一種適用于鋼模的MR型水性脫模劑的研制與應(yīng)用

段峰濤，王雪敏

（1.中鐵三局集團(tuán)華東建設(shè)有限公司，江蘇 南京 210000；2.天津冶建特種材料有限公司，天津 301914）

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，混凝土工程及其制品增長(zhǎng)迅速，混凝土制品脫模劑的需求量也不斷增加。選用質(zhì)地優(yōu)良、價(jià)格適宜的脫模劑是提高混凝土構(gòu)件的表面質(zhì)量和降低模板工程量的重要技術(shù)措施之一[1-3]。

在混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)，鋼模的占有率達(dá)90%以上。但隨著鋼模的高頻次周轉(zhuǎn)使用以及不佳的清理手段，導(dǎo)致鋼模表面的粗糙度越來越大，從而使得混凝土中的氣泡和水泡在振搗過程中受到阻礙，不易排出，使混凝土表面出現(xiàn)蜂窩、麻面等缺陷。

近年來，國(guó)內(nèi)外開發(fā)了許多脫模劑品種，乳化油類水性脫模劑以其安全環(huán)保、操作方便、有效減少混凝土表面的色斑及氣泡等優(yōu)勢(shì)受到市場(chǎng)的廣泛推崇。相對(duì)于傳統(tǒng)柴油類脫模劑，乳化油類水性脫模劑的油膜厚度較薄，但是油膜的存在依然對(duì)氣泡和水分的排出有阻礙作用，其并未真正的消除氣泡與水分給混凝土表面帶來的影響[4]。

本研究在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了一種適用于鋼模的水性脫模劑，其結(jié)合了潤(rùn)滑、拋光、修補(bǔ)等3個(gè)特點(diǎn)，不僅可以起到隔離潤(rùn)滑的效果，使混凝土制品順利脫模，還可有效撫平鋼模表面的粗糙度，獲得光滑平整的模板表面，提高混凝土表面的平整光滑度，從而提高混凝土的表觀質(zhì)量。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原材料

（1）研磨組分：六偏磷酸鈉，99%，工業(yè)品，魯檸生物科技有限公司；α-Al2O3，0.2μm，99%，河北傳城金屬材料有限公司；硫脲：99%，工業(yè)品，阿拉丁試劑網(wǎng)；過硫酸銨：99%，工業(yè)品，廊坊鵬彩精細(xì)化工有限公司；硝酸：99%，工業(yè)品，阿拉丁試劑網(wǎng)。

（2）修補(bǔ)組分：58#石蠟、石蠟乳化劑，均為99%工業(yè)品，臨沂市綠森化工有限公司。

（3）潤(rùn)滑組分：液體石蠟、AEO-10，99%、Span80，均為99%工業(yè)品，臨沂市綠森化工有限公司。

（4）防銹組分：三乙醇胺硼酸酯，99%，工業(yè)品，山東成美化工有限公司。

（5）對(duì)比試驗(yàn)用脫模劑：廢柴油，99%；油性脫模劑，殼牌；YJ脫模劑，乳化油類水性脫模劑，20%，天津冶建特種材料有限公司；一品脫模劑，乳化油類水性脫模劑，20%，湖南金華達(dá)建材有限公司。

（6）試驗(yàn)混凝土材料

水泥：金隅P·O42.5水泥；砂：標(biāo)準(zhǔn)砂，細(xì)度模數(shù)為2.6～2.9；碎石G1：粒徑20～40 mm；減水劑：MY2002型，固含量40%，減水率31%。試驗(yàn)混凝土的配合比如表1所示。

表1 試驗(yàn)混凝土的配合比

（7）鋼模：150 mm×150 mm×150 mm。

1.2 MR型水性脫模劑的制備

1.2.1 制備方法

（1）研磨組分

將0.5g六偏磷酸鈉溶解于100ml去離子水中，機(jī)械攪拌下加入2gα-Al2O3，超聲分散2h。隨后加入1g過硫酸銨和0.2g硫脲攪拌均勻，用硝酸調(diào)節(jié)pH值至3～4即可得研磨液。

（2）修補(bǔ)組分

取20 g58#石蠟固體于80℃下溶解，加入石蠟乳化劑8 g于80℃下攪拌均勻，補(bǔ)加80 g水制備成帶藍(lán)光白色乳液。

（3）潤(rùn)滑組分

取20 g液體石蠟，加入6 g AEO-10與3 g Span80于1000 r/min下快速攪拌均勻，緩慢加入80 g水制備成為一定稠度的帶藍(lán)光白色乳液[1]。

（4）脫模劑的制備

將以上3個(gè)組分按照m（研磨組分）∶m（修補(bǔ)組分）∶m（潤(rùn)滑組分）=1∶3∶5混合均勻，加入2%的防銹組分，即可得固含量為20%的MR型水性脫模劑。

