CN110734245A - 水化热抑制型混凝土抗裂防水剂、其制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂、其制备方法及其应用，以质量百分比计，所述水化热抑制型混凝土抗裂防水剂由如下原料组分制成：水化热抑制型膨胀剂65～75％，密实组分20～30％，保水增稠剂0.1～0.2％，减水剂4～5％。本发明通过引入改性氧化钙‑硫铝酸钙膨胀剂作为水化热抑制型膨胀剂，并与密实组分、保水增稠剂、减水剂之间以特定配比搭配，减缓了混凝土体系遇水后水化反应速度，降低了水化热及膨胀速率，显著提高了混凝土体系的抗裂效果，同时所添加的组分均不会对混凝土凝结时间和工作性能造成负面影响。

Description

水化热抑制型混凝土抗裂防水剂、其制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别是一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂、其制备方法及其应用。

背景技术

混凝土是一种脆性材料，其抗拉强度低，约为抗压强度的1/10～1/20，极限拉伸应变小，当其在凝结硬化过程中，由于干燥收缩、化学收缩等原因引起体积收缩而产生内应力超过其本生的抗拉强度时，混凝土必然引起开裂，其结构的抗渗性能也遭到破坏。大体积混凝土温度收缩裂缝问题也是引起混凝土开裂渗水的主要原因之一。据资料统计表明，当前我国每年建筑物的渗漏维修费用高到20亿以上。因此，提高建筑工程的防裂抗渗性能，是建筑行业面临的一大难题。

近年来，随着混凝土外加剂应用技术的进步，国内外开始采用外加剂配制防水混凝土。早期使用的外加剂主要是单组份的膨胀剂、减水剂、憎水剂或引气剂，但是这些外加剂难以满足现代混凝土应用技术的要求。且较常见的氧化钙或氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂遇水即发生水化反应，部分膨胀能损失在水泥的塑性收缩阶段，大大降低了膨胀剂的使用效率。同时，该类膨胀剂水化反应会放出大量的热，易引起混凝土早期水化温度上升，进而产生温度收缩裂缝。因此，有必要进行温控型膨胀剂及抗裂防水剂的研制工作。

专利CN108328961A公开了一种膨胀历程可控的改性氧化钙类膨胀剂及其制备方法，该膨胀剂由松香树脂酸包覆氧化钙熟料、与调凝组分混合均匀而制备。该发明可显著调节膨胀剂的膨胀进程，降低混凝土塑性阶段氧化钙膨胀剂的膨胀能损失，高效发挥氧化钙类膨胀剂的补偿收缩作用。但该发明仅仅只能调节膨胀剂自身的反应进程，不能调控水泥和混凝土的水化速度。

专利CN108751777A公开了一种抑温抗裂防水剂，按质量百分比，该抗裂防水剂由以下组分构成：沸石基水化热水化热缓释材料8～10％、塑性膨胀剂20～40％和双源膨胀剂50～70％。其中沸石基水化热水化热缓释材料按质量百分比包括20～40％有机酸、5～11％相变材料和50～70％活化改性沸石粉；塑性膨胀剂按质量百分比包括40～60％活化改性沸石粉和40～60％发泡材料；双源膨胀剂按质量百分比包括30～40％活化改性沸石粉、20～30％氧化钙熟料、8～10％氧化铝和20～30％硫铝酸盐。该发明能显著降低混凝土绝热温升速率，降低最高温升；有效补偿混凝土硬化后的体积收缩，同时能大幅提高混凝土抗渗性能。但该发明中，组分较多，生产工艺复杂，不易于工业化生产；水化热缓释材料主要为柠檬酸缓凝剂、石蜡及活化改性沸石粉，可能会对混凝土凝结时间和工作性能造成负面影响。

故需要提出一种新的混凝土抗裂防水剂，用于解决上述现有技术中所存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂、其制备方法及其应用，用于解决现有技术中难以控制混凝土水化速度及水化热，以及水化热缓释材料会产生负面影响的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了第一解决方案：提出一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，以质量百分比计由如下原料组分制成：水化热抑制型膨胀剂65～75％，密实组分20～30％，保水增稠剂0.1～0.2％，减水剂4～5％。

