CN100594194C - 高分子吸水保水材料作为混凝土防裂剂的用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子吸水保水材料作为混凝土防裂剂的用途。本发明采用高分子吸水保水材料作为混凝土防裂剂，在不损害混凝土强度的前提下，显著降低混凝土的收缩变形性能，达到混凝土防裂的目的。高分子吸水保水材料作为混凝土防裂剂可以直接在混凝土内部供应湿度，有效地控制了自收缩的产生，也使水泥得到了最大程度的水化，解决混凝土的自干燥问题。还可以利用其颗粒细度小、易分散、强吸水性等特点来定量控制自养护组分的掺加量，进而控制水化水分含量来实现分阶段自养护的目的，达到施工快速简便，实现结构抗裂要求。本发明通过高分子吸水保水材料来调节混凝土内部湿度来达到改善收缩，从而提高混凝土的耐久性和安全性。

Description

高分子吸水保水材料作为混凝土防裂剂的用途

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及高分子吸水保水材料作为混凝土防裂剂的用途。

背景技术

混凝土工程耐久性是国际工程界关注的重大课题，全世界因为混凝土丧失耐久性造成的经济和社会损失十分巨大。现代混凝土技术的发展越来越强调耐久性的研究。现代混凝土是在常规的生产工艺和水泥、砂石等原材料基础上，通过掺加高效外加剂和矿物掺和料(如硅粉、磨细矿渣、粉煤灰等)来改善微观结构与界面过渡区，达到提高耐久性的目的。与传统混凝土相比，现代混凝土具有如下优点：强度更高因而结构尺寸更小，这就使得结构自重减轻、使用面积增加、材料用量减少；弹性模量更高，因而结构变形更小、刚度更大、稳定性更好；耐久性能高，因而结构的维修和重建费用少，工作寿命大幅度延长。

然而，近年来有些国家的论文指出现代混凝土的易裂性。不管是在实际工程应用中，还是在试验室都发现，现代混凝土普遍具有发生早期裂纹的趋势，而且在采取通常措施控制湿气的挥发和温度的变化后，仍然不能很好地消除裂纹的产生。由于现代混凝土本身的组成与结构特点，浆体粘稠、保水性好，水分迁移受到一定限制，且因为低水胶比而使其自收缩现象突出。这里的自收缩是指由于混凝土内部相对湿度随水化的进展而降低进而造成毛细孔中水分不饱和并由此产生负压引起的混凝土收缩。对处于约束条件下的混凝土构件，收缩在其内部产生应力，当应力超过抗力时，导致混凝土开裂。工程实践表明，尽管现代混凝土总收缩并不比传统混凝土的大，但由于更多的收缩发生在早期，现代混凝土的收缩与开裂问题已经成为工程实践中普遍和严重的问题，即使在严格的养护制度下，混凝土的开裂也时有发生，因而削弱了混凝土的耐久性。如何提高现代混凝土抗裂性，保证其服役寿命，成为当前混凝土研究的一个热点。

要解决上述问题，现有技术采用的措施主要有：

外界供水养护。与高分子吸水保水材料提供内部供水养护相比，外界供水养护不仅要消耗一定的人力物力，而且养护质量也不稳定，且对于现代混凝土而言，外界供水养护无法逾越其致密的结构层，不能有效的提供养护水分，且对于现场梁柱构件，其外部供水养护又存在着局限性，致使混凝土养护不足，因此无法满足现代混凝土性能提高的需要。

液态成膜养护剂养护混凝土。该方法是在新成型的混凝土表面喷涂一层液态成膜养护剂，随着溶剂的挥发，逐渐形成一层不透水的密封膜，使混凝土不致失去太多的水分，达到养护的目的。它不受施工场地、结构形状的限制，施工方便，可以弥补围水养护的局限性，但是该方法对于表面积大和水灰比小的混凝土养护效果较差，相对于水养护而言，其强度和性能有所降低。此外液态成膜养护剂只能够保水，且保水性能受材料的密闭性能所决定，不能为现代混凝土的水化供水以解决水分不足的问题。

减缩剂改善混凝土收缩。该方法是在混凝土中添加一种具有表面活性物质，当混凝土由于干燥而在毛细孔中形成毛细管张力使混凝土收缩时，因减缩剂的存在使得毛细管张力下降，从而使得混凝土的宏观收缩值降低。由于混凝土的干缩和自收缩的主要原因均是毛细管张力，所以混凝土减缩剂对减少混凝土的干缩和自缩均有一定的作用。该方法存在的主要问题是与混凝土材料体系如水泥，减水剂等之间的适应性问题，同时与高分子吸水保水材料相比，其成本较高，限制了减缩剂的推广与使用。

