CN107500597A

CN107500597A - 一种水下不分散混凝土外加剂及其制备方法

Info

Publication number: CN107500597A
Application number: CN201710882108.1A
Authority: CN
Inventors: 王亚军; 卢祎
Original assignee: JIANGSU BAIRUIJI NEW MATERIAL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU BAIRUIJI NEW MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2017-12-22

Abstract

本发明提出了一种水下不分散混凝土外加剂及其制备方法，组成成份包括：改性絮凝剂溶液、聚羧酸减水剂、消泡剂和引气剂；各组成按质量百分比计为：改性絮凝剂溶液74～92％、聚羧酸减水剂7～25％、消泡剂0.02～0.6％、引气剂0.01～0.5％，能有效提高水下混凝土的粘聚性，保证混凝土在水下环境中的强度，有效改善混凝土的工作性能。

Description

一种水下不分散混凝土外加剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种水下不分散混凝土外加剂及其制备方法和应用。

背景技术

水下不分散混凝土的研究和应用已有40多年的历史，在水利、桥梁、海洋工程等领域发挥了巨大作用，成为现代混凝土施工技术中一项令人瞩目的专业技术。水泥虽然是水硬性材料，但若将混凝土拌合物直接置于水环境中时，由于水的冲洗作用，骨料将与水泥分离，部分被水带走，部分长期处于悬浮状态，使水泥失去了胶结骨料的能力，这样在水中直接浇筑的混凝土拌合物一般会出现浆骨料分离，进而不能满足工程要求。因此，传统水下混凝土施工要求在于环境水隔离的条件下浇筑，而且浇筑过程不能中断，以减少水的不利影响，但会带来工程量大、造价高和工期长等缺点。

桩基混凝土是一类典型的水下混凝土，由于在施工中都是采用水下灌注的方式，所浇筑的混凝土往往需要提高两个等级来避免由于混凝土在水下出现分散而引起的强度损失，然而长期实践表明，即使标号提高两个等级，水下桩基混凝土的质量仍难以保证，其原因是普通混凝土粘聚性不能满足水下环境的分散效果，混凝土在受水流作用后很容易出现裹水、夹泥甚至断桩。

解决桩基混凝土水下分散问题，需要提高混凝土拌合物的粘稠性，增强抗水洗能力。目前关于具有抗分散性能的外加剂国内外已有相关报道，该种外加剂主要有絮凝剂和辅助剂组成，其中絮凝剂的加入主要提高水泥浆体的粘性，大部分分为水溶性纤维素醚类和水溶性丙烯酸类聚合物，其主要功能都是增加混凝土拌合物的粘稠程度；无论是水溶性纤维素醚或水溶性丙稀酸类、聚丙烯酰胺类等线性聚合物在高离子浓度下粘度降低明显，易发生过掺现象，且其在干燥条件下又会脱水而发生体积收缩，导致混凝土干缩大等缺点也日益显现；辅助剂的主要作用是减少混凝土水下浇筑时的用水量、增加强度、改善混凝土的流动性和降低絮凝剂的掺量，辅助剂主要是由减水剂组成，其需要与絮凝剂有很好的相容性，但关于其***配比无详细研究。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种水下不分散混凝土外加剂及其制备方法，能有效提高水下混凝土的粘聚性，保证混凝土在水下环境中的强度，有效改善混凝土的工作性能。

具体的技术方案如下：

一种水下不分散混凝土外加剂，组成成份包括：改性絮凝剂溶液、聚羧酸减水剂、消泡剂和引气剂；各组成按质量百分比计为：改性絮凝剂溶液74～92％、聚羧酸减水剂7～25％、消泡剂0.02～0.6％、引气剂0.01～0.5％。

进一步地，所述改性絮凝剂溶液的制备方法：将改性絮凝剂溶于水中，在惰性气体保护下加入引发剂引发聚合反应，反应结束即得到改性絮凝剂溶液；改性絮凝剂是丙烯酰胺与内交联剂聚合而成的三维网状立体结构；该改性絮凝剂的重均分子量为1000万～8000万。

进一步地，所述丙烯酰胺与内交联剂的摩尔比为1：(0.001～0.5)。

进一步地，所述引发剂用量为丙烯酰胺质量的0.1～5％；所述引发剂为氧化还原型引发剂，其中，氧化剂组分和还原剂组分的摩尔比>1:1；所述氧化剂组分为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠和双氧水等中的一种或几种；还原剂组分为硫酸亚铁、亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、抗坏血酸等中的一种或几种。

进一步地，所述改性絮凝剂溶液的质量分数既固含量为0.5～1.5％，优选1％；该质量分数通过加入去离子水稀释得到。

进一步地，所述聚合反应的反应温度为20～60℃，反应时间为3～6h。

进一步地，所述消泡剂为聚醚消泡剂、乳化硅油和聚醚改性硅氧烷类消泡剂等中的一种或多种；本发明优选聚醚消泡剂。

进一步地，所述引气剂为聚醚引气剂、烷基苯磺酸盐类引气剂和改性三萜皂苷引气剂等中的一种或多种，本发明优选聚醚引气剂。

本发明所述水下不分散混凝土外加剂的制备方法：将改性絮凝剂溶液、聚羧酸减水剂、消泡剂和引气剂按比例混合搅拌均匀，即可得到水下不分散混凝土外加剂。

本发明所述的水下不分散混凝土外加剂是絮凝剂、减水剂以及其他助剂共混后的复配产物，可直接应用于现有常用的水下灌注桩混凝土中，掺量范围为胶凝材料质量的1.5％～3％。

