CN106866022A - 一种内养护型混凝土防裂抗渗剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内养护型混凝土防裂抗渗剂及其制备方法，其中，按重量份数计，防裂抗渗剂原料包括：粉煤灰30～60份，石膏粉10～30份，氧化镁5～50份，磷酸氢二铝3～15份，硫酸铝钾3～15份，聚丙烯酸钠0.1～1份，羟丙基甲基纤维素0.1～1份，甲基硅醇钠0.1～1份，葡萄糖酸钠0.1～1份。本发明防裂抗渗剂具有健康环保，整体抗裂性能优异，降低混凝土水化温升，抗渗效果显著，增强混凝土强度，提高混凝土密实性、耐久性、体积稳定性以及激发胶凝体系活性改善混凝土施工性能等优点。

Description

一种内养护型混凝土防裂抗渗剂及其制备方法
技术领域
本发明本发明涉及水工建筑材料技术领域，具体是一种具有内养护作用的混凝土防裂抗渗剂及其配制方法。
背景技术
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，广泛应用于建筑领域行业。但是，由于混凝土(尤其大体积混凝土及高强混凝土等)自身存在收缩变形的现象，在使用过程中往往会出现混凝土开裂、强度、防渗、抗侵蚀等性能降低的情况。目前市场上普遍使用膨胀剂来作为补偿收缩材料来改善混凝土抗体积形变的性能，但是使用后混凝土仍存在水化热高、收缩变形大、开裂、渗漏等现象，且强度大幅度的降低。同时，国内各种类型的混凝土补偿收缩材料绝大部分是利用纯原料进行高温处理，既造成了巨大的能源消耗，又给环境带来了不同程度的影响，而且产品生产成本高、市场销售价格昂贵。此外，国外进口产品虽说具有一定的防裂抗渗性能，但是效果并不明显。因此，对于混凝土建筑，特别是对于大体积混凝土、高强度的混凝土建筑(如水电大坝、军事工程、核电工程、地铁等)，寻找一种新型补偿收缩材料，能在保证混凝土强度的前提下解决混凝土形变的问题，防止混凝土开裂和渗漏，一直是建筑科技者重大研究课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能降低混凝土水化温升、补偿体积收缩、激发胶凝体系活性而达到提高体积稳定性、增加密实性、改善耐久性的内养护型防裂抗渗剂及制备方法。
本发明的技术方案为：一种内养护型混凝土防裂抗渗剂，按重量份数计，其原料包括：粉煤灰30～60份，石膏粉10～50份，氧化镁5～50份，磷酸氢二铝3～15份，硫酸铝钾3～15份，聚丙烯酸钠0.1～1份，羟丙基甲基纤维素0.1～1份，甲基硅醇钠0.1～1份，葡萄糖酸钠0.1～1份。
优选地，所述内养护型混凝土防裂抗渗剂按重量份数计，其原料包括：粉煤灰35份，石膏粉20份，氧化镁20，磷酸氢二铝8份，硫酸铝钾6份，聚丙烯酸钠0.6份，羟丙基甲基纤维素0.5份，甲基硅醇钠0.4份，葡萄糖酸钠0.5份。
优选地，所述粉煤灰烧失量≤5％，以粉煤灰的总重为100％计，其中SiO2的重量百分含量为30％～60％，Al2O3的重量百分含量为20％～40％。
优选地，所述石膏粉的烧失量≤5％，以石膏粉的总重为100％计，其中CaO的重量百分含量为20％～50％，SO3的重量百分含量为40％～70％。
优选地，所述氧化镁的烧失量≤5％，纯度为85％～100％。
优选地，所述聚丙烯酸钠有效保水率为90％以上。
本发明内养护型混凝土防裂抗渗剂产品比表面积≥400m2/kg，烧失量≤5％。
本发明还公开了一种内养护型混凝土防裂抗渗剂的制备方法，包括如下步骤：按照上述内养护型混凝土防裂抗渗剂的配方分别称取各组分；将上述各组分加入球磨机中，球磨时间为15～30min，即可制得内养护型混凝土防裂抗渗剂。
本发明内养护型混凝土防裂抗渗剂可作为混凝土外加剂，优选地，所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂占胶凝材料总重量的8％～12％。
本发明防裂抗渗剂具有健康环保，整体抗裂性能优异，降低混凝土水化温升，抗渗效果显著，增强混凝土强度，提高混凝土密实性、耐久性、体积稳定性以及激发胶凝体系活性改善混凝土施工性能等优点。采用本发明防裂抗渗剂改良后的混凝土密实度好无开裂，混凝土强度和抗渗等级符合设计要求。
附图说明
图1绝热温升值对比曲线图；
图2龄期在360天内干缩值对比曲线图；
