环保型水泥清洗剂成分分析和配方研制

环保型水泥清洗剂成分分析和配方研制
【摘要】研制一种近中性水泥清洗剂，并对其性能进行了测试，该清洗剂可以替代传统的强酸性水泥、砂浆清洗剂，其清洗效果好、环保无毒、使用安全，清洗后污水处理方便。

【关键词】水泥清洗剂；中性；环保
1、前言
水泥是现代工业中不可或缺的部分，在城市化建设中起到了至关重要的作用。

我国是水泥生产大国，已经连续20多年保持世界第一。

水泥大量的使用，使得生产过程的污染不可避免，水泥厂周围建筑上的水泥粉尘、建筑过程使用的水泥，都会给周围环境以及使用器械造成污染。

因此，如何清洗水泥污垢变得非常迫切。

常规的清洗方法包括使用各种无机、有机酸作为水泥瓦解剂，从而达到清洗水泥的目的，该类方法分解水泥速度是很快，但是强酸性体系往往会对基材造成一定的腐蚀作用，特别是建筑上的混凝土搅拌机，强酸性清洗剂势必会对搅拌机的内部造成一定的腐蚀，日积月累，影响机器使用。

常用的无机酸强酸包括：盐酸（HCl）、硫酸（H2SO4）、硝酸（HNO3）。

水泥中的硬化层固体组分中的水化氧化钙，受到无机强酸的作用，形成水溶性的钙盐，从而瓦解水泥的硬度，使水泥能够快速和基材脱离，但是，强酸在使用过程中易腐蚀基材，对人体的也有损伤，因此，在使用过程要非常注意。

为了降低无机酸的强腐蚀性，人们还使用无机酸盐，如盐酸脲作为水泥瓦解剂来处理水泥的表面【1】。

但是，无机酸盐依然具有较强的腐蚀性，对基材会
造成一定的腐蚀。

然而，有机酸却不同，有机酸具有较为温和的酸性特征，而且可以和水泥中的水化氧化钙形成可溶性的有机钙盐，从而腐蚀水泥，达到清洗效果【2】。

崔洁【3】利用乳酸作为清洗剂可以实现瓷瓶上的水泥污垢的清洗，该清洗剂具有成本低、安全、操作方便等优点，同时，在实验过程中，还发现丁酸-醋酸-柠檬酸混合液也具有较好的清洗效果，这也为以后的水泥清洗剂的发展提供了一条思路，使用混合有机酸可以实现水泥的清洗。

Saito等人【4】使用甲酸、单氯乙酸以及双氧水作为混凝土的溶解剂，也取得了较好的效果。

从无机酸到有机酸，使得水泥清洗剂更加的环保，使用时更加安全方便，但是，有机酸同样具有一定的酸性，对基材还会具有一定的腐蚀性能，因此，在对基材要求严格的地方，如钢材表面水泥清洗、混凝土搅拌机的清洗、汽车表面的清洗等，酸性清洗剂仍然无法达到使用要求。

本文在混合有机酸水泥清洗剂的基础上，研制出一种新型的近中性（pH=5-6）水泥清洗剂，具有比混合有机酸更好的清洗效果，而且使用起来更加安全，对特殊基材的表面也可以进行清洗。

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2、实验部分
2.1主要试剂
有机酸：草酸、乳酸、柠檬酸、羟基乙酸、乙二胺四乙酸等；表面活性剂；其他助剂。

2.2清洗剂物理性能及稳定性检测
检测清洗剂的pH值、密度、固含量、状态等；以及放置一段时间的状态。

2.3清洗剂对水泥清洗性能检测
检测清洗剂对水泥的瓦解能力：将定量固体水泥加入清洗剂中，常温放置一段时间，测试水泥的状态。

3、结论与讨论
3.1原材料的筛选
原材料的选择根据水泥的组成以及水泥溶解过程需要的技术需求，同时考虑了环保及使用安全等因素进行筛选。

3.1.1水泥腐蚀剂的筛选
水泥腐蚀剂是对水泥具有瓦解作用的物质，常用的水泥瓦解剂有无机酸（盐酸、硫酸、硝酸等）和有机酸（草酸、乳酸、柠檬酸、羟基乙酸、乙二胺四乙酸等）。