本发明所用的改性絮凝剂由丙烯酰胺、内交联剂为原料，在引发剂作用下聚合而成，在胶凝材料颗粒之间可形成三维网状立体结构，可有效解决传统纤维素醚或水溶性丙稀酸类、聚丙烯酰胺类等线性絮凝剂在高离子浓度下粘度降低，易出现过掺现象从而导致混凝土呈现出“棉絮状”等问题；同时，结合了现有聚羧酸减水剂以及引发剂、消泡剂对水下不分散混凝土性能的调节作用，保证制得的水下不分散混凝土外加剂相容性好，混凝土粘聚性好，可有效避免由于混凝土在水下出现分散而引起的强度损失，并发挥絮凝剂抗水分散优点，增强混凝土粘聚性的同时避免由于絮凝剂引发的流动性较差问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明所述的水下不分散混凝土外加剂采用交联型絮凝体系，可有效解决传统纤维素醚或水溶性丙稀酸类、聚丙烯酰胺类等线性絮凝剂在高离子浓度下粘度降低，易出现过掺现象从而导致混凝土呈现出“棉絮状”，影响机械施工等问题，可以有效改善混凝土的工作性能。

(2)本发明所述水下不分散混凝土外加剂能有效提高水下混凝土的粘聚性，抗分散性能优异，可保证混凝土在水下环境中的强度，减轻搅拌站为弥补水下混凝土强度损失而增加水泥用量引起的成本压力，水泥流失量小于3％，7天水陆强度比在75％以上，28天水陆强度比在85％以上。

(3)本发明所述的外加剂是改性絮凝剂和辅助剂的复合产品，利用保坍型聚羧酸减水剂的缓释效应，调控减水剂分子在水泥及其水化产物上的吸附速率，从而使配制的混凝土具有良好的分散及坍落度保持性，利用气泡优化助剂使配制的混凝土具有更好的自密实性。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下,任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。

实施例一

一种水下不分散混凝土外加剂，其组成包括：质量分数为1％的改性絮凝剂溶液XN-1，聚羧酸减水剂，聚醚类消泡剂prevol 544x和引气剂AE-Ⅱ，所述各组成按质量百分比计为：改性絮凝剂溶液87％，聚羧酸减水剂8％，聚羧酸减水剂4％，消泡剂0.6％，引气剂0.4％；将上述组分按配比逐步加入反应釜中，搅拌均匀，即得水下不分散混凝土外加剂W-1。

其中，所述改性絮凝剂溶液XN-1是在配有滴加装置、搅拌器、冷凝管、温度计、氮气导入装置的四口圆底烧瓶中，加入100g的去离子水、15g的丙烯酰胺单体、0.65g的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌直到单体全部溶解，并通入氮气，置换烧瓶内的空气；然后加热至40℃，加入0.1g的过硫酸铵，0.05g亚硫酸钠到烧瓶中，连续搅拌并保持烧瓶内部温度为40℃，恒温聚合反应4小时，降至室温静置12h后，加入去离子水稀释，得到质量分数约为为1％的改性絮凝剂溶液XN-1。

实施例二

一种水下不分散混凝土外加剂，其组成包括：质量分数为1％的改性絮凝剂溶液XN-2，聚羧酸减水剂，聚醚类消泡剂prevol 544x和引气剂AE-Ⅱ所述各组成按质量百分比计为：改性絮凝剂溶液84.2％，聚羧酸减水剂A 10％，聚羧酸减水剂B 5％，消泡剂0.3％，引气剂0.5％；将上述组分按配比逐步加入反应釜中，搅拌均匀，得水下不分散混凝土外加剂W-2。

其中，所述改性絮凝剂溶液XN-2是在配有滴加装置、搅拌器、冷凝管、温度计、氮气导入装置的四口圆底烧瓶中，加入100g的去离子水、15g的丙烯酰胺单体、0.3g的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌直到单体全部溶解；通入氮气，置换烧瓶内的空气；加热至40℃，然后将0.1g的过硫酸铵，0.05g亚硫酸钠加入到烧瓶中，连续搅拌并保持烧瓶内部温度为40℃开始聚合，加入恒温反应4小时，降至室温静置12h；然后加入去离子水稀释得到质量分数为1％的改性絮凝剂XN-2。

实施例三

一种水下不分散混凝土外加剂，其组成包括：质量分数1％的改性絮凝剂溶液XN-3，聚羧酸减水剂，聚醚类消泡剂prevol 544x和引气剂AE-Ⅱ,所述各组成按质量百分比计为：改性絮凝剂溶液85％，聚羧酸减水剂A9％，聚羧酸减水剂B 5％，消泡剂0.4％，引气剂0.6％；将上述组分逐步加入反应釜中，搅拌均匀得水下不分散混凝土外加剂W-3。

