CN108640560A - 一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂，属于建筑材料添加剂技术领域。按质量百分比计，包括：聚羧酸共聚物14％～21％、降粘剂1％～3％、葡萄糖酸钠3％～5％、白糖1％～2％、消泡剂0.01％～0.05％、防腐剂0.04％～0.07％、水69.88％～80.95％。本发明还提供外加剂的制备方法和应用。制备高吸水率粗骨料混凝土时，相较于传统采用预湿粗骨料、提高单方用水量和二次添加外加剂的方式，采用本发明外加剂可以在不提高用水量和预湿粗骨料的条件下，获得和易性良好的混凝土，且混凝土3小时工作性能良好，完全满足施工对混凝土性能的要求，使得混凝土具有匀质性好、粘度低、保坍性能好、混凝土结构表面效果好、并可以提高混凝土结构的强度及耐久性。

Description

一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于建筑材料添加剂技术领域，具体为一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂及其制备方法和应用。

背景技术

混凝土已经成为现代建筑不可或缺的重要人造建筑材料之一，其在世界范围内得到广泛使用。混凝土主要有胶凝材料、粗骨料、细骨料、外加剂和水组成，而粗骨料又约占据混凝土体积的40％，因而粗骨料质量的好坏将直接影响混凝土的质量。由于受地理环境和当地原材料的影响，世界各地区混凝土用原材料都有其各自的特点。目前建筑用碎石主要通过开采石矿获得，但各地区的地质构造和岩石产生的条件都不相同，生产粗骨料用母岩材质随地区差异而造成不同，目前我国对混凝土用粗骨料吸水率一般情况下不大于2％，但东非、印度尼西亚等众多热带地区，由于其母岩的不同造成粗骨料性能差距较大，其粗骨料吸水率大部分超过3％，为高吸水率骨料，这对混凝土的配制和工作性能保持都提出了新的要求。

针对高吸水率粗骨料制备混凝土，目前大部分采用提高用水量和二次添加外加剂，这种方法往往造成混凝土强度降低且增加混凝土成本；或者采用粗骨料预湿等手段，工作性能保持依赖于粗骨料的预湿程度和预湿方式，这也就造成混凝土质量不稳定，而粗骨料预湿又受到条件限制，对于一些缺水或者高温地区其实用性不大。目前还没有一个完善的解决办法来改善高温地区高吸水率粗骨料混凝土所面临的工作性能差，坍落度损失快的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂及其制备方法和应用，所述的外加剂在高吸水率粗骨料混凝土中使用可以改善混凝土的初始工作性能，使混凝土坍落度3h基本无损失、提高混凝土的匀质性、改善混凝土的耐久性。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂,按质量百分比计，包括以下组分：聚羧酸共聚物14％～21％、降粘剂1％～3％、葡萄糖酸钠3％～5％、白糖1％～2％、消泡剂0.01％～0.05％、防腐剂0.04％～0.07％、水69.88％～80.95％。

进一步，按质量百分比计，包括以下组分：聚羧酸共聚物16％～19％、降粘剂1.5％～2％、葡萄糖酸钠3.5％～4％、白糖1％～2％、消泡剂0.02％～0.04％、防腐剂0.05％～0.06％、水72％～77％。

本发明外加剂中，聚羧酸共聚物作为分子大单体，通过分子迁移作用进入粗骨料的毛细微孔中，利用聚羧酸共聚物中的憎水基延缓粗骨料对水分的吸收，使其具有良好的保坍性能和对材料良好的适应性能，在不通过预湿粗骨料或提高用水量的情况下，制备的混凝土初始和易性良好，保坍性能优异。降粘剂通过自身的多支链结构吸附在水泥颗粒周围，形成较厚的润滑层，通过降低水泥颗粒之间的阻力降低混凝土的粘度。消泡剂通过消除掉混凝土中较大的有害气泡，保留对混凝土有益的微小气泡，从而改善混凝土的工作性能，提高混凝土的密实性和耐久性。防腐剂的作用为防止外加剂变质；葡萄糖酸钠和白糖可以延缓水泥中硅酸三钙和铝酸三钙的水化，改善混凝土工作性能经时损失，保证混凝土良好的施工性能。

