混凝土表面形成不透水的薄膜，防止表面水分蒸发；另一方面，养护剂必须具有一定的渗透性，能够与表层混凝土发生化学反应，堵塞孔隙使水分子迁移困难。为保证良好的施工性能，养护剂必须具有一定的黏度、稳定性，并且不影响混凝土工程的进一步施工。根据这些原则，选用水玻璃为主要成膜材料，加入其他化工原料进行改性，按正交实验确定的配方配制成养护剂。

 

3 养护剂技术性能

 

    主要原材料为水玻璃、水、三乙醇胺、尿素、氟硅酸钠等，按照试验确定的配方，配制成比重为1.1~1.2 g/mL的养护剂。该养护剂的主要技术性能如下所示：外观：半透明液体；稳定性：不分层；含固量：20% ；成膜时间：15 min ；保水率(72h) ：78%；对混凝土无副作用。

 

 

    水泥的早期水化，主要是铝酸三钙(3CaO.Al₂O₃即C₃A)水化成水化铝酸钙，硅酸三钙  (3CaO.SiO₂ 即C₃S)水化成水化硅酸钙及氢氧化钙：

    2(3CaO.Al₂O₃) + 21H₂O →4CaO.Al₂O₃.13 H₂O + 2CaO.Al₂O₃.8 H₂O         (1)

    2(3CaO.SiO₂) + 7H₂O →3CaO.2SiO₂.4H₂O + 3Ca(OH)₂                              (2)

 

    (1)  中的物质进一步反应为：

    4CaO.Al₂O₃.13 H₂O + 2 CaO.Al₂O₃.8H₂O →2(3CaO.Al₂O₃.6H₂O) + 9H₂O  (3)

    尿素在养护剂中作为分散稳定剂，促进硅酸钠迅速溶于水并起稳定作用，促进水玻璃形成的液膜向混凝土内部渗透。硅酸钠能与上述水化产物中的氢氧化钙、水化铝酸钙等发生反应：

    Na₂O.nSiO₂ + Ca(OH)₂ →Na₂O.(n-1)SiO₂ + CaO.SiO₂ + H₂O                 (4)

 3CaO.Al₂O₃.nH₂O + 3Na₂O.SiO₂ →3CaO.SiO₂.nH₂O + 3Na₂O.Al₂O₃        (5)

    三乙醇胺作为有机表面活性剂能激化水泥中的铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)及砂石中的氧化铝与部分钙矾石的微细晶体，填充混凝土中的小空洞，这一过程可以加速水化硅酸钙凝胶物(C—S—H)的产生：

    C4AF + 16H → 2C₂(A,F)H₈                                                                     (6)

    C4AF + 16H→ C4(A,F)H₁₃ + (A,F)H₃                                                      (7)

    Ca(OH)₂ + SiO₂ +nH₂O → CaO.SiO₂.nH₂O                                           (8)

 

    氟硅酸钠加入水玻璃溶液中，起到改性水玻璃的作用，发生化学反应的生成物Ca₃Al₂F₁₂、CaSiF₆、CaSiO₃ 均为坚硬的化合物，而Si(OH)₂、Si(OH)₄ 均为胶体。其中氟铝酸盐、氟硅酸盐等氟化物的作用是把水泥中具有柔性侵蚀能力的石灰组分转化为硬化的、不会被破坏的氟化合物，封闭混凝土表面上水分散失的通道。

 

    当养护剂喷涂在混凝土表面时，一方面在混凝土表面形成不透水的薄膜，防止水分蒸发；另一方面，在表层的一定渗透层范围内发生上述化学反应，并形成一层坚实的薄膜，堵塞混凝土中的毛细孔，阻止水泥中自由水过早过多地蒸发，使水泥可依靠自身的拌和水充分水化，达到自养的目的。

 

 

    在玻璃板上喷洒标准剂量200 g/m²养护剂，制成风干的薄膜。观察成膜后养护剂的厚度均匀，能够形成封闭的密水薄膜，无漏水汽的孔隙。

 

 

    水泥 ：天津振兴水泥厂生产的普通硅酸盐水泥P.O 42.5，实测3d抗折和抗压强度分别为5.3 MPa和26.7 MPa ；28d 抗折和抗压强度分别为8.8 MPa 和49.9 MPa；碱含量² 0.6%。

砂：辽河砂，细度模数Mx =3.05，含泥量1.3%，氯化物含量0.01%，云母含量0.2%，轻物质含量0.1%，硫化物含量0，坚固性6；快速碱活性试验14天膨胀率0.07%，无潜在碱- 硅酸反应危害。

    碎石：采用乐山碎石，粒径为0～40 mm 连续级配，压碎值4.8%，氯化物含量0.01%，硫化物含量0，坚固性3 ；快速碱活性试验14天膨胀率0.09%，无潜在碱-硅酸反应危害。

    外加剂 ：采用哈尔滨永吉外加剂厂生产的复合外加剂—— KZ 型引气抗折增强外加剂。

 

 

    根据混凝土设计强度要求，经过配合比计算和试配调整，最后确定混凝土的配合比为 ：水:水泥:砂:碎石:KZ型外加剂＝0.40:1:1.96:4.45:0.02。

 

    采用60 L混凝土标准单卧轴强制式搅拌机，标准振动台，150mm*150mm*150mm 立方体塑料试模，混凝土塌落度为40mm。成20 块5 组试件。一组试件不喷涂养护剂，作为基准试件；其余4 组分别喷涂养护剂200 g/m²、250 g/ m²、300 g/ m²、350g/ m²。将5组试件放在环境控制箱内(试验温度38±2℃，相对湿度32%±3% ，风速0.5±0.2 m/s)72h 后，用电子天平(感量0.1 g)称取水分损失量。保水率试验结果如表2 所示，喷涂养护剂后，混凝土试件的有效保水率都在80% 以上。

 

    按上述配比拌制混凝土，用100mm*100mm*100mm 的试模成件，在养护室(温度为20±5℃)养护1d后脱模，放入密封塑料袋中，用密封胶带对齐试件表面沿侧面将塑料袋粘贴密封。在成型面上分别喷涂养护剂200 g/ m²、250 g/ m²、300 g/ m²、350g/ m²，待表面干燥后将试件置于干空室(温度为20±3℃，湿度为60%±5%)。对比试件放置在标准养护室进行养护。抗压强度比的试验结果如表3 所示，喷涂养护剂后，混凝土试件的7d、28d 抗压强度都在90% 以上。

 

 

养护剂的固含量试验结果如表4 所示，固含量超过20%，达到23.54%。