纤维增强通过提高混凝土的抗拉能力。该方法在混凝土材料体系中添加纤维，通过其物理力学作用，阻挡微裂纹的发展，消耗内部应力，并相应地增进混凝土裂后承载力与韧性的作用，从而改善混凝土的开裂。与高分子吸水保水材料相比，纤维增强技术在纤维的分散性以及与水泥浆体的粘聚上仍存在一定问题，同时应用成本也较大。

本发明涉及的高分子吸水保水材料是一种对水有特殊吸附作用的高分子复合材料，其内部带有强烈的亲水基团，与通常的海绵、纸纤维以及棉布等吸附材料不同，吸水性凝胶材料可吸收自身重量成百上千倍的水，同时膨胀成一种与水牢固结合的水凝胶。即使受到相当大的压力，这种凝胶中的水也很少被挤出。正是这一特殊功能使得吸水性高分子凝胶材料在被发现之后迅速发展。目前在医疗卫生、农林园艺、日用化工以及环境保护等工农业领域中得到了广泛应用。这种高分子吸水保水材料的主要成份是聚丙烯酰胺(10-20％)、聚醚高分子表面活性剂(2-7％)、膨润土(22-33％)、雷托石(42-50％)、聚丙烯(5-12％)等，主要经过快速搅拌，在50～70℃温度范围聚合，最后磨细的生产工艺而得到。

申请人发现，高分子吸水保水材料作为防裂剂在维持原有混凝土其它性能的同时，能有效改善混凝土收缩性能，从而提高混凝土的抗裂性。

发明内容：

本发明的目的在于提供高分子吸水保水材料作为混凝土防裂剂(Anti CrackingAdmixture，简称ACA)的用途，在维持原有混凝土其它性能的同时，能有效改善混凝土收缩性能，从而提高混凝土的抗裂性。

为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案是：高分子吸水保水材料作为混凝土的防裂剂的用途。

按照本发明，将高分子吸水保水材料磨细至粒径为80-150目的颗粒，然后在水中浸泡至吸水饱和得到凝胶体；在混凝土制备过程中，将凝胶体与混凝土拌和水一同加入。

上述高分子吸水保水材料的掺量为混凝土中胶凝材料的0.03-0.05wt％。

按照本发明，使用中混凝土拌和水的加入量为按常规方法中混凝土的水用量扣除凝胶体中所含的水量。

按照本发明，对于采用二次加入混凝土拌和水制备混凝土的工艺，将凝胶体与第一次混凝土拌和水一同加入。

所述高分子吸水保水材料由重量百分比的10-20％的聚丙烯酰胺(平均分子量300-800万)、2-7％的聚醚高分子表面活性剂(平均分子量1000-1600)、22-33％的膨润土、42-50％的雷托石、5-12％的聚丙烯(平均分子量6000-10000)为原料制备得到。

本发明采用高分子吸水保水材料作为混凝土防裂剂，在不损害混凝土强度的前提下，显著降低混凝土的收缩变形性能，达到混凝土防裂的目的。

高分子吸水保水材料作为混凝土防裂剂可以直接在混凝土内部供应湿度，有效地控制了自收缩的产生，也使水泥得到了最大程度的水化，解决混凝土的自干燥问题。还可以利用其颗粒细度小、易分散、强吸水性等特点来定量控制自养护组分的掺加量，进而控制水化水分含量来实现分阶段自养护的目的，达到施工快速简便，实现结构抗裂要求。

由于混凝土收缩对裂缝的产生有着致关重要的作用，本发明通过高分子吸水保水材料来调节混凝土内部湿度来达到改善收缩，从而提高混凝土的耐久性和安全性的方法，具有重要的经济和社会价值。

附图说明

图1是本发明高分子吸水保水材料作为混凝土防裂剂在混凝土中的应用工艺。

图2是高分子吸水保水材料对砂浆强度的影响。

图3是高分子吸水保水材料对混凝土强度的影响。

图4是高分子吸水保水材料对混凝土自收缩的影响。

具体的实施方式：

本发明涉及的高分子吸水保水材料的主要由重量百分比的10-20％的聚丙烯酰胺(平均分子量300-800万)、2-7％的聚醚高分子表面活性剂(平均分子量1000-1600)、22-33％的膨润土、42-50％的雷托石、5-12％的聚丙烯(平均分子量6000-10000)制备得到。

其制备过程为：将聚丙烯酰胺、聚醚高分子表面活性剂、膨润土、雷托石、聚丙烯在50～70℃混合搅拌20-40分钟，然后磨细至粒度为60-80目，即得高分子吸水保水材料。