优选的，水化热型膨胀剂由氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、改性剂和溶剂混合制成，且氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、改性剂和溶剂的质量比为(90～100)：(2～6)：(90～100)。

优选的，密实组分为硅灰、偏高岭土、微珠粉中的一种或多种的混合物。

优选的，保水增稠剂为温轮胶，且粒径为80目。

优选的，减水剂为聚羧酸粉体减水剂，且减水率大于或等于23％。

优选的，氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂的比表面积为200～500m²/kg，且氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂中游离氧化钙含量大于或等于50％。

优选的，改性剂为山梨醇酐单棕榈酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯和山梨醇酐三硬脂酸酯中的一种或多种的混合物，溶剂为无水乙醇、丙酮中的一种或两种的混合物。

为解决上述技术问题，本发明提供了第二解决方案：提出一种水化热抑制型抗裂防水剂的制备方法，其步骤包括，以质量百分比计，将65～75％的水化热抑制型膨胀剂、20～30％的密实组分、0.1～0.2％的保水增稠剂和4～5％的减水剂分别加入干混搅拌机中，搅拌均匀后制得水化热抑制型抗裂防水剂；水化热抑制型抗裂防水剂的制备方法用于制备前述第一解决方案中的水化热抑制型抗裂防水剂。

其中，水化热抑制型膨胀剂的制备步骤包括：将改性剂按配比加入溶剂中，在40～50℃下加热搅拌至改性剂完全溶解；将含有改性剂的溶剂缓慢加入到氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂中，用研磨器研磨10～15min，至含有改性剂的溶剂充分浸润包裹氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂，得到改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂；将改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂放置于40℃的真空干燥箱内2h后，将其研磨至比表面积为200～500m²/kg，得到水化热抑制型膨胀剂。

为解决上述技术问题，本发明提供了第三解决方案：提出一种水化热抑制型抗裂防水剂的应用，将前述第一解决方案中的水化热抑制型抗裂防水剂加入混凝土中，抑制混凝土水化热并提高混凝土抗收缩能力和抗水渗透，其中水化热抑制型抗裂防水剂在混凝土中的加入量为混凝土中胶凝材料重量的4～6％。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂、其制备方法及其应用，通过引入改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂作为水化热抑制型膨胀剂，并与密实组分、保水增稠剂、减水剂之间以特定配比搭配，减缓了混凝土体系遇水后水化反应速度，降低了水化热及膨胀速率，显著提高了混凝土体系的抗裂效果，同时所添加的组分均不会对混凝土凝结时间和工作性能造成负面影响。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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，均属于本发明保护的范围。

本发明所提供的第一解决方案为一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，以质量百分比计，由如下原料组分制成：水化热抑制型膨胀剂65～75％，密实组分20～30％，保水增稠剂0.1～0.2％，减水剂4～5％。本实施方式中，密实组分为硅灰、偏高岭土、微珠粉中的一种或多种的混合物，用于提升混凝土体系的密实性；保水增稠剂为温轮胶，优选粒径为80目，用于增强混凝土体系的保水性，为水化热抑制型膨胀剂在进行水化反应时提供充分的水源，促进膨胀效能的发挥；减水剂为聚羧酸粉体减水剂，优选控制减水率大于或等于23％，有效补偿混凝土体系的收缩，防止裂缝产生，大幅提高混凝土体系早期和后期的强度。

本实施方式中，水化热型抑制型膨胀剂具体为改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂，该改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂由氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、改性剂和溶剂混合制成，且氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、改性剂和溶剂的质量比为(90～100)：(2～6)：(90～100)。其中，优选的，氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂的比表面积为200～500m²/kg，且氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂中游离氧化钙含量大于或等于50％；改性剂为山梨醇酐单棕榈酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯和山梨醇酐三硬脂酸酯中的一种或多种的混合物；溶剂为无水乙醇、丙酮中的一种或两种的混合物。

