CN101367633B - 一种混凝土用智能减缩剂及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明是针对现代混凝土水胶比低、矿物外加剂量大品杂的特点，其内部水分难以满足胶凝材料充分水化要求，且外部供水养护效果不佳而研发的一种新材料。本发明的目的在于提供一种混凝土用智能减缩剂制备工艺流程，及其作为混凝土减缩剂可以智能化地在混凝土内部提供湿度，其掺量为混凝土中胶凝材料的0.03-0.05wt％。试验结果表明，该智能减缩剂对混凝土内水分有一定的保持作用，其水分在混凝土材料内部能够形成智能释放养护机制，在不明显降低混凝土强度的前提下，通过在混凝土中掺入适量的智能减缩剂，可以显著降低混凝土的收缩变形性能，达到提高混凝土耐久性的目的。

Description

一种混凝土用智能减缩剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及混凝土用智能减缩剂及其制备方法和应用。

背景技术

混凝土是当代建筑工程用量最大的建筑材料，自1824年水泥问世及混凝土的随之诞生以来，至今已有近200年的历史，混凝土工程技术总是伴随着工程建设的需要和科学技术发展而进步的。与此同时，混凝土在应用过程中会出现许多新的问题，近年来尤为突出的是混凝土的耐久性劣化问题。由于耐久性不足导致结构破坏的事故时有发生，由此造成的经济损失也是难以估量的。

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。其普遍具有发生早期裂纹的趋势，目前虽然对裂缝的成因已有较一致的认识，并提出了许多见解和方法，但至今没有得到有效控制，且日趋严重。混凝土工程裂缝产生的原因很多，涉及到材料配合比、结构设计、施工及后期养护等各个环节，并且这些因素之间相互交叉影响和作用，使得混凝土工程裂缝控制变的十分复杂。单凭设计或施工方法，要从根本上消除非荷载裂缝尚有困难。

从工程结构失效破坏等特征来看，混凝土材料配合比应该是控制工程裂缝的第一要素，裂缝是结构破坏失效所表现的宏观形式，而产生裂缝的机理过程是与混凝土材料本体变化密切相关，早期混凝土工程裂缝的产生除受各种载荷作用影响之外，混凝土的收缩是很关键的。当前在控制混凝土开裂配合比优化设计中，有添加纤维、膨胀剂及减缩剂等措施，其目的都是降低各种收缩变形，但各种外加剂的作用机理和效果均有不同。就纤维的加入而言，它在一定程度上阻止了裂缝的扩展和延伸，但它主要起到分散或均化收缩应力分布的作用，而不能从根本上消除裂缝的产生；膨胀剂是通过与水泥水化产物进行一系列的化学反应，生成膨胀结晶来补偿混凝土的收缩，此过程要大量的水参与反应，在养护不良的情况下(如水分不充分)，膨胀剂的抗裂效果并不能充分发挥，因此其质量不稳定，与混凝土体系的适应性差，控制膨胀量以及膨胀时间都难以控制；传统的减缩剂是通过降低混凝土毛细管中液相的表面张力，使毛细管负压下降，减小收缩应力，性能较前两者好，但由于其成本较高，因此限制其推广应用的范围。

相对于传统的减缩剂，这里智能减缩剂(Intelligentized Shrinkage-Reducing Agent，简称ISRA)是一种对水有特殊吸附作用的高分子功能材料，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。

由于现代混凝土水胶比普遍偏低，故减水剂的使用现已成为混凝土配合比设计中不可或缺的一种组分。但由于减水剂的掺入，普遍会增大了混凝土的收缩，故而国家《混凝土外加剂》(GB8076-1997)规范中曾规定，即使一等品也允许收缩率比达135％。因此，本产品作为减缩型外加剂的研制和应用，为实现外加剂技术的全面提升，减少混凝土非荷载裂缝，提高混凝土耐久性成为可能，开创了一种绿色环保无污染的智能减缩剂，具有重要的社会效益和巨大的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混凝土用智能减缩剂及其制备方法和用途，所述智能减缩剂可以在混凝土内部提供湿度，在不明显降低混凝土强度的前提下，通过在混凝土中掺入适量的智能减缩剂，可以显著降低混凝土的收缩变形性能，达到提高混凝土耐久性的目的。

为实现本发明的目的，提供的技术方案是：一种混凝土用智能减缩剂，主要由重量百分比的10-20％的聚丙烯酰胺、2-7％的聚醚高分子表面活性剂、22-33％的膨润土、42-50％的雷托石和5-12％的聚丙烯构成。