本申请将聚羧酸共聚物的用量范围限定为14％～21％，主要考虑混凝土质量的控制，聚羧酸共聚物比例过多，造成混凝土对外加剂的掺量较敏感，极小的用量变化和材料变化都会导致混凝土较大质量变话，若聚羧酸共聚物比例过低，则造成外加剂掺量过高，不利于混凝土质量控制，在原材料发生细小变化时，需要较大的外加剂调整幅度才可以保证混凝土的质量，因此过大或过小的聚羧酸共聚物比例都不利于混凝土质量的控制，此处限定范围主要考虑混凝土的质量控制。

作为本发明所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的一个具体实施例,所述聚羧酸共聚物为异丁烯醇聚氧乙烯醚—丙烯酸二元共聚物、烯丙基聚氧乙烯醚—丙烯酸—马来酸酐—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四元共聚物、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—马来酸酐—丙烯酸三元共聚物、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—丙烯酸—丙烯酸羟乙酯三元共聚物中的一种或几种。

进一步，所述聚羧酸共聚物为异丁烯醇聚氧乙烯醚—丙烯酸二元共聚物、烯丙基聚氧乙烯醚—丙烯酸—马来酸酐—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四元共聚物、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—马来酸酐—丙烯酸三元共聚物、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—丙烯酸—丙烯酸羟乙酯三元共聚物所组成的混合物。

作为本发明所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的一个具体实施例,按质量百分比计，所述聚羧酸共聚物包括以下组分：异丁烯醇聚氧乙烯醚—丙烯酸二元共聚物8％～16％、烯丙基聚氧乙烯醚—丙烯酸—马来酸酐—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四元共聚物24％～32％、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—马来酸酐—丙烯酸三元共聚物12％～17％、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—丙烯酸—丙烯酸羟乙酯三元共聚物40％～56％，各组分之和为100％。

更进一步，按质量百分比计，所述聚羧酸共聚物包括以下组分：异丁烯醇聚氧乙烯醚—丙烯酸二元共聚物10％～15％、烯丙基聚氧乙烯醚—丙烯酸—马来酸酐—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四元共聚物26％～30％、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—马来酸酐—丙烯酸三元共聚物14％～16％、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—丙烯酸—丙烯酸羟乙酯三元共聚物45％～50％，各组分之和为100％。

本申请聚羧酸共聚物优选的上述四种共聚物的混合物，且限定相应的质量百分比，普通聚羧酸减水或者保坍母液仅能对水泥的水化产生影响而保持混凝土的工作性能，不能阻止高吸水率骨料对水分的吸收而使混凝土的工作性能变差，当聚羧酸共聚物优选为四种共聚物的混合物，不仅可以对水泥的水化产生影响，还可以阻止高吸水率骨料对水分的吸收，从而保持混凝土的工作性能。

本发明聚羧酸共聚物优选的上述四种共聚物，均可以在中建商品混凝土眉山新材料有限公司在售的产品中买到。其中，异丁烯醇聚氧乙烯醚—丙烯酸二元共聚物的商品名为聚羧酸高性能减水型母液；烯丙基聚氧乙烯醚—丙烯酸—马来酸酐—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四元共聚物的商品名为聚羧酸高性能和易性改善型母液；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—马来酸酐—丙烯酸三元共聚物的商品名为聚羧酸高性能综合性母液；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—丙烯酸—丙烯酸羟乙酯三元共聚物的商品名为聚羧酸高性能保坍型母液。当然，本领域技术人员也可以根据共聚物的名称在市场上买到，均为市售常规产品。

作为本发明所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的一个具体实施例,所述降粘剂为丙烯酸—丙烯酰胺—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物。本发明所述降粘剂可以从市场上直接购买。

作为本发明所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的一个具体实施例,所述消泡剂为聚醚类消泡剂、聚醚改性有机硅类消泡剂中的一种或两种混合物。

作为本发明所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的一个具体实施例,所述防腐剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵或十二烷基胍盐酸盐中的一种或两种。

一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的制备方法,包括以下步骤：

1)称取所需质量的常温水，加入聚羧酸共聚物，并在常温下搅拌，即得到聚羧酸共聚物溶液。

2)向上述聚羧酸共聚物溶液中加入降粘剂、葡萄糖酸钠、白糖、消泡剂以及防腐剂，并在常温下搅拌即可得到高吸水率粗骨料混凝土用外加剂。

作为本发明所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的制备方法的一个具体实施例，步骤1)中，所述常温下搅拌时间为5～10mi n；步骤2)中，所述常温下搅拌时间为20～30mi n。

