一种水泥混凝土的改性剂以及改善水泥混凝土性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种水泥混凝土的改性剂以及改善水泥混凝土性能的方法，所述改性剂为正硅酸酯部分水解而得的二氧化硅溶胶。该改性剂可以在水泥混凝土材料成型后再覆于其表面，从而对水泥混凝土起到改性、养护作用。本发明专利技术选用弱酸做催化剂，使正硅酸酯部分水解形成尺寸很小的网络状透明的溶胶，更容易的渗入水泥、砂浆和混凝土中，同时又避免了强酸对水泥及混凝土的破坏作用，最终形成的防护层能抑制外部腐蚀介质的进入和侵蚀。该溶胶制备过程简单，原料组成少，操作方便，成本低，效果显著，可以广泛应用于水泥、砂浆和混凝土材料的改性， 对水泥、砂浆和混凝土的早期预防和后期维护都有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，所述改性剂为正硅酸酯部分水解而得的二氧化硅溶胶。该改性剂可以在水泥混凝土材料成型后再覆于其表面，从而对水泥混凝土起到改性、养护作用。本专利技术选用弱酸做催化剂，使正硅酸酯部分水解形成尺寸很小的网络状透明的溶胶，更容易的渗入水泥、砂浆和混凝土中，同时又避免了强酸对水泥及混凝土的破坏作用，最终形成的防护层能抑制外部腐蚀介质的进入和侵蚀。该溶胶制备过程简单，原料组成少，操作方便，成本低，效果显著，可以广泛应用于水泥、砂浆和混凝土材料的改性， 对水泥、砂浆和混凝土的早期预防和后期维护都有重要的意义。【专利说明】
本专利技术涉及一种适合于水泥混凝土的改性剂以及使用该改性剂改善水泥混凝土 性能的方法。
技术介绍
水泥、砂浆和混凝土是多种材料的混合物，有一定的孔隙率，使用过程中常受到外 界环境的侵蚀而被破坏，如氯离子侵蚀、硫酸盐破坏和碳化破坏等。对水泥、砂浆和混凝土 表面进行处理是最常用的防护措施，主要是在表面形成防护层抑制外部腐蚀介质的进入从 而抵抗侵蚀。目前国内外有一些应用技术的研宄，如专利CN 02136959. 3公开了一种渗 透性混凝土防护剂及其制备方法，采用水化硅酸钠为主剂，并加入激发促进剂，将其混合制 得。再如专利CN 200610029739. 0公开了一种混凝土防护溶胶，主要成分为硅酸钠、硅酸钾 和水组成，该溶胶能克服混合水溶液在水泥、砂浆和混凝土结构防护中出现的问题，可以全 面、有效地保护水泥、砂浆和混凝土，提高水泥、砂浆和混凝土的耐久性。 目前大量的工作都证明了 SiO2材料(特别是SiO2溶胶）对水泥、砂浆和混凝土都 具有很好的改性作用，能更有效地与水泥水化产物Ca(OH) 2进行反应生成凝胶，起到改善 水泥硬化浆体和骨料之间的界面、粘结和填塞水泥基体孔隙、提高致密度的作用。二氧化 硅溶胶可以采用酸催化或碱催化的方法制得，但因为水泥或混凝土中存在较多的碱性物 质，因此目前采用二氧化硅溶胶来对水泥或混凝土进行防护时，均采用碱催化形成二氧化 硅溶胶，以防止酸与水泥或混凝土中的碱性物质反应，降低水泥或混凝土的性能。如李绍 纯等发表了一篇名为"310 2溶胶对硅酸盐水泥性能的影响研宄"的文章(李绍纯等，SiO2 溶胶对硅酸盐水泥性能的影响研宄，新型建筑材料，2013年第6期)，文章中指出硅溶胶能 延长水泥的凝结时间，提高水泥抗折、抗压强度，改善水泥基体的力学性质。再如专利CN 201310221449. 6公开了一种原位反应型混凝土防护剂，该专利利用溶胶态SiO2纳米颗粒或 其前驱体配制硬化混凝土表层防护剂，将SiO 2溶胶作为水泥、砂浆和混凝土表面的防护剂， 在水泥、砂浆和混凝土表面形成防护层抑制外部腐蚀介质的进入和侵蚀。但是碱催化得到 的二氧化硅溶胶中二氧化硅是以纳米颗粒的形式存在的，渗入性较差，很难更有效地进入 水泥、砂浆和混凝土的表层和基体中，如果能解决渗透问题，则可以更有效的硬化水泥、砂 浆和混凝土表面，提高其性能。
技术实现思路