图3龄期在90天内膨胀应变对比曲线图；
图4抗裂指数对比图。
具体实施方式
一种内养护型混凝土防裂抗渗剂，按重量份数计，其原料包括：粉煤灰30～60份，石膏粉10～50份，氧化镁5～50份，磷酸氢二铝3～15份，硫酸铝钾3～15份，聚丙烯酸钠0.1～1份，羟丙基甲基纤维素0.1～1份，甲基硅醇钠0.1～1份，葡萄糖酸钠0.1～1份。
在上述原料中，氧化镁能够有效减轻混凝土前期的水化热，降低收缩变形，另一方面，由于氧化镁具有优秀的膨胀性能，能高效地延长膨胀时间、调整膨胀速率，有效的补偿混凝土的收缩率，使得混凝土少收缩或不收缩。研究发现，单独使用氧化镁作为混凝土用防裂抗渗剂，混凝土的后期膨胀量不稳定，容易导致混凝土开裂，而在氧化镁中加入粉煤灰、石膏粉，三者之间能产生协同作用，对混凝土抗压、拉伸性能的提高有明显的增强作用，且后期膨胀量一直处于较稳定的状态。优选地，所述氧化镁的烧失量≤5％，纯度为85％～100％；优选地，所述粉煤灰烧失量≤5％，以粉煤灰的总重为100％计，其中SiO2的重量百分含量为30％～60％，Al2O3的重量百分含量为20％～40％；优选地，所述石膏粉的烧失量≤5％，以石膏粉的总重为100％计，其中CaO的重量百分含量为20％～50％，SO3的重量百分含量为40％～70％。
磷酸氢二铝、硫酸铝钾能与混凝土中水化产物反应，生产难溶于水的晶体填充在毛细孔隙中，形成防水层，提高混凝土抗渗能力。磷酸氢二铝、硫酸铝钾中铝离子还能与混凝土中钙离子、甲基硅酸离子形成配合物网络结构，提高混凝土整体抗裂能力和抗折能力，硫酸铝钾改善混凝土的工作性能，提高混凝土的各龄期强度、抗渗性能、密实度等。
聚丙烯酸钠能与混凝土中钙离子形成不溶性盐，引起分子交联而凝胶化沉淀，增大凝胶防水层的厚度，提高混凝土耐久性，此外，聚丙烯酸钠还能起到助膜剂、分散剂和保水剂的作用，能够促使防水剂混合物的流动性增强，从而加快混合物的均匀速度和渗透速度，防止抗渗剂不均匀产生的空隙，进而提高混凝土抗渗性能。优选地，所述聚丙烯酸钠有效保水率为90％以上。
羟丙基甲基纤维素能够使抗渗剂与混凝土之间发生充分的化学反应，提高混凝土的粘度、抗拉能力，还能增强混凝土的保水能力和抗裂性能等。
甲基硅醇钠掺入防水组分，通过合成与反应在混凝土可以形成许多的胶体及结合物填充于混凝土中，堵塞了混凝土中的毛细孔隙，减少了孔隙率，提高了混凝土的密实度和抗渗透能力。
葡萄糖酸钠能增强混凝土的抗压强度，进一步提高混凝土防裂抗渗性能。
上述各组分采用最佳配比且组分之间有效结合，促使混凝土中活性成分进行优势互补和合理有效重组，保障了混凝土收缩补偿和强度的增长，能够在有效的保证混凝土强度的基础上，提高防裂抗渗性能。
优选地，所述内养护型混凝土防裂抗渗剂按重量份数计，其原料包括：粉煤灰35份，石膏粉20份，氧化镁20份，磷酸氢二铝8份，硫酸铝钾6份，聚丙烯酸钠0.6份，羟丙基甲基纤维素0.5份，甲基硅醇钠0.4份，葡萄糖酸钠0.5份。
本发明内养护型混凝土防裂抗渗剂产品比表面积≥400m2/kg，烧失量≤5％。
本发明内养护型混凝土防裂抗渗剂可作为混凝土外加剂，优选地，所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂占胶凝材料总重量的8％～12％。
本发明还公开了一种内养护型混凝土防裂抗渗剂的制备方法，包括如下步骤：按照重量份数分别称取各组分；将上述各组分加入球磨机中，球磨时间为15～30min，即可制得内养护型混凝土防裂抗渗剂。
采用上述方法制备本发明内养护型混凝土防裂抗渗剂，经检测，不同配方的内养护型混凝土防裂抗渗剂各性能随球磨时间变化的幅度相同，故在下述实施例中仅列举其中一种制备方法用于制备本发明的内养护型混凝土防裂抗渗剂，而该制备方法并不作为本发明实施例的进一步限定。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种内养护型混凝土防裂抗渗剂，按重量份数计，其原料包括：粉煤灰35份，石膏粉20份，氧化镁20份，磷酸氢二铝8份，硫酸铝钾6份，聚丙烯酸钠0.6份，羟丙基甲基纤维素0.5份，甲基硅醇钠0.4份，葡萄糖酸钠0.5份。本实施例内养护型混凝土防裂抗渗剂的制备方法，包括如下步骤：按照重量份数分别称取各组分；将上述各组分加入球磨机中，球磨时间为20min，即可制得内养护型混凝土防裂抗渗剂。
