硅溶膠改性純丙乳液在混凝土模板漆中的應(yīng)用

摘" " " 要：采用中性硅溶膠改性純丙乳液研制了一種適用于鋼模的TC型水性模板漆，該模板漆環(huán)保、無污染，彌補了油性模板漆自流平困難的特點，降低了施工難度，可以有效降低舊模板表面的粗糙度，達到新模的使用要求；有效控制表面能，改善了乳化油類水性脫模劑易粘模的缺點，同時使得模板漆也不易粘接到混凝土表面。消除了色斑污染、有效促進混凝土中氣泡、水泡的排出，提高了混凝土表面的平整光滑度，提高了混凝土的表觀質(zhì)量。

關(guān)" 鍵" 字：硅溶膠；水性模板漆；粗糙度；表面能；表觀質(zhì)量

中圖分類號：TQ201" " " " 文獻標識碼： A" " " "文章編號： 1004-0935（2023）06-0795-04

模板漆是一種混凝土脫模劑，該漆適用于涂刷在鋼模板、木模板、以及竹模板上，涂膜堅硬，光亮。并且澆注出來的混凝土呈仿大理石狀，平整光滑，手感細膩，有光澤，與混凝土顏色一致，達到清水混凝土效果，這是眾多的脫模劑無法達到的，特別適用于對混凝土外觀要求嚴格的工程，是高品質(zhì)橋梁工程必選的脫模劑[1-8]。

目前市面上推廣較多的主要以油性模板漆為主，其組分中含有80%以上的易揮發(fā)有機溶劑，對環(huán)境以及人體造成危害，且遇高溫以及明火易燃，帶來安全風(fēng)險。且其在使用過程中流平性相對差，所以操作較麻煩。

對于水性模板漆，目前有部分商家采用固體石蠟或聚乙烯蠟進行乳化后得乳化蠟液，其在水分揮發(fā)后在模板表面形成一層較硬的蠟?zāi)?，其可以降低模板表面粗糙度，但是蠟液的粘結(jié)力較弱，會有黏附于混凝土表面的情況出現(xiàn)。且石蠟的熔點較低，在47 ℃時即開始發(fā)生熔化，限制其使用范圍；聚乙烯蠟雖然熔點較高，但是其表面能也較高，易產(chǎn)生粘?，F(xiàn)象。

本文研發(fā)了一種TC型水性模板漆，且該模板漆可以牢牢附著于模板上，具有較低表面能，有效改善了常見的粘模、氣泡和水泡難逃逸的缺陷，提高了混凝土的表觀質(zhì)量，環(huán)保無污染。

1" 實驗內(nèi)容

1.1" 實驗試劑

中性硅溶膠（40%，工業(yè)品，臨沂市綠森化工有限公司）；純丙乳液（47%，工業(yè)品，臨沂市綠森化工有限公司）；普通聚羧酸減水劑（40%，減水率32%，工業(yè)級，天津冶建特種材料有限公司） ；市售油性模板漆（聚氨酯類樹脂，湖南金華達建材有限公司）；KH 570（硅烷偶聯(lián)劑，工業(yè)品，臨沂市綠森化工有限公司）。

水泥：華潤 P·O42.5 水泥；砂：標準砂，細度模數(shù)為 2.6～2.9；碎石 G1：粒徑 20～40 mm；混凝土配合比見表1所示。

1.2" 合成

1.2.1" 機理[9-11]

純丙乳液具有優(yōu)良的成膜性、粘接性、保光性、耐候性、耐腐蝕性和柔韌性而具有廣泛的適用性。但其本身是熱塑性的，線性分子上又缺少交聯(lián)點，難以形成三維網(wǎng)狀交聯(lián)膠膜，因此其耐水性、耐沾污性差，低溫易變脆、高溫易發(fā)黏。

硅溶膠是 SiO2以納米粒子形式存在于溶膠中，具有良好的耐紫外光、耐候性和耐化學(xué)介質(zhì)性等特性。粒子內(nèi)部為硅氧烷（-Si-O-Si-），而粒子表面結(jié)合了大量的羥基形成硅醇鍵，同時也結(jié)合了溶液中部分游離羥基。圖1所示的是硅溶膠粒子表面分子結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)中的Si-O鍵能 （450 kJ/mol）遠大于C-C鍵能（351 kJ/mol），內(nèi)旋轉(zhuǎn)能壘低，分子摩爾體積大，表面能要小。

但是實際上，納米粒子比表面積較大，所以導(dǎo)致了較高的表面能，粒子趨向于團聚，所以本文加入硅烷偶聯(lián)劑KH570來分散納米粒子，降低其表面能，達到耐沾污性。

1.2.2" 制備步驟

1）取50 g硅溶膠，加入1.5 g KH 570 在30 ℃下快速攪拌10 min。

2）取10 g純丙乳液，加入0.5 g十二碳醇酯攪拌均勻。

3）取1）中制備的中性硅溶膠，加入2）中攪拌均勻即可得所制備得TC型模板漆。

1.3" 測試與表征

1）鋼模粗糙度：用美國迪夫斯SPG1表面輪廓粗糙度測量儀檢測。

2）粘模量：按照JC 949—2005進行粘模量測試。

3）表面美觀程度：采取直觀評價方法，評價表面氣泡與水泡數(shù)量、平整光滑度。

1.4" 試驗內(nèi)容

1.4.1" 兩組分比例對粘模量的影響

粘模量是反應(yīng)脫模劑是否合格最重要的指標，也是反應(yīng)模板漆是否屬于脫模劑的范疇的最重要指標，本文研究了不同組分比例下對粘模的影響。

從表1可知，隨著硅溶膠加量的增多，粘模量逐漸降低，這是因為硅溶膠的加入降低了乳液成膜后的表面能，所以表面抗粘污性能逐漸提高。而隨著硅溶膠加量的增加，乳液對模板的粘結(jié)力越來越低，就會導(dǎo)致混凝土對其粘結(jié)力大于模板對其粘結(jié)力，宏觀表現(xiàn)為：拆模后模板漆粘在混凝土表面。所以最終純丙乳液：硅溶膠質(zhì)量之比為10∶12。