基于上述关于水化热抑制型混凝土抗裂防水剂的组成描述，对其作用机理及优势进行详细阐释：1)本发明中水化热抑制型混凝土抗裂防水剂中含有上述特定组分的改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂，使混凝土体系遇水后水化反应速度变慢，膨胀速度降低，产生的水化热也随之降低，有利于控制早期放热量；2)本发明中水化热抑制型混凝土抗裂防水剂中含有上述特定组分的改性剂，该改性剂在水泥浆体碱性溶液中能够缓慢溶解，一定程度上抑制了水泥矿物的水化速率，同时特定组分的保水增稠剂也能一定程度上抑制水泥矿物的水化速率，两者相配合，使对水化速率的抑制效果大大提升，这样能够更好地调控水泥早期放热量，最终降低混凝土体系内部最高温升，减少混凝土温度收缩裂缝，从而提高混凝土体系的抗裂效果；3)本发明优选特定组分比例的密实组分、保水增稠剂、减水剂与水化热型抑制型膨胀剂相互协同配合，应用于混凝土中能起到积极的防裂抗渗作用，且各个添加组分对混凝土拌合物工作性能和凝结时间均无负面影响。

本发明中第二解决方案为一种水化热抑制型抗裂防水剂的制备方法，其步骤包括，以质量百分比计，将65～75％的水化热抑制型膨胀剂、20～30％的密实组分、0.1～0.2％的保水增稠剂和4～5％的减水剂分别加入干混搅拌机中，搅拌均匀后制得水化热抑制型抗裂防水剂；水化热抑制型抗裂防水剂的制备方法用于制备前述第一解决方案中的水化热抑制型抗裂防水剂，即通过第二解决方案所制备出的水化热抑制型抗裂防水剂应与第一解决方案中的水化热抑制型抗裂防水剂，两者在结构和性能上保持一致。

其中，进行上述水化热抑制型抗裂防水剂的制备过程前，需要先制备水化热抑制型膨胀剂，水化热抑制型膨胀剂的具体制备步骤包括：将改性剂按配比加入溶剂中，在40～50℃下一边加热一边搅拌，直至改性剂完全溶解；将含有改性剂的溶剂缓慢加入到氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂中，用研磨器研磨10～15min，至含有改性剂的溶剂充分浸润包裹氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂，得到改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂；将改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂放置于40℃的真空干燥箱内2h后，除去其中的有机溶剂，将其研磨至比表面积为200～500m²/kg，得到水化热抑制型膨胀剂。本实施方式中，参与水化热抑制型膨胀剂制备步骤的氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、改性剂和溶剂的质量比为(90～100)：(2～6)：(90～100)；其中优选的，改性剂为山梨醇酐单棕榈酸酯(又称司盘40)、山梨醇酐单硬脂酸酯(又称司盘60)和山梨醇酐三硬脂酸酯(又称司盘65)中的一种或多种的混合物，溶剂为无水乙醇、丙酮中的一种或两种的混合物。

本发明中第三解决方案为一种水化热抑制型抗裂防水剂的应用，将前述第一解决方案中的水化热抑制型抗裂防水剂加入混凝土中，用于抑制混凝土水化热并提高混凝土抗收缩能力和抗水渗透，其中水化热抑制型抗裂防水剂在混凝土中的加入量为混凝土中胶凝材料重量的4～6％。

下面结合具体实施例与对比例，对本发明中水化热抑制型抗裂防水剂、其制备方法及其应用作进一步详细阐述。

实施例1

采用前述水化热抑制型抗裂防水剂制备方法，以质量百分比计，将65％的水化热抑制型膨胀剂、29.5％的硅灰、0.1％的温轮胶和5％的聚羧酸粉体减水剂分别加入干混搅拌机中，搅拌均匀后制得水化热抑制型抗裂防水剂；其中，水化热抑制型膨胀剂由质量比为92:3:95的氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、司盘60和无水乙醇混合制成。

实施例2

采用前述水化热抑制型抗裂防水剂制备方法，以质量百分比计，将68％的水化热抑制型膨胀剂、27.85％的硅灰、0.15％的温轮胶和4％的聚羧酸粉体减水剂分别加入干混搅拌机中，搅拌均匀后制得水化热抑制型抗裂防水剂；其中，水化热抑制型膨胀剂由质量比为19:1:20的氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、司盘60和无水乙醇混合制成。