1.2.2 各組分的作用機(jī)理

（1）研磨組分：α-Al2O3的莫氏硬度高達(dá)9，僅次于金剛石和碳化硅，其硬度遠(yuǎn)高于鋼模，能同時(shí)達(dá)到既有切削力又極具高光亮度的效果，不僅提高效率，還可減少拋光工序，可以在鋼模表面起到研磨的效果，降低鋼模表面粗糙度。

（2）修補(bǔ)組分：固體石蠟在乳化后具有極好的流動(dòng)性，涂刷于模板后隨著水分的揮發(fā)形成一層蠟?zāi)?，可以填平鋼模表面凹陷處，進(jìn)而降低鋼模的粗糙度。

（3）潤(rùn)滑組分：為乳化后的液體石蠟油，可以形成一層薄薄的油膜起到潤(rùn)滑效果，進(jìn)而促進(jìn)順利脫模。

1.3 測(cè)試與表征

（1）鋼模粗糙度：采用美國(guó)迪夫斯的SPG1型表面輪廓粗糙度測(cè)量?jī)x進(jìn)行試測(cè)。

（2）粘模量：按照J(rèn)C949—2005《混凝土制品用脫模劑》進(jìn)行量測(cè)試。

（3）表面美觀程度：采取直觀評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)表面氣泡和水泡數(shù)量、平整光滑度。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫模劑對(duì)鋼模粗糙度的影響

鋼模的粗糙度是混凝土表觀美觀程度的重要因素之一，光滑平整的新模即使不使用脫模劑，所拆出來的混凝土表面依然光滑平整，無氣泡、水泡留下的坑洞。新舊模板的表面粗糙度和脫模效果對(duì)比分別見圖1、圖2。

MR型水性脫模劑中存在研磨、修補(bǔ)組分，對(duì)鋼模的粗糙表面進(jìn)行研磨，填補(bǔ)凹陷處，可以起到有效降低模板粗糙度的效果，經(jīng)不同脫模劑處理前后鋼模的粗糙度見表2。

表2 經(jīng)不同脫模劑處理前后鋼模的粗糙度對(duì)比

由表2可見：（1）新混凝土鋼模的粗糙度為15μm，在進(jìn)行一系列周轉(zhuǎn)后由于與混凝土的骨料摩擦、工人對(duì)模具的暴力清理導(dǎo)致舊鋼模的表面留下痕跡，粗糙度增大至47μm。（2）經(jīng)MR型水性脫模劑對(duì)舊鋼模進(jìn)行處理后，鋼模的粗糙度降低至19μm，表明MR型水性脫模劑可有效降低鋼模板的粗糙度。這是由于其組分中含有的α-Al2O3具有高硬度、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，硬度比鋼模板大，在涂刷鋼模后利用兩者間的摩擦力將鋼模粗糙表面進(jìn)行打磨；同時(shí)58#石蠟乳化后為流動(dòng)性較好的乳狀液，在粒子研磨鋼模后對(duì)細(xì)微的縫隙及凹陷處進(jìn)行填平，從而起到降低鋼模表面粗糙度的作用。（3）柴油和乳化油類脫模劑則對(duì)舊模板的粗糙度幾乎沒有降低效果，這是因?yàn)閮烧呔鶠橐后w，分子間距較大，涂刷層較厚，在外力的擠壓作用下形變大，對(duì)粗糙度的影響不大。

2.2 脫模劑對(duì)粘模量的影響

粘模量是反應(yīng)脫模劑是否有效的首要指標(biāo)，關(guān)系到脫模劑性能優(yōu)劣，表3為不同脫模劑所脫混凝土制品的粘模量。

表3 經(jīng)不同脫模劑處理后鋼模的粘模量對(duì)比

由表3可見：（1）柴油與MR型水性脫模劑的混凝土粘模量均為0，這是因?yàn)椴裼偷挠湍ず穸却?，即使混凝土振搗下的高頻震動(dòng)也不影響其有效隔離混凝土與模板，易脫模。（2）乳化油脫模劑在拆模后，有少量的混凝土粘附在模板表面，這是因?yàn)槿榛驮谒謸]發(fā)后，形成一層較薄的油膜，這層油膜即使流動(dòng)性很差，但是畢竟是液體，分子間距大，所以在混凝土振搗時(shí)易受高頻震動(dòng)的影響產(chǎn)生移動(dòng)，混凝土很容易滲入到油膜中與模板結(jié)合，造成粘模。而不同品牌的乳化油也存在性能差異，這是由乳化油能否在模板表面鋪展開所決定的。2種不同乳化油在鋼模板表面的鋪展?fàn)顩r如圖3所示。

由圖3可見，YJ乳化油可以在鋼模上鋪展，而某品牌乳化油在鋼模上涂刷后會(huì)產(chǎn)生抱團(tuán)現(xiàn)象，無法完全在鋼模表面潤(rùn)濕，形成均勻油膜，造成部分隔離失效，導(dǎo)致粘模量增大。這是由于MR型水性脫模劑中的石蠟乳液水分揮發(fā)后，形成一層較硬的蠟?zāi)?，這層蠟?zāi)楣腆w，可以有效隔離混凝土與模板，加之有潤(rùn)滑組分的存在，可以使得蠟?zāi)づc鋼模順利脫離，使粘模量減小至0。