实施例2
一种内养护型混凝土防裂抗渗剂，按重量份数计，其原料包括：粉煤灰50份，石膏粉29.4份，氧化镁20份，磷酸氢二铝10份，硫酸铝钾8份，聚丙烯酸钠0.6份，羟丙基甲基纤维素0.8份，甲基硅醇钠0.7份，葡萄糖酸钠0.9份。本实施例防裂抗渗剂的制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种内养护型混凝土防裂抗渗剂，按重量份数计，其原料包括：粉煤灰50份，石膏粉25份，氧化镁44.2份，磷酸氢二铝10份，硫酸铝钾8份，聚丙烯酸钠0.8份，羟丙基甲基纤维素0.6份，甲基硅醇钠0.3份，葡萄糖酸钠0.2份。本实施例防裂抗渗剂的制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种内养护型混凝土防裂抗渗剂，按重量份数计，其原料包括：粉煤灰60份，石膏粉10份，氧化镁20份，磷酸氢二铝10份，硫酸铝钾3份，聚丙烯酸钠0.1份，羟丙基甲基纤维素0.1份，甲基硅醇钠0.1份，葡萄糖酸钠0.1份。本实施例防裂抗渗剂的制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种内养护型混凝土防裂抗渗剂，按重量份数计，其原料包括：粉煤灰30份，石膏粉30份，氧化镁50份，磷酸氢二铝3份，硫酸铝钾15份，聚丙烯酸钠1份，羟丙基甲基纤维素1份，甲基硅醇钠1份，葡萄糖酸钠1份。本实施例防裂抗渗剂的制备方法与实施例1相同。
对比例1
一种混凝土防裂抗渗剂，按重量份数计，其原料包括：粉煤灰35份，石膏粉20份，氧化镁28份，硫酸铝钾6份，聚丙烯酸钠0.6份，羟丙基甲基纤维素0.5份，甲基硅醇钠0.4份，葡萄糖酸钠0.5份。
对比例2
一种混凝土防裂抗渗剂，按重量份数计，其原料包括：粉煤灰35份，石膏粉20份，氧化镁26份，磷酸氢二铝8份，聚丙烯酸钠0.6份，羟丙基甲基纤维素0.5份，甲基硅醇钠0.4份，葡萄糖酸钠0.5份。
对比例3
一种混凝土防裂抗渗剂，按重量份数计，其原料包括：粉煤灰35份，石膏粉20份，氧化镁20.6份，磷酸氢二铝8份，硫酸铝钾6份，羟丙基甲基纤维素0.5份，甲基硅醇钠0.4份，葡萄糖酸钠0.5份。
将上述实施例及对比例中的防裂抗渗剂掺入混凝土中，掺量占胶凝材料总重量的10％，混凝土部分性能测试结果如下：
从上述测试结果可以看出，掺入本发明实施例内养护型混凝土防裂抗渗剂的混凝土性能均优于掺入对比例的混凝土。
对比例4
采用内掺法向普通混凝土中掺入本发明实施例1防裂抗渗剂，掺量占胶凝材料重量的10％，将普通混凝土作为空白对照组，分别对空白对照组及掺入本发明实施例1防裂抗渗剂所得的混凝土的性能进行测试并对比，其中龄期在28天内绝对温升值、龄期在360天内的干缩值以及龄期在90天内膨胀应变对比结果见图1-3。
根据测试结果，采用下列公式计算混凝土抗裂指数：
注：K为抗裂指数；εp为极拉值，RL为轴拉强度；G为自变；α为线性膨胀系数；T为水化热温升；εs为干缩率。
空白对照组与掺杂本发明实施例1防裂抗渗剂混凝土的抗裂指数对比如图4所示。
发明人还将本发明防裂抗渗剂用于替代粉煤灰/磷渣粉所得的混凝土的性能进行了大量长期监测与实践，经检验发现，本发明产品各项技术指标达到或者超过国家标准，将本发明产品用于混凝土中其优点是显而易见的，本发明防裂抗渗剂具有以下优点：
(1)改善拌合物性能：改善混凝土拌合物的粘聚性和抗分离性，减少泌水，提高混凝土浇筑密实度。掺入混凝土中，替代粉煤灰等优质掺合料，增加或减少用水量在(-2～2)kg/m3范围。
(2)降低水化热：降低胶凝材料早期水化热，降低混凝土绝热温升值，推迟温升峰值出现时间，从而简化温控措施、降低温控成本。替代水泥或粉煤灰，7d水化热可分别降低(30～60)kJ/m3和(0～10)kJ/m3，混凝土28d绝热温升可降低(1.5～3.0)℃。
(3)提高强度：激发混合材、掺合料活性，提高混凝土后期强度，尤其是后期劈拉强度、轴拉强度和极限拉伸值。替代粉煤灰，混凝土90d抗压强度、劈拉强度、轴拉强度和极限拉伸值可分别提高0～15％、8％～35％、5％～25％和2～15％。
(4)改善耐久性：改善混凝土孔结构，增强混凝土密实度，提高混凝土抗冻融、抗渗性和耐腐蚀性等长期耐久性能，其中90d抗渗等级可提高W2以上。