本专利技术针对现有方法存在的不足，提供了一种水泥混凝土的改性剂，该改性剂适 合于已经成型的水泥混凝土，可以更有效地改善水泥及混凝土的性质。 本专利技术还提供了一种改善水泥混凝土性能的方法，该方法简便易行，对已成型水 泥混凝土有很好的改性作用。 本专利技术采用SiO2前驱物在弱酸性条件下水解后得到透明SiO2溶胶，克服了常规 认为的酸催化所得SiO 2溶胶不能用于水泥、砂浆和混凝土的技术偏见，同时弱酸催化所得 SiO2溶胶比碱催化所得溶胶更为均匀，粘度更低，更易于渗透，对水泥及混凝土的性质提高 有更好的作用，例如提高抗折、抗压强度，降低吸水性等。 本专利技术具体技术方案如下： 一种水泥混凝土的改性剂，所述改性剂为二氧化硅溶胶，所述二氧化硅溶胶为正硅酸 酯部分水解而得。 上述改性剂中，所述二氧化硅溶胶为正硅酸酯在弱酸催化下部分水解而得。SiO2 溶胶因为是正硅酸酯部分水解而得，为无色透明溶液，与水相似，无粘度，更容易渗透到 水泥、砂浆和混凝土内部，溶胶渗入后，发生聚合反应，能有效地消耗Ca(OH) 2，充分减少 Ca (OH) 2粗大晶粒的形成，使水泥混凝土结构更加密实，提高水泥、砂浆和混凝土的性质。 上述改性剂中，部分水解指的是正硅酸酯中的烷氧基仅部分水解为羟基，本专利技术 中正硅酸酯仅1-3个烷氧基水解为羟基，即可以仅一个、两个或三个烷氧基水解为羟基。 上述改性剂中，所述弱酸为醋酸、甲酸、草酸、柠檬酸或硼酸。本专利技术在弱酸催化下 水解正硅酸酯，避免了强酸催化对混凝土材料的损害，克服了常规认为的用于混凝土材料 的310 2溶胶必须用碱催化制得的技术偏见。 上述改性剂中，弱酸调节体系的pH值范围为3-5,正硅酸酯在此pH下进行水解。 上述改性剂中，所述正硅酸酯为现有技术中公开的可以水解成二氧化硅的任意正 硅酸酯，例如正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯等。 上述改性剂中，正硅酸酯在水、醇、弱酸的体系中部分水解得到二氧化硅溶胶。 上述改性剂可以在水泥混凝土材料成型后再覆于其表面，从而对水泥混凝土起到 改性、养护作用，所适用的水泥混凝土可以为任意龄期和水灰比的水泥混凝土，例如刚成型 的水泥混凝土、龄期较长的水泥混凝土等。 上述水泥混凝土的改性剂，指的是对水泥、砂浆、混凝土都具有改性作用的改性 剂。 本专利技术还提供了一种采用上述改性剂对水泥混凝土进行改性的方法，即改善水泥 混凝土性能的方法。 上述方法中，包括以下步骤： (1) 将正硅酸酯、水、乙醇和弱酸混合，使正硅酸酯部分水解，形成二氧化硅溶胶； (2) 将上述二氧化硅溶胶作为改性剂，将该改性剂覆到水泥混凝土表面，完成对水泥混 凝土的改性。 上述方法中，醇用量对溶胶粘度和凝胶时间有影响，溶胶粘度随着乙醇用量的增 加而变小，凝胶时间随着乙醇用量的增加而变大。酸的用量及PH值的不同也影响着溶胶 粘度和凝胶时间，随着PH值的降低，溶胶粘度变大，凝胶时间变短。水的用量以及水解时 间影响正硅酸酯的水解程度，也影响着溶胶粘度和凝胶时间。溶胶的粘度影响着进入水泥、 砂浆和混凝土的深度，胶凝时间的长短也影响着改性后水泥、砂浆和混凝土的性能参数。因 此，选择合适的醇和酸的用量及正硅酸酯与水的摩尔比，对制备性能优越的310 2溶胶防护 剂至关重要。 上述步骤（1)中，正硅酸酯的部分水解可以通过水的用量以及水解的时间控制。 通过大量实验，得出水的用量以及水解时间满足以下条件时，正硅酸酯是部分水解的：当正 硅酸酯：水：乙醇的摩尔比为1:1-3. 9 :6-40时，搅拌时间控制在0. 5-20 h范围可以完成部 分水解；当正硅酸酯：水：乙醇的摩尔比为1:4-12 :6-40时，搅拌时间要缩短为0. 5-5 h，以 保证部分水解。 上述步骤⑴中，酸的加入量使整个体系的pH为3-5,优选3-4。 上述步骤（2)中，可以通过涂刷、喷淋或浸泡的方式将改性剂覆到水泥混凝土表 面，其中涂刷和喷淋的频率可设置为5~30 min/次，涂刷、喷淋和浸泡的时间可以设置为30 min-20 h，该时间可以依照正硅酸酯的水解程度、混凝土的水灰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥混凝土的改性剂，其特征是：所述改性剂为二氧化硅溶胶，所述二氧化硅溶胶为正硅酸酯部分水解而得。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程新，王丹，杨萍，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37