[发明专利]用于增强混凝土的液体组合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于混凝土材料的防护处理技术领域，具体涉及一种用于增强增硬混凝土表面结构的液体组合物及其制备方法和应用。

背景技术

混凝土材料是一种复合材料，主要由水泥、砂子、石子等组成，它是使用量最大的建筑材料，被广泛作为工业地面墙面或商业地面墙面材料，用于车间，仓库，停车场，飞机场，桥梁，码头，高速公路等处。经过养护后的混凝土一般都呈多孔结构，其孔隙率的多少与成分、养护条件、外加剂等有关。养护完毕后的混凝土中含有大量的硅酸钙、硅酸氢钙、氢氧化钙等物质，结合砂子石子而成一复合材料。这些混凝土中的碱性成分长年暴露在空气中，会受到空气中的酸性水气，二氧化碳或碳酸等的攻击，产生碳酸钙等物质，不但改变了混凝土的原始最佳成分，也使其微观结构发生变化，从而使混凝土从表面开始风化进而起尘起砂。

当混凝土作为地面材料使用的时候，它不但会与空气中的酸性气体发生反应，还会受到车辆的轮胎，各种机械设备等的机械压迫与摩擦，从而加快了混凝地面表面的风化、破损。在这样的化学与机械作用的共同影响下，所有的混凝土地面都会随着时间而起尘起砂，从而使混凝土场所被灰尘覆盖，影响周围环境的清洁(虽然标号高点的混凝土所受的影响小一些)。另外，混凝土的不断风化也会最终导致内部的钢铁结构受到酸性化学物质的攻击，导致整体结构的机械强度降低。因而用于工厂车间，停产场，仓库等处的混凝土地面，都需要进行保护处理。

最常用的保护处理方法是在混凝土地面上涂上不同厚度的环氧聚氨酯、环氧丙烯酸等与混凝土表面有强力粘结力的有机高分子材料。这样既利用了混凝土的抗压抗载等良好的机械性能，又可以提高它的化学稳定性，使混凝土受到保护，免受环境中酸性物质的侵蚀，使混凝土地面的风化问题受到缓解。然而，经过有机高分子材料涂层覆盖的混凝土地面一般使用寿命比较短，在长时间的不同条件的使用中，尤其是在频繁的车压及不断的轮胎摩擦或机械撞击摩擦过程中，高分子材料由于自身的强度硬度以及与基面的混凝土的结合力等有限，最终会被磨损破坏。因而普通的环氧地坪，聚氨酯地坪等一般经过数年时间的使用，尤其是在重车载、大交通流量的地方，便开始破损，需要进行翻新维修，给使用者带来极大的不便与额外的维护费用。

另外一种方法是将碱金属硅酸盐液体喷洒或浇到混凝土地面的表面，使其渗透入混凝土的从表面向下一般5～10毫米的深度，使混凝土的表面层与硅酸盐液体发生化学反应，反应主要在硅酸盐液体与混凝土中的氢氧化钙、氢氧化镁等物质之间进行，反应的主要产物为胶体状硅酸钙、硅酸氢钙、硅酸镁以及一些碱金属硅酸盐物质。这些反应物硅酸盐胶体会封堵在混凝土的空隙中，最后固化为固体，从而大大地减少了表面层空隙率，增加了混凝土表面层的密实度与二氧化硅的浓度，改善了混凝土的起尘起砂的缺点。传统的这些混凝土增强增硬液体材料主要成分为硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂，pH一般在10以上，浓度在10～20％(重量)。由于含有大量的碱金属，这类液体显强碱性，在将它们渗透入混凝土结构的同时，也带入了大量的钠、钾等对混凝土有害的碱金属离子。这些钠钾离子会随着时间泛到混凝土的表面，产生一种白色的碱性硅酸盐物质，其含有氢氧化钠、氢氧化钾以及它们与硅酸钠、硅酸钾的混合物，使地面泛白，需要用大量的水多次冲洗及打磨才能排除，因而以碱金属硅酸盐为主体的混凝土渗透增硬剂的施工工艺繁琐，同时会产生大量的碱性废液，对环境造成污染。而大量残留在混凝土结构内部的钠、钾等碱金属离子无法被水彻底冲洗排除，在后续的使用过程中，一旦遇水，就会与混凝土中的砂子石子中的二氧化硅等发生反应，使混凝土结构在水的作用下发生膨胀，产生龟裂纹。另外这些传统的碱性硅酸盐物质的浓度比较低，当施工在混凝土地面后，增强效果非常缓慢，短者两个星期，长者一个月以上。最后，由于已知技术的混凝土增强增硬材料含有大量的碱金属离子，最终混凝土中的硅氧化学键很多是非桥氧键，三维的硅氧网络结构强度更高的桥氧键被破坏，最终导致增强效果有限。

还有一种方法是将硅氧烷直接施工在混凝土的表面，使其渗透并与混凝土中的碱性物质与水发生反应，最后生产硅酸盐化合物使混凝土的表面结构增强增硬。然而，硅氧烷的水解需要时间，否则很可能反应不完全，导致地面的增强效果有限，并且施工的时间大大拖长。另外，硅氧烷水解后会产生大量的醇，使工地上会产生大量的VOC，同时低分子量的硅氧烷具有大的挥发性，一部分的未反应硅氧烷分子会在不同的温度下不同程度地挥发进入空气中，污染周边的环境。另外，硅氧烷中的二氧化硅含量有限，因而用它处理混凝土地面的增强效果也有限。