上述聚丙烯酰胺的平均分子量(300-800)×10⁴、聚醚高分子表面活性剂的平均分子量1000-1600、聚丙烯的平均分子量6000-10000。

本发明还提供了上述的混凝土用智能减缩剂的制备方法：按上述比例，将聚丙烯酰胺、膨润土、雷托石和聚丙烯混合，并按聚丙烯酰胺与氢氧化钠的摩尔比为1∶1-1∶1.3的比例加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液，然后加入聚醚高分子表面活性剂，用超声波分散溶解均匀，加入酚酞指示剂后，再通入0.1mol/L的盐酸，直到溶液不再显红色为止，然后将得到的聚合物溶液在50-70℃下，进行30-50min的反应得到中间产物，将得到中间产物切割成0.5-2厘米大的小块，然后烘干至恒重得半成品，再在半成品中加入阻锈剂、稳定剂和去离子水，其用量分别为半成品总量的0.02，0.03和8-10倍，搅拌均匀后，超细粉碎，振荡溶胀后，过100目筛，即得智能减缩剂。

上述氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L，盐酸的浓度为0.1mol/L。

上述混凝土用智能减缩剂在制备混凝土中应用。

上述智能减缩剂掺量为混凝土中胶凝材料的0.03-0.05wt％。

上述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智能减缩剂吸水饱和形成凝胶体中所含的水分的水量。

对于采用二次加入混凝土拌和水制备混凝土的工艺，将智能减缩剂吸水饱和形成凝胶体与第一次混凝土拌和水一同加入。

本发明与传统的减缩剂的作用原理不同，在有效地控制了自收缩产生的同时，也使水泥得到了最大程度的水化，极大解决了混凝土干燥收缩的问题。在实际工程中，可以利用其颗粒细度小、易分散、强吸放水性等特点来定量控制智能减缩剂的掺加量，进而控制水化水分含量来实现分阶段减缩的目的，达到施工快速简便，实现结构低收缩的要求。由于智能减缩剂掺入混凝土之后，其颗粒细度和掺量均会对混凝土性能产生不同影响，通过试验确定智能减缩剂在混凝土中的细度、掺量等应用指标，同时给出智能减缩剂应用于混凝土的方法。

我国大量建(构)筑工程因混凝土耐久性问题而丧失使用功能，造成巨额经济损失。由于混凝土收缩对裂缝的产生有着致关重要的作用，所以通过智能减缩剂来调节混凝土内部湿度，从而实现从根本上改善混凝土收缩的目的，进而提出提高混凝土的耐久性和安全性的方法，因此，本发明智能减缩剂的成功研制，必将带来巨大的经济和社会效益。

附图表说明

图1智能减缩剂制备工艺流程图；

图2智能减缩剂在混凝土中的应用工艺；

图3智能减缩剂对混凝土强度的影响；

图4智能减缩剂对混凝土自收缩的影响。

具体的实施方式

1、智能减缩剂的制备

智能减缩剂制备过程为：将聚丙烯酰胺、膨润土、雷托石、聚丙烯按照如下三个实施实例所示，并按聚丙烯酰胺与氢氧化钠的摩尔比为1∶1的比例加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液配比配料，聚合溶液的溶解温度控制在35℃以内，在此过程中应用超声波分散技术使聚合溶液实现充分溶解和散热，然后加入聚醚高分子表面活性剂后，应用超声波再次分散溶解，加入酚酞指示剂后，再通入0.1mol/L的盐酸，直到溶液不再显红色为止；然后将得到的聚合物溶液在50～70℃下，进行大约40min的反应，将得到中间产物切割成1厘米大的小块，然后调整烘箱的温度为80℃，直到烘至恒重为止，接着分别加入阻锈剂、稳定剂和去离子水，其用量分别为半成品总量的0.02，0.03和8倍，搅拌均匀后，再利用胶体磨机进行超细粉碎，振荡溶胀后，使其通过100目的筛子，即得本发明智能减缩剂产品，其流程图如图1所示。

实施例1：本发明智能减缩剂由10％的聚丙烯酰胺(平均分子量300万)、7％的聚醚高分子表面活性剂(平均分子量1600)、18％的膨润土、50％的雷托石、5％的聚丙烯(平均分子量6000)构成；以上百分比为重量百分比。

实施例2：本发明智能减缩剂由20％的聚丙烯酰胺(平均分子量800万)、2％的聚醚高分子表面活性剂(平均分子量1000)、22％的膨润土、44％的雷托石、12％的聚丙烯(平均分子量10000)构成；以上百分比为重量百分比。

实施例3：本发明智能减缩剂由12％的聚丙烯酰胺(平均分子量500万)、5％的聚醚高分子表面活性剂(平均分子量1300)、33％的膨润土、42％的雷托石、8％的聚丙烯(平均分子量8000)构成；以上百分比为重量百分比。