其中，所述改性絮凝剂溶液XN-3是在配有滴加装置、搅拌器、冷凝管、温度计、氮气导入装置的四口圆底烧瓶中，加入100g的去离子水、15g的丙烯酰胺单体、0.25g的二丙烯酰哌嗪，搅拌直到单体全部溶解；通入氮气，置换烧瓶内的空气；加热至40℃，然后将0.12g的过硫酸铵，0.08g抗坏血酸加入到烧瓶中，连续搅拌并保持烧瓶内部温度为40℃开始聚合，加入恒温反应4小时，降至室温静置12h；然后加入去离子水稀释得到质量分数为1％的改性絮凝剂XN-3。

将本发明实施例所述的水下不分散混凝土外加剂进行相关混凝土测试。C35水下不分散混凝土根据表1所示具体原料配比制得。混凝土性能测试实验均按照DL-T 5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》相关规定执行，混凝土性能测试结果见表2。

表1为C35水下不分散混凝土试验配比

注：外加剂掺量的含义为，外加剂按重量计占胶凝材料(即水泥、矿粉、粉煤灰总重量)的百分比；其中，水泥为镇江台泥水泥厂生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥；矿粉为武新矿粉厂生产；粉煤灰为阳逻Ⅱ级灰；砂细度模数为2.8；碎石为粒径为5-20mm连续级配的碎石。

表2为混凝土性能

从表2可知：采用本发明所述外加剂，混凝土性能测试结果均满足DL-T 5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》要求，并且掺入本发明所述外加剂对混凝土工作性能以及力学性能波动不大。而掺入传统的线性聚丙烯酰胺絮凝剂制备的外加剂，混凝土的流动性能出现小幅提升，但从水泥流失量和悬浊物含量来看，其抗分散能力有一定程度的削弱，进而导致混凝土强度有所降低，这可能与絮凝剂分子结构不同，对胶凝材料颗粒的锚固能力也有所差异引起的。本发明所述外加剂中的絮凝剂其分子结构均为三维网状立体结构，对颗粒吸附力更强，并且在高离子浓度下，网状立体结构更为稳定，有效解决了传统线性聚丙烯酰胺类絮凝剂因离子浓度过高导致粘度下降，抗分散能力减弱的问题。

Claims

1.一种水下不分散混凝土外加剂，其特征在于，组成成份包括：改性絮凝剂溶液、聚羧酸减水剂、消泡剂和引气剂；各组成按质量百分比计为：改性絮凝剂溶液74～92％、聚羧酸减水剂7～25％、消泡剂0.02～0.6％、引气剂0.01～0.5％。

2.如权利要求1所述的一种水下不分散混凝土外加剂，其特征在于，所述改性絮凝剂溶液的制备方法：将改性絮凝剂溶于水中，在惰性气体保护下加入引发剂引发聚合反应，反应结束即得到改性絮凝剂溶液；改性絮凝剂是丙烯酰胺与内交联剂聚合而成的三维网状立体结构；该改性絮凝剂的重均分子量为1000万～8000万。

3.如权利要求2所述的一种水下不分散混凝土外加剂，其特征在于，所述丙烯酰胺与内交联剂的摩尔比为1：(0.001～0.5)。

4.如权利要求2所述的一种水下不分散混凝土外加剂，其特征在于，所述引发剂用量为丙烯酰胺质量的0.1～5％；所述引发剂为氧化还原型引发剂，其中，氧化剂组分和还原剂组分的摩尔比>1:1；所述氧化剂组分为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠和双氧水等中的一种或几种；还原剂组分为硫酸亚铁、亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、抗坏血酸等中的一种或几种。

5.如权利要求2所述的一种水下不分散混凝土外加剂，其特征在于，所述改性絮凝剂溶液的质量分数既固含量为0.5～1.5％，优选1％；该质量分数通过加入去离子水稀释得到。

6.如权利要求2所述的一种水下不分散混凝土外加剂，其特征在于，所述聚合反应的反应温度为20～60℃，反应时间为3～6h。

7.如权利要求1所述的一种水下不分散混凝土外加剂，其特征在于，所述消泡剂为聚醚消泡剂、乳化硅油和聚醚改性硅氧烷类消泡剂等中的一种或多种；本发明优选聚醚消泡剂。

8.如权利要求1所述的一种水下不分散混凝土外加剂，其特征在于，所述引气剂为聚醚引气剂、烷基苯磺酸盐类引气剂和改性三萜皂苷引气剂等中的一种或多种，本发明优选聚醚引气剂。

9.一种水下不分散混凝土外加剂的制备方法，其特征在于，其步骤为：将改性絮凝剂溶液、聚羧酸减水剂、消泡剂和引气剂按比例混合搅拌均匀，即可得到水下不分散混凝土外加剂。

10.一种水下不分散混凝土外加剂，其特征在于，可直接应用于现有常用的水下灌注桩混凝土中，掺量范围为胶凝材料质量的1.5％～3％。