高濃水性混凝土脫模劑的制備及性能

王 玫 林春彥

(北京盛大風(fēng)華科技有限公司)

0 引言

“一帶一路”、“裝配式建筑”和“城市地下管廊”的大力推廣建設(shè)，混凝土預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)量逐年遞增，使之對(duì)脫模劑的用量和要求逐年提高，也決定著混凝土構(gòu)件的表面質(zhì)量的脫模效率[1]。脫模劑的使用，可以減少甚至避免混凝土構(gòu)件表面出現(xiàn)的蜂窩麻面、缺角、掉角、露筋等質(zhì)量缺陷[2]。

脫模劑種類繁多，從水溶性分為水性、油性；狀態(tài)上分為固體、膏體、乳液和懸濁液；也可根據(jù)脫模劑原材料分為，機(jī)油及乳化機(jī)油類、石蠟及乳化石蠟類、脂肪酸類和油漆類等[3]。目前國(guó)產(chǎn)脫模劑多為油類，存在易燃及工人身體受損等隱患。而通過(guò)不同HLB 值的乳化劑[4]在高速乳化的方式制備的水性混凝土脫模劑不形成碳化物殘留、無(wú)煙霧污染、使用安全及降低環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)。因此水性混凝土脫模劑是大趨勢(shì)，但目前水性混凝土脫模劑依然存在穩(wěn)定性差、稀釋倍數(shù)低等缺陷[5]。基于此，本文以菜籽油為基礎(chǔ)，通過(guò)調(diào)整乳化體系、HLB 值、乳化劑摻量、體系濃度、剪切溫度及剪切速度等因素，制備高濃高穩(wěn)定型水性混凝土脫模劑。希望能克服(水)油性混凝土脫模劑現(xiàn)存缺陷，對(duì)混凝土預(yù)制構(gòu)件行業(yè)有重要推動(dòng)意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

菜籽油(工業(yè)級(jí)，HLB 值為9)，昊兆化工；Span-80(分析純，HLB 值4.3)、Tween-80 (分析純，HLB 值15)、Span-60 (分析純，HLB 值4.7)、Tween-60 (分析純，HLB值14.9)、聚乙二醇400 雙油酸酯(PEG400DO，分析純，HLB 值7.5))、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9，分析純，HLB值12.5)，海安石化；阻銹劑，工業(yè)級(jí)，佳化化學(xué)；增稠劑，工業(yè)級(jí)，施能科技。

廢機(jī)油；P.O 42.5 北水水泥；II 區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.6；石子，連續(xù)級(jí)配粒徑5-20mm。

實(shí)驗(yàn)儀器：100ml 量筒；乳化機(jī)AD300L-H，昂尼儀器。

1.2 高濃水性脫模劑的制備

在一定溫度下，將一定量的菜籽油和油性乳化劑加入到250ml 燒杯中，開(kāi)始剪切攪拌，緩慢加入水性乳化劑的水溶液，剪切攪拌1h，至乳液緩慢轉(zhuǎn)相，然后加入0.2%的增稠劑和0.3%的阻銹劑，繼續(xù)剪切攪拌0.5h，即為所述高濃水性混凝土脫模劑。

1.3 檢驗(yàn)方法

⑴稀釋液穩(wěn)定性：參照J(rèn)C/T 949-2005《混凝土制品用脫模劑》進(jìn)行測(cè)試。取產(chǎn)品稀釋至使用濃度的稀釋液25mL，注入比色管中，在5～40℃環(huán)境下靜置24h，觀察其在光照下是否均勻，有無(wú)明顯分層現(xiàn)象。

⑵原液穩(wěn)定性：取高濃水性脫模劑原液于100mL 量筒中，在5～40℃環(huán)境下靜置，觀察其分層時(shí)間。

⑶混凝土脫模性能測(cè)試：參照J(rèn)C/T 949—2005《混凝土制品用脫模劑》附錄A 進(jìn)行測(cè)試。其混凝土質(zhì)量配合比為，水泥:砂:石=330kg:768kg:1150kg:145kg，用水量為混凝土塌落度在40mm±10mm。

⑷混凝土粘附量及干燥成膜時(shí)間：參照J(rèn)C/T 949—2005《混凝土制品用脫模劑》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化體系及HLB 值對(duì)體系穩(wěn)定性的影響

由于菜籽油的HLB 值在9 左右，基于相似相容原理，選定HLB 值為8、9 和10，且乳化劑結(jié)構(gòu)盡可能與菜籽油主要成分類似，選取Span-80/Tween80、Span-60/T ween-60、Span-80/Tween-60 及PEG400DO/AEO-9 四 個(gè)體系。

在40℃下，剪切速度為7000r/min，菜籽油用量為40%，乳化劑用量為8%時(shí)，探討不同乳化劑組合與不同HLB 值對(duì)穩(wěn)定性的影響，其結(jié)果由表1 所示。

表1 乳化體系及HLB 值對(duì)體系穩(wěn)定性的影響

由表1 可知：4 個(gè)組合體系中Span-80 體系穩(wěn)定性效果最好，而PEG400DO/AEO-9 體系穩(wěn)定性最差。Span-80 體系乳化劑的靜電作用，充分有效的防止了液滴凝聚，有利于乳液穩(wěn)定[4]。通過(guò)稀釋穩(wěn)定性結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Span-80/Tween-80 體 系 適 應(yīng) HLB 值 (9 ～10) 比Span-80/Tween-60 適應(yīng)的HLB 值(10)。因此選擇乳化劑體系為Span-80/Tween80 體系，HLB 值為10。

