高浓水性混凝土脱模剂的制备及性能

王 玫 林春彦

(北京盛大风华科技有限公司)

0 引言

“一带一路”、“装配式建筑”和“城市地下管廊”的大力推广建设，混凝土预制构件的产量逐年递增，使之对脱模剂的用量和要求逐年提高，也决定着混凝土构件的表面质量的脱模效率[1]。脱模剂的使用，可以减少甚至避免混凝土构件表面出现的蜂窝麻面、缺角、掉角、露筋等质量缺陷[2]。

脱模剂种类繁多，从水溶性分为水性、油性；状态上分为固体、膏体、乳液和悬浊液；也可根据脱模剂原材料分为，机油及乳化机油类、石蜡及乳化石蜡类、脂肪酸类和油漆类等[3]。目前国产脱模剂多为油类，存在易燃及工人身体受损等隐患。而通过不同HLB 值的乳化剂[4]在高速乳化的方式制备的水性混凝土脱模剂不形成碳化物残留、无烟雾污染、使用安全及降低环境污染等优势。因此水性混凝土脱模剂是大趋势，但目前水性混凝土脱模剂依然存在稳定性差、稀释倍数低等缺陷[5]。基于此，本文以菜籽油为基础，通过调整乳化体系、HLB 值、乳化剂掺量、体系浓度、剪切温度及剪切速度等因素，制备高浓高稳定型水性混凝土脱模剂。希望能克服(水)油性混凝土脱模剂现存缺陷，对混凝土预制构件行业有重要推动意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料与仪器

菜籽油(工业级，HLB 值为9)，昊兆化工；Span-80(分析纯，HLB 值4.3)、Tween-80 (分析纯，HLB 值15)、Span-60 (分析纯，HLB 值4.7)、Tween-60 (分析纯，HLB值14.9)、聚乙二醇400 双油酸酯(PEG400DO，分析纯，HLB 值7.5))、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9，分析纯，HLB值12.5)，海安石化；阻锈剂，工业级，佳化化学；增稠剂，工业级，施能科技。

废机油；P.O 42.5 北水水泥；II 区中砂，细度模数2.6；石子，连续级配粒径5-20mm。

实验仪器：100ml 量筒；乳化机AD300L-H，昂尼仪器。

1.2 高浓水性脱模剂的制备

在一定温度下，将一定量的菜籽油和油性乳化剂加入到250ml 烧杯中，开始剪切搅拌，缓慢加入水性乳化剂的水溶液，剪切搅拌1h，至乳液缓慢转相，然后加入0.2%的增稠剂和0.3%的阻锈剂，继续剪切搅拌0.5h，即为所述高浓水性混凝土脱模剂。

1.3 检验方法

⑴稀释液稳定性：参照JC/T 949-2005《混凝土制品用脱模剂》进行测试。取产品稀释至使用浓度的稀释液25mL，注入比色管中，在5～40℃环境下静置24h，观察其在光照下是否均匀，有无明显分层现象。

⑵原液稳定性：取高浓水性脱模剂原液于100mL 量筒中，在5～40℃环境下静置，观察其分层时间。

⑶混凝土脱模性能测试：参照JC/T 949—2005《混凝土制品用脱模剂》附录A 进行测试。其混凝土质量配合比为，水泥:砂:石=330kg:768kg:1150kg:145kg，用水量为混凝土塌落度在40mm±10mm。

⑷混凝土粘附量及干燥成膜时间：参照JC/T 949—2005《混凝土制品用脱模剂》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 乳化体系及HLB 值对体系稳定性的影响

由于菜籽油的HLB 值在9 左右，基于相似相容原理，选定HLB 值为8、9 和10，且乳化剂结构尽可能与菜籽油主要成分类似，选取Span-80/Tween80、Span-60/T ween-60、Span-80/Tween-60 及PEG400DO/AEO-9 四 个体系。

在40℃下，剪切速度为7000r/min，菜籽油用量为40%，乳化剂用量为8%时，探讨不同乳化剂组合与不同HLB 值对稳定性的影响，其结果由表1 所示。

表1 乳化体系及HLB 值对体系稳定性的影响

由表1 可知：4 个组合体系中Span-80 体系稳定性效果最好，而PEG400DO/AEO-9 体系稳定性最差。Span-80 体系乳化剂的静电作用，充分有效的防止了液滴凝聚，有利于乳液稳定[4]。通过稀释稳定性结果发现，Span-80/Tween-80 体 系 适 应 HLB 值 (9 ～10) 比Span-80/Tween-60 适应的HLB 值(10)。因此选择乳化剂体系为Span-80/Tween80 体系，HLB 值为10。