一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的应用,所述外加剂在混凝土中的应用。本发明外加剂在混凝土中应用时应先将外加剂添加在混凝土所需的水中，随水一起加入混凝土中可以更好的让外加剂包裹在水泥和骨料周围。

作为本发明所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的应用的一个具体实施例，按质量百分比计，所述外加剂在混凝土中应用时，掺量为胶凝材料总质量的1.2％～1.7％。粗骨料的吸水率不同,会造成对外加剂的吸附不同,可以通过聚羧酸共聚物的含量来调整外加剂的掺量,设定掺量主要从混凝土质量控制角度考虑,过低的掺量混凝土对外加剂掺量太过敏感,不利于混凝土的质量控制,因为外加剂的小料限定的用量,太高的掺量加大混凝土的调整幅度，不宜调整和影响混凝土如凝结时间、含气量等，不利于混凝土的质量控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明外加剂组分在常温条件下即可生产，且制备工艺简单。制备高吸水率粗骨料混凝土时，相较于传统采用预湿粗骨料、提高单方用水量和二次添加外加剂的方式，采用本发明外加剂可以在不提高用水量和预湿粗骨料的条件下，获得和易性良好的混凝土，且混凝土3小时工作性能良好，完全满足施工对混凝土性能的要求，使得混凝土具有匀质性好、粘度低、保坍性能好、混凝土结构表面效果好、并可以提高混凝土结构的强度及耐久性。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1～6所述的高吸水率粗骨料混凝土用外加剂各原材料及质量百分比配方如下表1所示。

表1高吸水率粗骨料混凝土用外加剂实施例1～4配比、对比外加剂配比(质量百分比)

上述高吸水率粗骨料混凝土用外加剂制备方法如下：

1、按上述质量配比称取各原材料，首先加入常温水，并加入聚羧酸共聚物，在常温下搅拌5～10分钟，得到聚羧酸共聚物溶液。

2、向上述搅拌好的聚羧酸共聚物中加入降粘剂、葡萄糖酸钠、白糖、消泡剂、防腐剂，在常温下搅拌20～30分钟可得到高吸水率粗骨料混凝土用外加剂。

采用实施例1～2制备高吸水率粗骨料C30混凝土，C30混凝土基准配合比为水泥：Ⅱ级粉煤灰：河砂：高吸水率粗骨料：水＝260:70:850:1000:165(质量配比)。C30混凝土制备时，先把外加剂溶于混凝土所需质量的水中，随水一起加入混凝土中。

采用实施例3～4制备高吸水率粗骨料C50混凝土，C50混凝土基准配合比为水泥：Ⅱ级粉煤灰：河砂：高吸水率粗骨料：水＝340:80:800:1020:155(质量配比)。C50混凝土制备时，先把外加剂溶于混凝土所需质量的水中，随水一起加入混凝土中。

采用实施例5～6制备高吸水率粗骨料C30混凝土，C30混凝土配比和制备方法同采用实施例1～2制备高吸水率粗骨料C30混凝土的配比和方法。

采用实施例5～6制备高吸水率粗骨料C50混凝土，C50混凝土配比和制备方法同采用实施例3～4制备高吸水率粗骨料C50混凝土的配比和方法。

对比例1和对比例2外加剂为市场售聚羧酸外加剂，成品对比例1和对比例2分别为采用市场售外加剂制备的C30混凝土(混凝土基准配合比与实施例1～2相同)性能和C50混凝土(混凝土基准配合比与实施例3～4相同)性能。

实验用制备C30和C50高吸水率粗骨料的饱和面干吸水率分别为3.6％和4.0％。制备得到的混凝土的性能如下表2所示。

表2混凝土性能

从表2可以看出，与对比例1、实施例5和实施例6相比，利用实施例1和实施例2制备的高吸水率粗骨料C30混凝土出机工作性能良好，工作性能保持能力较优，混凝土粘度合适、包裹性较优，对比例1、实施例5和实施例6制备的高吸水率粗骨料C30混凝土工作性能损失较快，3h时已无工作性能。耐久性试验表明实施例1和实施例2相较于对比例1、实施例5和实施例6具有更好的耐久性能，具有比对比例1、实施例5和实施例6更好的抗压强度，且具有更小的干燥收缩和更好的抗渗性能。

