改性水玻璃養(yǎng)護(hù)劑的配制及其應(yīng)用研究
2006-05-03 00:00
摘要：在水玻璃中添加幾種化工原料進(jìn)行改性，配制成一種水泥混凝土養(yǎng)護(hù)劑，具有與混凝土親合性較好，噴涂在混凝土表面后，能形成膠狀硅酸鹽，填充混凝土表層的孔隙，使其硬化，防止和減少表面微裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，對(duì)提高混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性和耐磨性及加快施工進(jìn)度、保證施工質(zhì)量和耐久性有效。
關(guān)鍵詞 ：水泥混凝土養(yǎng)護(hù)劑 ； 耐磨性 ； 施工質(zhì)量 ； 耐久性
1 前言
養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性有很大的影響。新澆水泥混凝土受到外界溫度、濕度和風(fēng)力等影響而迅速失去水分，在混凝土中出現(xiàn)濕度梯度，致使內(nèi)部水泥水化反應(yīng)受到影響，產(chǎn)生應(yīng)力變形和開裂，從而導(dǎo)致混凝土的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗凍性及抗?jié)B性等技術(shù)指標(biāo)下降。
筆者在施工中，以水玻璃為基材添加其他幾種副劑配制成的混凝土養(yǎng)護(hù)劑，與混凝土的親合性較好，用量少、價(jià)格低廉，噴涂在混凝土表面后，能形成膠狀硅酸鹽，填充混凝土表層的孔隙，使其硬化，防止和減少表面微裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，提高混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性和耐磨性，對(duì)保證施工質(zhì)量和耐久性很有效。
2 配方原則
為達(dá)到較好的養(yǎng)護(hù)效果，在混凝土澆注后，必須有效地防止其內(nèi)部水分損失。為此，一方面，養(yǎng)護(hù)劑必須具有良好的成膜性能，能夠在混凝土表面形成不透水的薄膜，防止表面水分蒸發(fā)；另一方面，養(yǎng)護(hù)劑必須具有一定的滲透性，能夠與表層混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，堵塞孔隙使水分子遷移困難。為保證良好的施工性能，養(yǎng)護(hù)劑必須具有一定的黏度、穩(wěn)定性，并且不影響混凝土工程的進(jìn)一步施工。根據(jù)這些原則，選用水玻璃為主要成膜材料，加入其他化工原料進(jìn)行改性，按正交實(shí)驗(yàn)確定的配方配制成養(yǎng)護(hù)劑。
3 養(yǎng)護(hù)劑技術(shù)性能
主要原材料為水玻璃、水、三乙醇胺、尿素、氟硅酸鈉等，按照試驗(yàn)確定的配方，配制成比重為1.1~1.2 g/mL的養(yǎng)護(hù)劑。該養(yǎng)護(hù)劑的主要技術(shù)性能如下所示：外觀：半透明液體；穩(wěn)定性：不分層；含固量：20% ；成膜時(shí)間：15 min ；保水率(72h) ：78%；對(duì)混凝土無副作用。
4 養(yǎng)護(hù)機(jī)理
水泥的早期水化，主要是鋁酸三鈣(3CaO.Al2O3即C3A)水化成水化鋁酸鈣，硅酸三鈣 (3CaO.SiO2 即C3S)水化成水化硅酸鈣及氫氧化鈣：
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) 中的物質(zhì)進(jìn)一步反應(yīng)為：
4CaO.Al2O3.13 H2O + 2 CaO.Al2O3.8H2O →2(3CaO.Al2O3.6H2O) + 9H2O (3)
尿素在養(yǎng)護(hù)劑中作為分散穩(wěn)定劑，促進(jìn)硅酸鈉迅速溶于水并起穩(wěn)定作用，促進(jìn)水玻璃形成的液膜向混凝土內(nèi)部滲透。硅酸鈉能與上述水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣、水化鋁酸鈣等發(fā)生反應(yīng)：
Na2O.nSiO2 + Ca(OH)2 →Na2O.(n-1)SiO2 + CaO.SiO2 + H2O (4)
3CaO.Al2O3.nH2O + 3Na2O.SiO2 →3CaO.SiO2.nH2O + 3Na2O.Al2O3 (5)
三乙醇胺作為有機(jī)表面活性劑能激化水泥中的鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)及砂石中的氧化鋁與部分鈣礬石的微細(xì)晶體，填充混凝土中的小空洞，這一過程可以加速水化硅酸鈣凝膠物(C—S—H)的產(chǎn)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)
氟硅酸鈉加入水玻璃溶液中，起到改性水玻璃的作用，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的生成物Ca3Al2F12、CaSiF6、CaSiO3 均為堅(jiān)硬的化合物，而Si(OH)2、Si(OH)4 均為膠體。其中氟鋁酸鹽、氟硅酸鹽等氟化物的作用是把水泥中具有柔性侵蝕能力的石灰組分轉(zhuǎn)化為硬化的、不會(huì)被破壞的氟化合物，封閉混凝土表面上水分散失的通道。
當(dāng)養(yǎng)護(hù)劑噴涂在混凝土表面時(shí)，一方面在混凝土表面形成不透水的薄膜，防止水分蒸發(fā)；另一方面，在表層的一定滲透層范圍內(nèi)發(fā)生上述化學(xué)反應(yīng)，并形成一層堅(jiān)實(shí)的薄膜，堵塞混凝土中的毛細(xì)孔，阻止水泥中自由水過早過多地蒸發(fā)，使水泥可依靠自身的拌和水充分水化，達(dá)到自養(yǎng)的目的。
5 養(yǎng)護(hù)劑技術(shù)性能實(shí)驗(yàn)
5.1 養(yǎng)護(hù)劑薄膜厚度與密封性觀察檢驗(yàn)
在玻璃板上噴灑標(biāo)準(zhǔn)劑量200 g/m2養(yǎng)護(hù)劑，制成風(fēng)干的薄膜。觀察成膜后養(yǎng)護(hù)劑的厚度均勻，能夠形成封閉的密水薄膜，無漏水汽的孔隙。