无机酸在使用过程中酸性太强，造成腐蚀性太大，虽然水泥可以快速瓦解，但是对其他材料的腐蚀性较强，因此，在使用过程中已经慢慢被淘汰。

有机酸能够很好的取代无机酸，可以对水泥进行瓦解。

利用有机酸的特性，根据配方要求，对各种有机酸的水泥瓦解能力进行筛选。

表1给出了各种有机酸的水泥瓦解能力（酸量与水泥量为1:5）。

表1各种水泥瓦解剂的瓦解性能
乙二胺四乙酸由于其在水中的溶解性较低，虽然它具有较强的酸性，以及对水泥的瓦解速度较快，还是不太适合作为水泥瓦解剂。

草酸具有较强的酸性，水溶性较好，但是与水泥中的钙盐结合会形成草酸钙，附着在水泥表面，阻碍进一步反应。

柠檬酸具有相对较小的酸性，其水溶性能好，其与水泥中的钙形成钙盐可以部分溶解，达到一定的效果。

羟基乙酸以及乳酸都具有温和的酸性，其水溶性好，其形成的钙盐都具有一定的水溶性。

因此，当其与水泥接触时，可以与Ca形成水化产物，引起水泥晶型及体积发生变化，导致水泥瓦解。

虽然，柠檬酸、羟基乙酸以及乳酸都具有一定的水泥瓦解能力，但是，在使用过程中，其水溶液具有一定的酸性，还是会对人体以及基材产生一定的影响。

因此，选择中性的水泥瓦解剂更加适用于人们使用的需求。

本文中选择的复合瓦解剂，具有较强的水泥瓦解能力，且pH值近中性，因此，具有很好的应用前景。

3.1.2表面活性剂的筛选
水泥经过瓦解剂的瓦解，形成的可溶或者微溶的钙盐需要快速分散到水溶液中，因此，在水泥溶解剂中还需要加入一些表面活性剂作为乳化剂可以加快瓦解剂的瓦解时间。

本文筛选了常见的一些表面活性剂进行比较，结果如图1所示。

阴离子表面活性剂、两性表面活性剂对形成的钙盐具有一定的乳化效果，可以加
速反应的进行；非离子表面活性剂的效果不是很明显；阳离子表面活性剂由于可以和酸进行反应，消耗掉一部分酸，因此起到了降低反应速率的效果；而我们通过表面活性剂的复配，可以达到更好的促进效果，比单一表面活性剂起到更好的效果。

加入复合表面活性剂，可以使瓦解后形成的钙盐迅速从水泥表面脱离，让新的表面暴露出来，同时，使用阴离子表面活性剂，还可以作为Ca离子的络合剂，将瓦解剂继续释放出来，达到了循环利用的效果，进一步增加瓦解剂的瓦解效率。

加入表面活性剂后的清洗剂，可以将水泥的瓦解时间大大缩短，从开始的10小时，缩短到只有6小时。

瓦解后的水泥具有较好的粉末效果，因此，也更有利于从基材表面清除。

为了进一步提高清洗剂的实用性能，该清洗剂中还添加入少量的有机酸、防腐剂、络合剂等，使体系使用起来可以达到更大的清洗效果。

图1、表面活性剂的加入对水泥瓦解时间的影响（1、非离子表面活性剂；2、阳离子表面活性剂；3、阴离子表面活性剂；4、两性表面活性剂；5、本文复配表面活性剂）
3.1.3水泥清洗剂的性能测试
通过将水泥瓦解剂以及复配表面活性剂进行混合，加入一些其他助剂，达到了较好的清洗效果。

该清洗剂的清洗过程如图2所示，经过清洗剂的浸泡，固体水泥完全瓦解，形成粉末状水泥，且该清洗剂对石子的腐蚀性小。

图2水泥清洗剂对水泥瓦解过程图
4、结论
（1）将带水泥的材料直接放到清洗剂中浸泡，喷淋清洗和超声波清洗都能加快清洗效率；也可以用清洗剂擦拭水泥污染物，擦拭后用清水擦拭即可；
（2）该清洗剂安全，对人无毒，对环境无污染，对设备无腐蚀；近中性清洗剂，操作更加简单、方便；清洗效率高，可靠性能好。

参考文献：
【1】Patent:Netherton,Jason J.(Kenosha,WI,US),CONCRETE CLE ANING AND PREPARATION COMPOSITION,US20090208643,2009,Aug ust.
【2】专利：崔久传，李建勇，马雪英，程东惠，尚百雨，水泥混凝土结垢清洗剂及及其制备方法，CN103540453A，2013年10月。

【3】崔杰，用乳酸清洗剂清洗瓷瓶水泥污垢，《黑龙江电力技术》，1992，14（4），213，216。

【4】Patent:Saito,Toshihiro,Yoshida,Shoji,Fujiwara,Tsuneo,COM POSITION FOR DISSOLVING OR DETERIORATING CONCRETES,JP27198 87,1997,November.。