2、智能减缩剂在混凝土中的应用

实施时先将智能减缩剂用水做载体溶剂，使磨细颗粒预先吸水饱和，通过前期吸水试验，确定当吸水倍率为140时，可获得饱和凝胶体。首先加入表1所示试验配合比中砂、石骨料，搅拌30s后加入胶凝材料(水泥和矿渣)，一同搅拌30s。再加入吸水饱和凝胶和一部分拌合水，搅拌60s后加入剩余水和减水剂共同搅拌90s，最后出盘装模。具体智能减缩剂在混凝土中的应用工艺如图2所示。

表1混凝土试验配合比

(1)依据智能减缩剂作用机理，拌和前利用智能减缩剂自身的高倍率吸水特性，预先浸泡，使其吸水饱和。

(2)为了保持混凝土原有水胶比，维持混凝土原有强度，混凝土的实际用水量是，配合比中的用水量扣除智能减缩剂吸水饱和形成凝胶体中所含的水分的水量。

(3)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，是将配制好的智能减缩剂先与一部分拌合水加入，在搅拌1min后再加入剩余的拌合水。与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。

(4)通过对混凝土强度试验，推荐的智能减缩剂适用掺量为混凝土中胶凝材料总量的0.03-0.05wt％。

3、混凝土性能试验结果

(1)强度

混凝土强度试验参照DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》进行。

图3试验结果表明，掺有智能减缩剂后，对不同养护条件和龄期混凝土的强度都没有明显的影响。

(2)干缩

混凝土干缩试验参照DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》进行。

表2混凝土干缩试验结果

由表2试验结果表明，掺智能减缩剂的混凝土与空白样(单掺减水剂混凝土)相比，混凝土3d、7d、14d、21d和28d干燥收缩百分比分别为：74％，77％，81％，85％和86％。通过研究单掺减水剂以及智能减缩剂对混凝土干缩值的影响，试验结果表明，智能减缩剂能有效地发挥降低混凝土干缩值的作用。

(3)自收缩

净浆的自收缩试验采用排液法进行，具体试验步骤：按适当比例将胶凝材料和水制备成浆体，(水胶比与混凝土试验控制相同)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，并在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书。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。

图4试验结果表明，掺有智能减缩剂使混凝土体系体积变化率降低，故由于智能减缩剂的掺入，使混凝土的自收缩得到明显改善。

以上混凝土性能试验结果表明，在混凝土中掺入适量的智能减缩剂，能够在不明显降低混凝土强度的前提下，显著降低混凝土的收缩变形性能，从而达到提高混凝土耐久性的目的。

Claims (8)

1.一种混凝土用智能减缩剂，主要由重量百分比的10-20％的聚丙烯酰胺、2-7％的聚醚高分子表面活性剂、22-33％的膨润土、42-50％的雷托石和5-12％的聚丙烯构成。

2.根据权利要求1所述的智能减缩剂，其特征在于：聚丙烯酰胺的平均分子量(300-800)×10⁴、聚醚高分子表面活性剂的平均分子量1000-1600、聚丙烯的平均分子量6000-10000。

3.制备权利要求1或2所述的混凝土用智能减缩剂的方法，其特征在于：将聚丙烯酰胺、膨润土、雷托石和聚丙烯混合，并按聚丙烯酰胺与氢氧化钠的摩尔比为1∶1-1∶1.3的比例加入氢氧化钠溶液，然后加入聚醚高分子表面活性剂，用超声波分散溶解均匀，加入酚酞指示剂后，再通入盐酸，直到溶液不再显红色为止，然后将得到的聚合物溶液在50-70℃下，进行30-50min的反应得到中间产物，将得到中间产物切割成0.5-2厘米大的小块，然后烘干至恒重得半成品，再在半成品中加入阻锈剂、稳定剂和去离子水，其用量分别为半成品总量的0.02，0.03和8-10倍，搅拌均匀后，超细粉碎，振荡溶胀后，过100目筛，即得智能减缩剂。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L，盐酸的浓度为0.1mol/L。

5.权利要求1或2所述的混凝土用智能减缩剂在制备混凝土中的应用。

6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于：智能减缩剂掺量为混凝土中胶凝材料的0.03-0.05wt％。

7.根据权利要求5或6所述的用途，其特征在于：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智能减缩剂吸水饱和形成凝胶体中所含的水分的水量。

8.根据权利要求5或6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，将智能减缩剂吸水饱和形成凝胶体与第一次混凝土拌和水一同加入。

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