5.2 檢驗(yàn)及工程應(yīng)用
5.2.1 原材料
水泥 ：天津振興水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥P.O 42.5，實(shí)測(cè)3d抗折和抗壓強(qiáng)度分別為5.3 MPa和26.7 MPa ；28d 抗折和抗壓強(qiáng)度分別為8.8 MPa 和49.9 MPa；堿含量² 0.6%。
砂：遼河砂，細(xì)度模數(shù)Mx =3.05，含泥量1.3%，氯化物含量0.01%，云母含量0.2%，輕物質(zhì)含量0.1%，硫化物含量0，堅(jiān)固性6；快速堿活性試驗(yàn)14天膨脹率0.07%，無潛在堿- 硅酸反應(yīng)危害。
碎石：采用樂山碎石，粒徑為0～40 mm 連續(xù)級(jí)配，壓碎值4.8%，氯化物含量0.01%，硫化物含量0，堅(jiān)固性3 ；快速堿活性試驗(yàn)14天膨脹率0.09%，無潛在堿-硅酸反應(yīng)危害。
外加劑 ：采用哈爾濱永吉外加劑廠生產(chǎn)的復(fù)合外加劑—— KZ 型引氣抗折增強(qiáng)外加劑。
5.2.2 混凝土配合比
根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，經(jīng)過配合比計(jì)算和試配調(diào)整，最后確定混凝土的配合比為 ：水:水泥:砂:碎石:KZ型外加劑＝0.40:1:1.96:4.45:0.02。
5.2.3 保水有效率試驗(yàn)
采用60 L混凝土標(biāo)準(zhǔn)單臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)，150mm*150mm*150mm 立方體塑料試模，混凝土塌落度為40mm。成20 塊5 組試件。一組試件不噴涂養(yǎng)護(hù)劑，作為基準(zhǔn)試件；其余4 組分別噴涂養(yǎng)護(hù)劑200 g/m2、250 g/ m2、300 g/ m2、350g/ m2。將5組試件放在環(huán)境控制箱內(nèi)(試驗(yàn)溫度38±2℃，相對(duì)濕度32%±3% ，風(fēng)速0.5±0.2 m/s)72h 后，用電子天平(感量0.1 g)稱取水分損失量。保水率試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示，噴涂養(yǎng)護(hù)劑后，混凝土試件的有效保水率都在80% 以上。
5.2.4 抗壓強(qiáng)度比試驗(yàn)
按上述配比拌制混凝土，用100mm*100mm*100mm 的試模成件，在養(yǎng)護(hù)室(溫度為20±5℃)養(yǎng)護(hù)1d后脫模，放入密封塑料袋中，用密封膠帶對(duì)齊試件表面沿側(cè)面將塑料袋粘貼密封。在成型面上分別噴涂養(yǎng)護(hù)劑200 g/ m2、250 g/ m2、300 g/ m2、350g/ m2，待表面干燥后將試件置于干空室(溫度為20±3℃，濕度為60%±5%)。對(duì)比試件放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)?？箟簭?qiáng)度比的試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示，噴涂養(yǎng)護(hù)劑后，混凝土試件的7d、28d 抗壓強(qiáng)度都在90% 以上。
5.2.5 養(yǎng)護(hù)劑的固含量試驗(yàn)
5.2.6 耐磨性試驗(yàn)
用150mm*150mm*150mm 的試塊養(yǎng)護(hù)至27d后，從干空室取出，然后進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)(MS-250型混凝土磨耗實(shí)驗(yàn)機(jī))，用28d的磨損量表示其耐磨性能，試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。
噴涂養(yǎng)護(hù)劑后，混凝土試件的耐磨性能都明顯的提高，但噴涂量大的300 g/ m2和350 g/ m2兩組試件提高的耐磨性能沒有明顯的區(qū)別。筆者認(rèn)為可能是由于噴涂量過大時(shí)參與養(yǎng)護(hù)劑反應(yīng)的道面混凝土與滲透深度之間變化不大所致。
5.2.7 養(yǎng)護(hù)劑的干燥時(shí)間試驗(yàn)
養(yǎng)護(hù)劑的干燥時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果如表6 所示。
5.2.8 強(qiáng)度檢測(cè)
在混凝土表面抹平壓光，輕壓無指印時(shí)，采用噴霧器噴灑配制的養(yǎng)護(hù)劑，噴頭距混凝上表面30～50 cm 左右，分兩遍噴灑，方向互相垂直，噴灑350 g/ m2進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在28d后進(jìn)行鉆芯取樣(HZ-20A 型自動(dòng)混凝土鉆孔取芯機(jī))進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，并于同批澆注時(shí)留取的試件(150mm*150mm*550mm標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù))強(qiáng)度對(duì)比如表7。噴灑養(yǎng)護(hù)劑的混凝土芯樣強(qiáng)度都在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度94% 以上.
6 結(jié)語
在使用過該養(yǎng)護(hù)劑的混凝土板上灑水觀察，看不到細(xì)微裂紋或發(fā)絲裂紋的出現(xiàn)，達(dá)到了很好的養(yǎng)護(hù)效果。配制該養(yǎng)護(hù)劑原料豐富，配制工藝簡單，施工方便，具有很好的成膜性和一定的滲透性，混凝土表面硬化快，耐磨性強(qiáng)，加快施工進(jìn)度，對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)和提高耐久性很有效。
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