CN101343158A

CN101343158A - 液态微膨胀泵送剂

Info

Publication number: CN101343158A
Application number: CNA2007100709840A
Authority: CN
Inventors: 郎剑雷; 徐新江
Original assignee: Zhejiang Dadongwu Group Construction Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Dadongwu Group Construction Co Ltd
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-01-14

Abstract

本发明公开了一种液态微膨胀泵送剂，包括如下组分且各组分质量百分比如下：聚次甲基萘磺酸钠：50％－60％；分散剂：5％－10％；缓凝剂：10％－20％；引发剂：4％－6％；水：15％－20％。本发明采用有机硅材料作为膨胀组元，利用有机硅工业中的硅烷化技术，使硅烷与碱性材料的活性基产生反应，置代有机物分子上的活泼氢，在与铝酸三钙反应时，能从数小时后开始释放部分氢气，在水泥浆体中形成微小气泡，一般气孔直径在0.1mm以下，从而使混凝土产生体积微膨胀，以补偿此阶段混凝土的体积收缩，特别是大流动度泵送混凝土中的早期塑性收缩，减少塑性裂缝产生。

Description

液态微膨胀泵送剂

【技术领域】

本发明涉及建筑领域混凝土用助剂，尤其涉及一种液态微膨胀泵送剂。

【背景技术】

随着我国基本建设和建筑工业的蓬勃发展，高层及超高层建筑、高等级公路、桥梁和大跨度结构等日益增多，特别是商品混凝土的普及，规模较大的工程中混凝土浇筑大多已采用泵送法施工。由于泵送混凝土要求具有较大的流动性和粘聚性，其配合比中相对砂率偏大，石子粒径偏小，胶结料和用水量相应增加，因此产生的体积收缩相对也大，故而泵送混凝土因收缩产生裂缝的现象比用普通法施工的混凝土要多得多，其中最明显的是早期塑性裂缝。全国建筑科学核心期刊《混凝土》杂志2000年第5期中曾对此现象进行了专题讨论，集中强调了泵送混凝土早期塑性裂缝的普遍性及其危害，并提出了防治的重要性和各种措施。

混凝土的早期塑性裂缝是指混凝土浇筑成型后至硬化前，即混凝土处于塑性阶段，由于水份挥发、骨料沉陷及其它原因造成的快速失水而形成的体积收缩裂缝。这些裂缝如不加以防治，则在混凝土硬化后便成为永久性裂缝，不仅影响混凝土感观质量，严重的会造成混凝土防水性能下降、钢筋易锈蚀等不良后果，特别是对地下室、楼屋面结构，将直接影响建筑物的使用功能，成为一个带有普遍性的质量问题。因此，已引起了工程界的普遍关注。

对混凝土早期裂缝的控制，除了结构措施外，目前较常用的方法有两种：一种是从施工工艺方面，采用二次振捣和多次抹面，能有限地加以消除，但在实际操作时，对混凝土凝结时间的把握及大面积工程的反复多次抹平处理难免有疏漏和困难，所以裂缝还是难以避免。另一种是从材料方面，是在混凝土中添加各类膨胀剂，但目前市场上所有膨胀剂的膨胀效应一般均在混凝土凝结硬化后才开始逐渐产生。三至十四天后达到2.0-3.0×10^-4的最大膨胀率，故只能对混凝土的后期收缩产生一定的补偿作用，对塑性阶段的收缩和裂缝控制产生不了作用。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种液态微膨胀泵送剂，能够有效预防早期塑性裂缝，集泵送、减水、缓凝、早期微膨胀于一体。