如图1所示：

本发明采用上述的高分子吸水保水材料作为防裂剂，实施时先将防裂剂粗颗粒磨细得到细颗粒。用水做载体溶剂，使磨细颗粒预吸水饱和，吸水倍率由吸水试验确定为1∶140，获得吸水饱和凝胶。投入经计量的砂、石骨料，搅拌30s后投入胶凝材料(水泥、粉煤灰)，一同搅拌30s。再投入吸水饱和凝胶和一部分拌合水，搅拌60s后投入剩余水和减水剂共同搅拌90s，最后出盘装模。具体材料投入量见表1。

表1混凝土配合比

(1)考虑到防裂剂加入后，其在混凝土内部释放水分后会残余一部分孔隙，为了减小防裂剂残余孔隙对混凝土性能可能产生的不利影响，在使用前应预先将防裂剂颗粒尽可能磨细，形成细小颗粒。综合考虑应用效果和操作工艺将颗粒粒径设定120目。

(2)依据防裂剂作用机理，拌和前利用其自身的高倍率吸水特性，预先浸泡，使其吸水饱和。

(3)使用中实际加入的水分应扣除防裂剂凝胶中所含的水分，保持混凝土水胶比，维持混凝土原有强度。

(4)为了改善混凝土骨料与水泥浆体界面结构，达到高性能的目的，混凝土试验采用二次加水工艺。在相同水胶比条件下，该工艺能够降低混凝土中空气含量，减少泌水，使混凝土结构更加密实，孔隙分布更加合理，孔隙率进一步降低。

(5)吸水后的防裂剂形成凝胶，在混凝土成型的时候，与第一次加入的拌合水一同加入。

(6)通过对混凝土强度试验，推荐的防裂剂适用掺量为0.04％，这里的掺量是指未吸水的防裂剂固体颗粒占胶凝材料的质量比例。

混凝土性能试验结果，显示使用高分子吸水保水材料做为混凝土防裂剂具有良好的效果。

(1)强度

砂浆强度试验借鉴GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行。

由图2看出，掺有ACA后砂浆的强度不同养护条件和龄期时强度均能保持或降低不超过5％。

混凝土强度试验按照DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》进行。

由图3看出，掺有ACA后混凝土在不同养龄期时强度均能保持同一水平或降低不超过5％。

(2)干缩

混凝土强度试验按照DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》进行

表2 混凝土收缩试验结果

表2显示：掺有ACA的混凝土与基准混凝土相比，混凝土3d、7d、14d和28d干燥收缩百分比分别为：77％，73％，80％和89％。

(3)自收缩

净桨自收缩采用排液法，试验方法：取适当比例水泥、水制备成浆体，(水胶比与混凝土试验相同)放入玻璃管中振实，然后用液体石蜡将玻璃管充满，将量管***胶塞中，用胶塞塞紧瓶口，并把胶塞与瓶口接触处用石蜡密封，使液面上升至接近量管的最高刻度处。将仪器置于标准养护室中，待液面稳定后即可读取液面起始读数。开始时，记录数据间隔取短一些，以后记录时间间隔可以适当取长。

由图4可见，掺有ACA的体系体积变化率减小，自收缩明显得到改善。

(4)开裂

采用受限制条件下，评价混凝土的收缩开裂行为。使用改进后的椭圆环约束开裂试验用计算机实时监测椭圆环约束的砂浆初始裂缝出现时间，试样成型时充分振捣以排除大气泡，成型后的试样在潮湿养护条件下养护18h，然后脱去试样外模，最后，将试样放置在(20±3)℃，相对湿度(60±5)％的干燥室中干燥养护。

试验结果表明：掺有ACA的体系，初始裂缝出现时间由122.42小时，延长到137.5小时，可见ACA的掺入有效地降低了早期收缩开裂可能性。

Claims (5)

1.高分子吸水保水材料作为混凝土的防裂剂的用途；所述高分子吸水保水材料由重量百分比的10-20％的平均分子量300-800万的聚丙烯酰胺、2-7％的平均分子量1000-1600的聚醚高分子表面活性剂、22-33％的膨润土、42-50％的雷托石、5-12％的平均分子量6000-10000的聚丙烯为原料制备得到。

2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：将高分子吸水保水材料磨细至粒径为80-150目的颗粒，然后在水中浸泡至吸水饱和得到凝胶体；在混凝土制备过程中，将凝胶体与混凝土拌和水一同加入。

3.根据权利要求2所述的用途，其特征在于：高分子吸水保水材料的掺量为混凝土中胶凝材料的0.03-0.05wt％。

4.根据权利要求2所述的用途，其特征在于：使用中混凝土拌和水的加入量为按常规方法中混凝土的水用量扣除凝胶体中所含的水量。

5.根据权利要求2或3或4所述的用途，其特征在于：对于采用二次加入混凝土拌和水制备混凝土的工艺，将凝胶体与第一次混凝土拌和水一同加入。

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