(5)减少干缩：可显著降低混凝土各龄期的干缩值，减少因干燥引起的表面裂缝。替代粉煤灰或磷渣粉，混凝土360d龄期干缩值可分别降低(10～70)×10-6和(30～90)×10-6。
(6)补偿收缩：自生体积变形表现为微膨胀，膨胀起止时间、膨胀量可控，膨胀量回落值可控在较小范围，有效补偿混凝土体积收缩，显著改善大体积混凝土的体积稳定性。相对普通防裂抗渗剂的混凝土，掺内养护型防裂抗渗剂的混凝土自生体积变形在15天后其膨胀值还能保持在(30～120)×10-6范围，提供后期水化需要的水分；膨胀峰值出现在14d以前，在60d～120d龄期内达到稳定，且膨胀回落值不大于30×10-6。
(7)提高综合抗裂能力：改善复合胶凝材料的砂浆脆性系数，显著提高大体积混凝土的抗裂性能。
(8)施工方便：为满足施工操作要求，内养护型混凝土防裂抗渗剂作为混凝土外加剂，在施工过程中可直接采用内掺法或外掺法进行拌合。
(9)无毒环保：本发明内养护型防裂抗渗剂为无毒无味的粉状材料，健康环保。易于施工。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种内养护型混凝土防裂抗渗剂，其特征在于：按重量份数计，其原料包括：粉煤灰30～60份，石膏粉10～30份，氧化镁5～50份，磷酸氢二铝3～15份，硫酸铝钾3～15份，聚丙烯酸钠0.1～1份，羟丙基甲基纤维素0.1～1份，甲基硅醇钠0.1～1份，葡萄糖酸钠0.1～1份。
2.如权利要求1所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂，其特征在于：按重量份数计，其原料包括：粉煤灰35份，石膏粉20份，氧化镁20份，磷酸氢二铝8份，硫酸铝钾6份，聚丙烯酸钠0.6份，羟丙基甲基纤维素0.5份，甲基硅醇钠0.4份，葡萄糖酸钠0.5份。
3.如权利要求1所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂，其特征在于：所述粉煤灰烧失量≤5％，以粉煤灰的总重为100％计，其中SiO2的重量百分含量为30％～60％，Al2O3的重量百分含量为20％～40％。
4.如权利要求1所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂，其特征在于：所述石膏粉的烧失量≤5％，以石膏粉的总重为100％计，其中CaO的重量百分含量为20％～50％，SO3的重量百分含量为40％～70％。
5.如权利要求1所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂，其特征在于：所述氧化镁的烧失量≤5％，纯度为85％～100％。
6.如权利要求1所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂，其特征在于：所述聚丙烯酸钠有效保水率为90％以上。
7.如权利要求1～6所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂，其特征在于：所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂比表面积≥400m2/kg，烧失量≤5％。
8.一种内养护型混凝土防裂抗渗剂的制备方法，包括如下步骤：按照权利要求1～6任一所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂的配方分别称取各组分；将上述各组分加入球磨机中，球磨时间为15～30min，即可制得内养护型混凝土防裂抗渗剂。
9.权利要求1～6所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂作为混凝土外加剂应用。
10.如权利要求9所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂作为混凝土外加剂应用，其特征在于：所述的内养护型混凝土防裂抗渗剂占胶凝材料总重量的8％～12％。
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