2" 結(jié)果與討論

將不同介質(zhì)類型設(shè)置編號，見表2，后文所有介質(zhì)均用編號代表。

2.1" 鋼模粗糙度表征

鋼模的粗糙度是混凝土表征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很光滑平整，無氣泡水泡留下的坑洞[7]。

由表3可見，新的混凝土鋼模的粗糙度為18μm，在進行一系列周轉(zhuǎn)使用后增大了其粗糙度，為51μm。油性模板漆也可以明顯改善舊模板的粗糙度，其也是在模板表面形成一層光滑堅硬的薄膜，但是油性模板漆粘度高，自流平差，導(dǎo)致在涂刷時容易出現(xiàn)刷不平的現(xiàn)象，對操作手法要求較高。而TC模板漆處理后的模板比新模的粗糙度還要低，這是因為純丙乳液粒徑細、成膜平整光澤高，硅溶膠的改性提高了其成膜硬度，相當于刷了一層平整的堅硬的漆面，將鋼模原本的表面改變成光滑度更高的表面，同時，其為水性乳液，粘度低，很容易自流平，成膜均勻。

乳化油類則對舊模板的粗糙度幾乎沒有降低效果，這是因為其為液體，分子間距比較大，在外力的擠壓下形變大，粗糙度的降低程度變化不大。

2.2" 對粘模的影響

表4為不同介質(zhì)下對粘模的影響。

由表4可知市售的油性模板漆相比TC型模板漆粘模量略高，可能原因是：雖然均是在模板表面鍍了一層堅硬的漆面，彌補了模板表面的粗糙度，減小了因為模板表面粗糙而導(dǎo)致的粘模，但是市售的油性模板漆成分為聚氨酯類樹脂，表面能較TC型模板漆略高，所以有輕微的粘灰現(xiàn)象。

乳化油的粘模量為2.5 kg·m-3，這是因為乳化油成膜后是油膜，為液體，分子間距大，混凝土的高頻震動會讓混凝土很容易滲入到油膜中與模板結(jié)合，造成粘模情況。

2.3" 對混凝土表面美觀度的影響

混凝土表面美觀包含氣泡以及水泡留下的凹洞數(shù)量以及混凝土表面的光澤度。以下為不同介質(zhì)下拆模后的效果圖，見圖2。

由圖2 可知，乳化油本身的黏度對氣泡、水泡的逃逸是個阻礙，加之混凝土振搗過程中隔離易失效，鋼模的粗糙的表面暴露，對氣泡以及水泡的逃逸又產(chǎn)生阻礙。

而兩種模板漆所拆出來的混凝土表面，氣泡和水泡等缺陷均有非常大的改善，這是因為模板漆涂刷后的模板表面光滑平整，促進了氣泡的逃逸。而TC模板漆具有低表面能，水在其表面呈現(xiàn)的是“荷葉效應(yīng)”，在振搗下水泡即快速排出，而油性模板漆由于表面能要略高于TC型模板漆，所以在水泡這塊的缺陷要多一點。

TC型模板漆和市售油性模板漆所拆出來的混凝土表面光澤度遠遠強于乳化油，出現(xiàn)大理石的光澤效果，這就是鋼模板粗糙度不同所造成的光反射現(xiàn)象，機理見圖3，粗糙度越低，光澤度越高。但是市售油性模板漆所拆混凝土表面有紋路存在，這就是涂刷不平整導(dǎo)致，這也是無法自流平帶來的缺陷，所以油性模板漆的涂刷手法相當重要。

3" 結(jié) 論

1）TC型模板漆是一種鋼模用新型水性脫模劑，其結(jié)合了純丙乳液以及硅溶膠的優(yōu)勢，可以在模板表面形成一層堅硬光亮薄膜，可以有效降低舊鋼模的粗糙度，賦予模板一層新的表面，具有耐污性。

2）TC型模板漆可以有效隔離混凝土與模板，相比乳化油類脫模劑可以大大降低混凝土的粘模量。

3）TC型模板漆更易促進氣泡與水泡的排出，且由于降低了模板的粗糙度，混凝土表面呈現(xiàn)較光亮平整的效果。

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Abstract： A TC type water based formwork paint suitable for steel mould was developed by using neutral silica sol modified pure acrylic emulsion. The template paint is environment-friendly and pollution-free， which makes up for the difficulty of self leveling of the oil form paint， reduces the difficulty of construction， and effectively reduces the roughness of the surface of the old template， so as to meet the requirements of the new mold. The surface energy is effectively reduced， the defect of easy formwork adhesion is improved， and the formwork paint is not easy to adhere to the concrete surface. The utility model eliminates the color spot pollution， effectively promotes the discharge of bubbles and blisters in the concrete， improves the flatness and smoothness of the concrete surface， and improves the apparent quality of the concrete.

Keywords： Silica sol; Waterborne formwork paint; Roughness; Surface energy; Apparent quality