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，混凝土預制構件的產量逐年遞增，使之對脫模劑的用量和要求逐年提高，也決定著混凝土構件的表面質量的脫模效率[1]。脫模劑的使用，可以減少甚至避免混凝土構件表面出現的蜂窩麻面、缺角、掉角、露筋等質量缺陷[2]。

脫模劑種類繁多，從水溶性分為水性、油性；狀態上分為固體、膏體、乳液和懸濁液；也可根據脫模劑原材料分為，機油及乳化機油類、石蠟及乳化石蠟類、脂肪酸類和油漆類等[3]。目前國產脫模劑多為油類，存在易燃及工人身體受損等隱患。而通過不同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、無煙霧污染、使用安全及降低環境污染等優勢。因此水性混凝土脫模劑是大趨勢，但目前水性混凝土脫模劑依然存在穩定性差、稀釋倍數低等缺陷[5]。基于此，本文以菜籽油為基礎，通過調整乳化體系、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存缺陷，對混凝土預制構件行業有重要推動意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與儀器

菜籽油(工業級，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，工業級，佳化化學；增稠劑，工業級，施能科技。

廢機油；P.O 42.5 北水水泥；II 區中砂，細度模數2.6；石子，連續級配粒徑5-20mm。

實驗儀器：100ml 量筒；乳化機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，至乳液緩慢轉相，然后加入0.2%的增稠劑和0.3%的阻銹劑，繼續剪切攪拌0.5h，即為所述高濃水性混凝土脫模劑。

1.3 檢驗方法

⑴稀釋液穩定性：參照JC/T 949-2005《混凝土制品用脫模劑》進行測試。取產品稀釋至使用濃度的稀釋液25mL，注入比色管中，在5～40℃環境下靜置24h，觀察其在光照下是否均勻，有無明顯分層現象。

⑵原液穩定性：取高濃水性脫模劑原液于100mL 量筒中，在5～40℃環境下靜置，觀察其分層時間。

⑶混凝土脫模性能測試：參照JC/T 949—2005《混凝土制品用脫模劑》附錄A 進行測試。其混凝土質量配合比為，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間：參照JC/T 949—2005《混凝土制品用脫模劑》進行測試。

2 結果與討論

2.1 乳化體系及HLB 值對體系穩定性的影響

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，且乳化劑結構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，探討不同乳化劑組合與不同HLB 值對穩定性的影響，其結果由表1 所示。

表1 乳化體系及HLB 值對體系穩定性的影響

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

2.2 剪切速度及溫度對體系穩定性的影響

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

由表2 可知：隨著乳化機剪切速度和乳化溫度的提高，稀釋液穩定性逐漸提高；當剪切速度不夠時，溫度不管多高，稀釋液穩定性依然會變差，當剪切速度為7000r/min～9000r/min 時，反應溫度為40～50℃時，稀釋液穩定性最佳。考慮能耗問題，選定剪切速度為7000r/min，反應溫度為40℃。

表2 乳化劑摻量及濃度對體系穩定性的影響

2.3 乳化劑摻量及濃度為體系穩定性的影響

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，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%)對穩定性的影響，其結果由表3 所示。

表3 乳化劑摻量及濃度對體系穩定性的影響

由表3 可知：當菜籽油濃度為50%～60%時，隨著乳化劑用量的提高，原液穩定性逐漸提高，且當菜籽油濃度為60%，乳化劑用量為10%以上時，原液90d 穩定性良好，且稀釋液未分層；當菜籽油濃度為70%時，即使提高乳化劑用量，乳化都不完全，都出現油水分離情況。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，原液穩定性最好。

2.4 混凝土脫模效果

依據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，制備出高濃水性混凝土脫模劑SD-WR。將其進行混凝土試驗，以廢機油為對比，并探討不同稀釋倍數對混凝土相關性能的影響，其結果由表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，稀釋液穩定性一直較好，但成膜時間呈逐漸增加趨勢，同時混凝土的粘附量逐漸增加，當稀釋比例為1:18 時，混凝土粘附量超標，混凝土脫模表觀狀態也是變差。

其混凝土脫模表面狀態由圖1 所示。由圖1 可知，廢機油作為脫模劑時，表面有較多銹點，隨著稀釋比例的增加，混凝土表觀狀態逐漸由好變差，逐漸出現色差和表面氣泡，但效果依然比廢機油好。原因為稀釋比例增加后，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件的應用

鐵路軌枕的制備是將C50 干硬型混凝土經過振搗成型及高溫養護等工序制備而成的一種混凝土預制構件。其制備過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，采用電噴壺將稀釋液一次均勻噴涂于模具表面，探討其對混凝土脫模性能的影響。其脫模混凝土表面狀態由圖2 所示。由圖2 可知，使用該水性脫模劑后，混凝土表觀光滑無氣泡，無色差脫模順利，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過程中效果明顯。

圖2 軌枕混凝土脫模狀態

3 結論

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，其原液穩定性超過90d，稀釋液穩定性良好。

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