2.2 剪切速度及溫度對(duì)體系穩(wěn)定性的影響

菜籽油用量40%，乳化劑體系為Span-80/Tween80體系 (HLB=10，用量8%) 時(shí)，探討不同剪切速度(5000r/min、7000r/min 及9000r/min) 及 不 同 溫 度(30℃、40℃和50℃)對(duì)穩(wěn)定性的影響，其結(jié)果由表2 所示。

由表2 可知：隨著乳化機(jī)剪切速度和乳化溫度的提高，稀釋液穩(wěn)定性逐漸提高；當(dāng)剪切速度不夠時(shí)，溫度不管多高，稀釋液穩(wěn)定性依然會(huì)變差，當(dāng)剪切速度為7000r/min～9000r/min 時(shí)，反應(yīng)溫度為40～50℃時(shí)，稀釋液穩(wěn)定性最佳。考慮能耗問(wèn)題，選定剪切速度為7000r/min，反應(yīng)溫度為40℃。

表2 乳化劑摻量及濃度對(duì)體系穩(wěn)定性的影響

2.3 乳化劑摻量及濃度為體系穩(wěn)定性的影響

在40℃下，剪切速度為7000r/min，乳化體系為Span-80/Tween-80 體系(HLB=10)，增稠劑用量為0.2%，阻銹劑為0.3%時(shí)，探討不同菜籽油用量(50%、60%和70%)及不同乳化劑用量(8%、10%和12%)對(duì)穩(wěn)定性的影響，其結(jié)果由表3 所示。

表3 乳化劑摻量及濃度對(duì)體系穩(wěn)定性的影響

由表3 可知：當(dāng)菜籽油濃度為50%～60%時(shí)，隨著乳化劑用量的提高，原液穩(wěn)定性逐漸提高，且當(dāng)菜籽油濃度為60%，乳化劑用量為10%以上時(shí)，原液90d 穩(wěn)定性良好，且稀釋液未分層；當(dāng)菜籽油濃度為70%時(shí)，即使提高乳化劑用量，乳化都不完全，都出現(xiàn)油水分離情況。因此高濃水性混凝土脫模劑中菜籽油濃度為60%，乳化劑用量為10%時(shí)，原液穩(wěn)定性最好。

2.4 混凝土脫模效果

依據(jù)2.1-2.3，在40℃下，菜籽油用量為60%，乳化劑用量為10%，剪切速度為7000r/min，乳化體系為Span-80/Tween-80 體系(HLB=10)，增稠劑用量為0.2%，阻銹劑為0.3%時(shí)，制備出高濃水性混凝土脫模劑SD-WR。將其進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，以廢機(jī)油為對(duì)比，并探討不同稀釋倍數(shù)對(duì)混凝土相關(guān)性能的影響，其結(jié)果由表4和圖1 所示。

表4 混凝土脫模效果

由表4 可知，稀釋比例由1:6 增加至1:18 時(shí)，稀釋液穩(wěn)定性一直較好，但成膜時(shí)間呈逐漸增加趨勢(shì)，同時(shí)混凝土的粘附量逐漸增加，當(dāng)稀釋比例為1:18 時(shí)，混凝土粘附量超標(biāo)，混凝土脫模表觀狀態(tài)也是變差。

其混凝土脫模表面狀態(tài)由圖1 所示。由圖1 可知，廢機(jī)油作為脫模劑時(shí)，表面有較多銹點(diǎn)，隨著稀釋比例的增加，混凝土表觀狀態(tài)逐漸由好變差，逐漸出現(xiàn)色差和表面氣泡，但效果依然比廢機(jī)油好。原因?yàn)橄♂尡壤黾雍?，有效脫模劑含量降低，粘度也隨之降低，形成表面隔離膜困難。基于此，該SD-WR 高濃水性混凝土脫模劑的最高稀釋比例可為1:15。

2.5 SD- WR 水性脫模劑在軌枕構(gòu)件的應(yīng)用

鐵路軌枕的制備是將C50 干硬型混凝土經(jīng)過(guò)振搗成型及高溫養(yǎng)護(hù)等工序制備而成的一種混凝土預(yù)制構(gòu)件。其制備過(guò)程需要使用水性混凝土脫模劑。將SD-WR高濃水性混凝土脫模劑稀釋比例定為1:10 時(shí)，采用電噴壺將稀釋液一次均勻噴涂于模具表面，探討其對(duì)混凝土脫模性能的影響。其脫模混凝土表面狀態(tài)由圖2 所示。由圖2 可知，使用該水性脫模劑后，混凝土表觀光滑無(wú)氣泡，無(wú)色差脫模順利，表觀美度高，即SD-WR 水性高濃水性混凝土脫模劑在軌枕生產(chǎn)過(guò)程中效果明顯。

圖2 軌枕混凝土脫模狀態(tài)

3 結(jié)論

采用乳化菜籽油的方式可制備出高濃水性混凝土脫模劑。當(dāng)高濃水性混凝土脫模劑體系中菜籽油濃度為60%、剪切速度為7000r/min、剪切溫度為40℃、乳化體系為Span-80/Tween80(HLB=9)及乳化劑用量為10%時(shí)，其原液穩(wěn)定性超過(guò)90d，稀釋液穩(wěn)定性良好。

隨著原液稀釋比例的增加，成膜時(shí)間和混凝土粘附量會(huì)有所增加，SD-WR 高濃水性混凝土脫模劑的最高稀釋比例可至1:15，與廢機(jī)油相比，能有效改善混凝土表觀光潔度，降低降低氣泡數(shù)量，且在軌枕生產(chǎn)過(guò)程中效果明顯。