对高吸水率粗骨料C50混凝土性能测试，实施例3和实施例4相较于对比例2、实施例5和实施例6具有较优异的工作性能，工作性能保持3h基本无损失，粘度较小，包裹性良好，而对比例2、实施例5和实施例6经过3h经时损失已无工性能。耐久性方面，采用实施例3和实施例4相比于对比例2、实施例5和实施例6制备的C50混凝土具有较低的干燥收缩，较优的抗渗性能，且抗压强度更为优异。

实施例5和实施例6由于分别指添加了其中两种或三种聚羧酸共聚物，在混凝土性能上无法与添加四种聚羧酸共聚物的实施例1至4相比，但单从实施例5和实施例6与市售聚羧酸外加剂(对比例1和对比例2)相比，其混凝土性能相对更优，只是不能达到添加四种聚羧酸共聚物的实施例1至4的性能。这有可能是因为市售聚羧酸外加剂的具体有效成分与本申请聚羧酸共聚物的成分不同，虽然同为聚羧酸类，但聚羧酸有很多种，不一定就是本申请中提到的四种聚羧酸共聚物，所以性能会有所不同，达不到本发明的效果。

因此，本发明采用四种聚羧酸共聚物复合制备的高吸水率粗骨料专用外加剂可以明显改善混凝土的工作性能和具有优异的保坍性能，且可提高混凝土的强度和耐久性能，市场售聚羧酸外加剂(对比例1，对比例2)工作性能保持能力较差，且耐久性能较差。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂,其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：聚羧酸共聚物14％～21％、降粘剂1％～3％、葡萄糖酸钠3％～5％、白糖1％～2％、消泡剂0.01％～0.05％、防腐剂0.04％～0.07％、水69.88％～80.95％。

2.如权利要求1所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂,其特征在于，所述聚羧酸共聚物为异丁烯醇聚氧乙烯醚—丙烯酸二元共聚物、烯丙基聚氧乙烯醚—丙烯酸—马来酸酐—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四元共聚物、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—马来酸酐—丙烯酸三元共聚物、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—丙烯酸—丙烯酸羟乙酯三元共聚物中的一种或几种。

3.如权利要求2所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂,其特征在于，所述聚羧酸共聚物为异丁烯醇聚氧乙烯醚—丙烯酸二元共聚物、烯丙基聚氧乙烯醚—丙烯酸—马来酸酐—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四元共聚物、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—马来酸酐—丙烯酸三元共聚物、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—丙烯酸—丙烯酸羟乙酯三元共聚物所组成的混合物。

4.如权利要求3所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂,其特征在于，按质量百分比计，所述聚羧酸共聚物包括以下组分：异丁烯醇聚氧乙烯醚—丙烯酸二元共聚物8％～16％、烯丙基聚氧乙烯醚—丙烯酸—马来酸酐—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四元共聚物24％～32％、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—马来酸酐—丙烯酸三元共聚物12％～17％、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚—丙烯酸—丙烯酸羟乙酯三元共聚物40％～56％，各组分之和为100％。

5.如权利要求1所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂,其特征在于，所述降粘剂为丙烯酸—丙烯酰胺—2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物。

6.如权利要求1所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂,其特征在于，所述消泡剂为聚醚类消泡剂、聚醚改性有机硅类消泡剂中的一种或两种混合物。

7.如权利要求1所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：

1)称取所需质量的常温水，加入聚羧酸共聚物，并在常温下搅拌，即得到聚羧酸共聚物溶液。

2)向上述聚羧酸共聚物溶液中加入降粘剂、葡萄糖酸钠、白糖、消泡剂以及防腐剂，并在常温下搅拌即可得到高吸水率粗骨料混凝土用外加剂。

8.如权利要求7所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的制备方法,其特征在于，步骤1)中，所述常温下搅拌时间为5～10min；步骤2)中，所述常温下搅拌时间为20～30min。

9.如权利要求1所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的应用,其特征在于，所述外加剂在混凝土中的应用。

10.如权利要求9所述一种高吸水率粗骨料混凝土用外加剂的应用,其特征在于，按质量百分比计，所述外加剂在混凝土中应用时，掺量为胶凝材料总质量的1.2％～1.7％。