实施例3

采用前述水化热抑制型抗裂防水剂制备方法，以质量百分比计，将73％的水化热抑制型膨胀剂、21.88％的偏高岭土、0.12％的温轮胶和5％的聚羧酸粉体减水剂分别加入干混搅拌机中，搅拌均匀后制得水化热抑制型抗裂防水剂；其中，水化热抑制型膨胀剂由质量比为19:1:20的氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、司盘60和丙酮混合制成。

实施例4

采用前述水化热抑制型抗裂防水剂制备方法，以质量百分比计，将70％的水化热抑制型膨胀剂、24.85％的微珠粉、0.15％的温轮胶和5％的聚羧酸粉体减水剂分别加入干混搅拌机中，搅拌均匀后制得水化热抑制型抗裂防水剂；其中，水化热抑制型膨胀剂由质量比为97:3:100的氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、司盘60和丙酮混合制成。

对比例1

该对比例为空白试验组，即后续测试过程中不添加类似其他实施例或对比例中的抗裂防水剂。

对比例2

该对比例以实施例1为基础，仅将实施例1中的水化热抑制型膨胀剂替换为普通氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂，且并未对普通氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂进行改性，其他组分与配比同实施例1保持一致，制得与该对比例相对应的抗裂防水剂。

对比例3

该对比例以实施例1为基础，仅将实施例1中的水化热抑制型膨胀剂替换为常用的表面改性剂硬脂酸，其他组分与配比同实施例1保持一致，制得与该对比例相对应的抗裂防水剂。

对比例4

该对比例以实施例1为基础，仅将实施例1中的温轮胶替换为常用的增稠剂纤维素醚，其他组分与配比同实施例1保持一致，制得与该对比例相对应的抗裂防水剂。

将上述实施例1～4及对比例1～4所制得的多组抗裂防水剂，按混凝土中胶凝材料重量的5％加入到混凝土体系中，所得3d水泥水化热值和水化热降低率、以及7d混凝土绝热温升值和温度差值的结果分别如表1和表2所示，其中3d水化热降低率是相对于对比例1空白组的水化热值进行计算的，7d混凝土温度差值是相对于对比例1空白组的绝热温升值进行计算的。结果表明，掺入本发明实施例所述水化热抑制型抗裂防水剂产品，相比于对比例1以及对比例2～4，水泥3d水化热和混凝土早期绝热温升有明显降低，对比例3中采用常见的膨胀剂表面改性剂硬脂酸作为改性剂，对比例4中采用常见的增稠剂纤维素醚作为温控辅助材料，降温效果均有限。这说明本发明提供的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，在水泥水化热调控方面性能优异，能显著减小水泥早期水化热，降低混凝土早期绝热温升，有利于减小混凝土早期温度应力，降低温度裂缝出现的风险。

表1实施例与对比例3d水泥水化热及水化热降低率对比表

样品	3d水化热值(J/g)	降低率/％
			对比例1	278.6	/
对比例2	274.8	1.4
			对比例3	273.3	1.9
对比例4	265.6	4.7
			实施例1	236.2	15.2
实施例2	238.1	14.5
			实施例3	230.5	17.3
实施例4	235.7	15.4

表2实施例与对比例7d混凝土绝热温升值及温度差值对比表

进一步地，对上述实施例1～4及对比例1～4所对应的多组混凝土体系进行多项性能指标的测试。

表3为对各组混凝土体系的工作性能、凝结时间差及抗压强度进行的检测对比。结果表明，掺入本发明实施例所述水化热抑制型抗裂防水剂产品，相比于对比例1以及对比例2～4，混凝土1h坍落度损失较小，具有良好的保坍作用。另外，对混凝土抗压强度明显高作用，说明本发明中特定的水化热抑制膨胀剂及相关密实增强组分相互协作，能提高混凝土结构的密实性，进而提高混凝土的抗压强度。

表3实施例与对比例混凝土工作性能、凝结时间差及抗压强度对比表

表4列出了各组混凝土的砂浆限制膨胀率在水中和空气中两种情况下的检测结果。数据表明，掺入本发明实施例所述水化热抑制型抗裂防水剂产品，相比于对比例1以及对比例2～4，砂浆7d限制膨胀率有明显提高，实施例1～4所对应的混凝土体系在水中的膨胀率均0.035％，能满足GBT 23439-2017《混凝土膨胀剂》标准中Ⅰ型要求。说明本发明中特定的水化热抑制改性组分对氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂颗粒表面进行包覆，膨胀剂水化反应速降低，大部分膨胀发生在水泥硬化阶段，有效膨胀能提高，且21d干养后膨胀率几乎接近0，能有效补偿水泥混凝土收缩，防止裂缝产生。