2.2 剪切速度及温度对体系稳定性的影响

菜籽油用量40%，乳化剂体系为Span-80/Tween80体系 (HLB=10，用量8%) 时，探讨不同剪切速度(5000r/min、7000r/min 及9000r/min) 及 不 同 温 度(30℃、40℃和50℃)对稳定性的影响，其结果由表2 所示。

由表2 可知：随着乳化机剪切速度和乳化温度的提高，稀释液稳定性逐渐提高；当剪切速度不够时，温度不管多高，稀释液稳定性依然会变差，当剪切速度为7000r/min～9000r/min 时，反应温度为40～50℃时，稀释液稳定性最佳。考虑能耗问题，选定剪切速度为7000r/min，反应温度为40℃。

表2 乳化剂掺量及浓度对体系稳定性的影响

2.3 乳化剂掺量及浓度为体系稳定性的影响

在40℃下，剪切速度为7000r/min，乳化体系为Span-80/Tween-80 体系(HLB=10)，增稠剂用量为0.2%，阻锈剂为0.3%时，探讨不同菜籽油用量(50%、60%和70%)及不同乳化剂用量(8%、10%和12%)对稳定性的影响，其结果由表3 所示。

表3 乳化剂掺量及浓度对体系稳定性的影响

由表3 可知：当菜籽油浓度为50%～60%时，随着乳化剂用量的提高，原液稳定性逐渐提高，且当菜籽油浓度为60%，乳化剂用量为10%以上时，原液90d 稳定性良好，且稀释液未分层；当菜籽油浓度为70%时，即使提高乳化剂用量，乳化都不完全，都出现油水分离情况。因此高浓水性混凝土脱模剂中菜籽油浓度为60%，乳化剂用量为10%时，原液稳定性最好。

2.4 混凝土脱模效果

依据2.1-2.3，在40℃下，菜籽油用量为60%，乳化剂用量为10%，剪切速度为7000r/min，乳化体系为Span-80/Tween-80 体系(HLB=10)，增稠剂用量为0.2%，阻锈剂为0.3%时，制备出高浓水性混凝土脱模剂SD-WR。将其进行混凝土试验，以废机油为对比，并探讨不同稀释倍数对混凝土相关性能的影响，其结果由表4和图1 所示。

表4 混凝土脱模效果

由表4 可知，稀释比例由1:6 增加至1:18 时，稀释液稳定性一直较好，但成膜时间呈逐渐增加趋势，同时混凝土的粘附量逐渐增加，当稀释比例为1:18 时，混凝土粘附量超标，混凝土脱模表观状态也是变差。

其混凝土脱模表面状态由图1 所示。由图1 可知，废机油作为脱模剂时，表面有较多锈点，随着稀释比例的增加，混凝土表观状态逐渐由好变差，逐渐出现色差和表面气泡，但效果依然比废机油好。原因为稀释比例增加后，有效脱模剂含量降低，粘度也随之降低，形成表面隔离膜困难。基于此，该SD-WR 高浓水性混凝土脱模剂的最高稀释比例可为1:15。

2.5 SD- WR 水性脱模剂在轨枕构件的应用

铁路轨枕的制备是将C50 干硬型混凝土经过振捣成型及高温养护等工序制备而成的一种混凝土预制构件。其制备过程需要使用水性混凝土脱模剂。将SD-WR高浓水性混凝土脱模剂稀释比例定为1:10 时，采用电喷壶将稀释液一次均匀喷涂于模具表面，探讨其对混凝土脱模性能的影响。其脱模混凝土表面状态由图2 所示。由图2 可知，使用该水性脱模剂后，混凝土表观光滑无气泡，无色差脱模顺利，表观美度高，即SD-WR 水性高浓水性混凝土脱模剂在轨枕生产过程中效果明显。

图2 轨枕混凝土脱模状态

3 结论

采用乳化菜籽油的方式可制备出高浓水性混凝土脱模剂。当高浓水性混凝土脱模剂体系中菜籽油浓度为60%、剪切速度为7000r/min、剪切温度为40℃、乳化体系为Span-80/Tween80(HLB=9)及乳化剂用量为10%时，其原液稳定性超过90d，稀释液稳定性良好。

随着原液稀释比例的增加，成膜时间和混凝土粘附量会有所增加，SD-WR 高浓水性混凝土脱模剂的最高稀释比例可至1:15，与废机油相比，能有效改善混凝土表观光洁度，降低降低气泡数量，且在轨枕生产过程中效果明显。