2.3 脫模劑對(duì)混凝土表觀的影響

混凝土表面美觀包括顏色是否均勻、氣泡以及水泡留下的凹洞數(shù)量等，由于混凝土太黏使未填充的凹洞與脫模劑無關(guān)，所以不考慮在內(nèi)。

2.3.1 對(duì)色斑的影響

采用不同脫模劑對(duì)混凝土表面色斑的影響如圖4所示。

由圖4可見：（1）采用乳化油或MR型水性脫模劑的混凝土表面顏色均勻，沒有明顯的色斑、油污。這是因?yàn)槿榛蜑槿榛蟮乃托腿橐海瑴p小了油膜的厚度，降低了對(duì)混凝土制品表面的污染；MR型水性脫模劑的組分包含可以填補(bǔ)鋼模凹陷的乳化蠟液及少量的水包油型乳液，乳化蠟液在成膜后為一層薄的乳白色固體，不會(huì)影響混凝土表觀。且相比于乳化油而言其水包油型乳液含量相對(duì)較少，可進(jìn)一步降低對(duì)混凝土制品的污染。（2）當(dāng)采用柴油為脫模劑時(shí)，混凝土表面色斑較嚴(yán)重。這是由于柴油本身的顏色較深，且涂刷至模板后油膜較厚，不易揮發(fā)，拆模后柴油附著于混凝土制品表面造成污染。

2.3.2 對(duì)混凝土氣泡、水泡造成的凹洞的影響

除了混凝土本身的黏度、和易性以及含氣量會(huì)影響混凝土表觀情況外，脫模劑也是影響其表面美觀的關(guān)鍵因素之一，好的脫模劑可以有效促進(jìn)氣泡的逃逸、水泡在模板表面的潤(rùn)濕，從而打造一個(gè)平整光滑的混凝土表觀。采用不同脫模劑對(duì)混凝土表面凹洞的影響如圖5所示。

由圖5可見：（1）采用柴油為脫模劑時(shí)混凝土制品表面的凹洞要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于采用其他2種脫模劑。這是因?yàn)?，柴油本身較厚較稠，具備粘性，涂膜厚度大，導(dǎo)致氣泡在振搗過程中易被粘住，使水分既無法被振搗出來，又無法在油膜表面平鋪開，在水分揮發(fā)后留下了凹洞。（2）乳化油由于乳化劑組分的存在，黏度降低，油膜厚度減小，所以氣泡只是相對(duì)柴油來說要容易逃逸，但是油相本身的黏度對(duì)氣泡、水泡的逃逸依然是個(gè)阻礙。加之混凝土振搗過程中隔離易失效，鋼模粗糙的表面暴露，對(duì)氣泡以及水泡的逃逸又產(chǎn)生阻礙。兩者的疊加作用導(dǎo)致氣泡、水泡凹洞問題只得到改善，但未能得到徹底有效解決。（3）而采用MR型水性脫模劑的混凝土表面，氣泡和水泡所造成的混凝土缺陷均有非常大的改善，幾乎很難看到凹洞情況。這是因?yàn)镸R型水性脫模劑降低了舊鋼模的粗糙度，減少了油相的使用量，二者的協(xié)同作用有效促進(jìn)了氣泡和水泡的排出。

2.3.3 平整光滑度

鋼模的平整光滑度直接決定混凝土的表觀質(zhì)量，平整的模板在鏡面反射的作用下會(huì)呈現(xiàn)光亮效應(yīng)，與其接觸的混凝土制品表面也會(huì)平整且呈光亮效應(yīng)。若模板表面凹凸不平、晦暗，則與之接觸的混凝土表面平整光滑度較差，這是鏡面反射和漫反射的區(qū)別（見圖6）。采用不同脫模劑對(duì)混凝土表面平整光滑度的影響如圖7所示。

由圖7可見，采用MR型水性脫模劑的混凝土表面的平整光滑度遠(yuǎn)優(yōu)于采用柴油和乳化油的。這是由于，相對(duì)于其他2種脫模劑，MR型水性脫模劑可以有效降低模板的粗糙度。粗糙度越低，平整光滑度越高。

3 結(jié)語

（1）采用α-Al2O3為研磨組分、乳化固體石蠟為修補(bǔ)組分、乳化液體石蠟為潤(rùn)滑組分，按m（研磨組分）∶m（修補(bǔ)組分）∶m（潤(rùn)滑組分）=1∶3∶5，并添加2%的防銹組分，成功制備了一種適用于鋼模的MR型水性脫模劑。

（2）MR型水性脫模劑可以有效降低舊鋼模的粗糙度、隔離混凝土與模板。

（3）相比于乳化油類脫模劑，MR型水性脫模劑可以減小混凝土的粘模量，消除混凝土表面色斑，更易促進(jìn)氣泡與水泡的排出，可使混凝土表面呈現(xiàn)較光亮平整的效果。