表4实施例与对比例砂浆限制膨胀率

表4列出了各组混凝土的渗透高度及渗透高度比的检测结果。数据表明，掺入本发明实施例所述水化热抑制型抗裂防水剂产品，相比于对比例1以及对比例2～4，混凝土渗透高度比明显降低，能满足JC 474-2008《砂浆、混凝土防水剂》中一等品的要求。说明本发明中特定的密实增强组分相互协作，能提高混凝土结构的密实性，混凝土抗渗性能优异。

表5实施例与实施例混凝土渗透高度及渗透高度比

区别于现有技术的情况，本发明提供一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂、其制备方法及其应用，通过引入改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂作为水化热抑制型膨胀剂，并与密实组分、保水增稠剂、减水剂之间以特定配比搭配，减缓了混凝土体系遇水后水化反应速度，降低了水化热及膨胀速率，显著提高了混凝土体系的抗裂效果，同时所添加的组分均不会对混凝土凝结时间和工作性能造成负面影响。

需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，其特征在于，以质量百分比计由如下原料组分制成：水化热抑制型膨胀剂65～75％，密实组分20～30％，保水增稠剂0.1～0.2％，减水剂4～5％。

2.根据权利要求1所述的水化热抑制型抗裂防水剂，其特征在于，所述水化热型膨胀剂由氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、改性剂和溶剂混合制成，且所述氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂、改性剂和溶剂的质量比为(90～100)：(2～6)：(90～100)。

3.根据权利要求1所述的水化热抑制型抗裂防水剂，其特征在于，所述密实组分为硅灰、偏高岭土、微珠粉中的一种或多种的混合物。

4.根据权利要求1所述的水化热抑制型抗裂防水剂，其特征在于，所述保水增稠剂为温轮胶，且粒径为80目。

5.根据权利要求1所述的水化热抑制型抗裂防水剂，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸粉体减水剂，且减水率大于或等于23％。

6.根据权利要求2所述的水化热抑制型抗裂防水剂，其特征在于，所述氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂的比表面积为200～500m²/kg，且所述氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂中游离氧化钙含量大于或等于50％。

7.根据权利要求2所述的水化热抑制型抗裂防水剂，其特征在于，所述改性剂为山梨醇酐单棕榈酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯和山梨醇酐三硬脂酸酯中的一种或多种的混合物，所述溶剂为无水乙醇、丙酮中的一种或两种的混合物。

8.一种水化热抑制型抗裂防水剂的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，将65～75％的水化热抑制型膨胀剂、20～30％的密实组分、0.1～0.2％的保水增稠剂和4～5％的减水剂分别加入干混搅拌机中搅拌均匀后制得水化热抑制型抗裂防水剂；

所述水化热抑制型抗裂防水剂的制备方法用于制备权利要求1～7中任一所述水化热抑制型抗裂防水剂。

9.根据权利要求8所述的水化热抑制型抗裂防水剂，其特征在于，所述水化热抑制型膨胀剂的制备步骤包括：

将改性剂按配比加入溶剂中，在40～50℃下加热搅拌至改性剂完全溶解；

将含有所述改性剂的所述溶剂缓慢加入到氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂中，用研磨器研磨10～15min，至含有所述改性剂的溶剂充分浸润包裹所述氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂，得到改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂；

将所述改性氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂放置于40℃的真空干燥箱内2h后，将其研磨至比表面积为200～500m²/kg，得到所述水化热抑制型膨胀剂。

10.一种水化热抑制型抗裂防水剂的应用，其特征在于，将权利要求1～7中任一所述水化热抑制型抗裂防水剂加入混凝土中，抑制混凝土水化热并提高混凝土抗收缩能力和抗水渗透，其中所述水化热抑制型抗裂防水剂在混凝土中的加入量为混凝土中胶凝材料重量的4～6％。