为实现上述目的，本发明提出了一种液态微膨胀泵送剂，包括如下组分且各组分质量百分比如下：

聚次甲基萘磺酸钠：50％-60％

分散剂： 5％-10％

缓凝剂： 10％-20％

引发剂： 4％-6％

水： 15％-20％。

作为优选，各组分质量百分比如下：

聚次甲基萘磺酸钠：50％

分散剂： 10％

缓凝剂： 15％

引发剂： 6％

水： 19％。

作为优选，各组分质量百分比如下：

聚次甲基萘磺酸钠：60％

分散剂： 5％

缓凝剂： 16％

引发剂： 4％

水： 15％。

作为优选，各组分质量百分比如下：

聚次甲基萘磺酸钠：50％

分散剂： 8％

缓凝剂： 20％

引发剂： 5％

水： 17％。

作为优选，各组分质量百分比如下：

聚次甲基萘磺酸钠：57％

分散剂： 8％

缓凝剂： 10％

引发剂： 5％

水： 20％。

作为优选，所述分散剂采用羟丙基甲基纤维素。

作为优选，所述缓凝剂采用羧甲基纤维素。

作为优选，所述引发剂采用过硫酸铵。

本发明的有益效果：本发明采用有机硅材料作为膨胀组元，利用有机硅工业中的硅烷化技术，使硅烷与碱性材料的活性基产生反应，置代有机物分子上的活泼氢，在与铝酸三钙反应时，能从数小时后开始释放部分氢气，在水泥浆体中形成微小气泡，一般气孔直径在0.1mm以下，从而使混凝土产生体积微膨胀，以补偿此阶段混凝土的体积收缩，特别是大流动度泵送混凝土中的早期塑性收缩，减少塑性裂缝产生。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本发明掺入混凝土后放置标养室内，温度为20℃下对混凝土产生竖向膨胀率与时间的关系第一组实验数据图；

图2是本发明掺入混凝土后放置标养室内，温度为20℃下对混凝土产生竖向膨胀率与时间的关系第二组实验数据图；

图3是本发明掺入混凝土后放置标养室内，温度为8℃下对混凝土产生竖向膨胀率与时间的关系第一组实验数据图；

图4是本发明掺入混凝土后放置标养室内，温度为8℃下对混凝土产生竖向膨胀率与时间的关系第二组实验数据图；

【具体实施方式】

实施例一：

聚次甲基萘磺酸钠：50％；分散剂：10％；缓凝剂：15％；引发剂：6％；水：19％。上述组成混合搅拌后得到液态微膨胀泵送剂。

实施例二：

聚次甲基萘磺酸钠：60％；分散剂：5％；缓凝剂：16％；引发剂：4％；水：15％。上述组成混合搅拌后得到液态微膨胀泵送剂。

实施例三：

聚次甲基萘磺酸钠：50％；分散剂：8％；缓凝剂：20％；引发剂：5％；水：17％。上述组成混合搅拌后得到液态微膨胀泵送剂。

实施例四：

聚次甲基萘磺酸钠：57％；分散剂：8％；缓凝剂：10％；引发剂：5％；水：20％。上述组成混合搅拌后得到液态微膨胀泵送剂。

采用有机硅材料作为膨胀组元，利用有机硅工业中的硅烷化技术，使硅烷与碱性材料的活性基产生反应，置代有机物分子上的活泼氢，在与铝酸三钙反应时，能从数小时后开始释放部分氢气，在水泥浆体中形成微小气泡，一般气孔直径在0.1mm以下，从而使混凝土产生体积微膨胀，以补偿此阶段混凝土的体积收缩，特别是大流动度泵送混凝土中的早期塑性收缩，减少塑性裂缝产生。它与单纯的铝粉加气剂性质不同，因为硅烷化技术的偶联剂效应，使硅原子一端的水解基团与无机材料反应，另一端的非分解有机官能团与有机硅材料的活性基团反应，从而在这二种原先相互惰性的材料间形成分子键，把它们牢牢地结合在一起，使之大大地提高了这种材料的粘结力、强度、疏水性和耐老化性能。故而掺有机硅材料水泥浆体所产生的微膨胀能有效避免传统铝粉加气剂降低混凝土强度以及增加后期收缩的缺陷，满足高等级混凝土的强度要求。此外，产品具有的高减水率可大大降低混凝土的水灰比，从另一方面有效地减少混凝土的收缩。

分散剂优选采用羟丙基甲基纤维素(HPMC)。在无水乙醇、乙醚、丙酮中几乎不溶。在80-90℃的热水中迅速分散、溶胀，降温后迅速溶解，水溶液在常温下相当稳定，高温时能凝胶，并且此凝胶能随温度的高低与溶液互相转变。具有优良的润湿性、分散性、粘接性、增稠性、乳化性、保水性和成膜性，以及对油脂的不透性。

缓凝剂采用羧甲基纤维素(CMC)，CMC用于建筑材料中作为缓凝剂、保水剂、增稠剂和粘结剂。涂料添加CMC后具有较好的弹性、气密性和抗水性。

引发剂采用过硫酸铵((NH₄)2S₂O₈)。

采用本发明技术方案的产品，本申请人将其命名为TS-3高性能液态微膨胀泵送剂，其中的膨胀组元具有高分散性和自扩散能力，因此可以取得低密度的液态形状，使其具有较好的相容性。再利用本厂原有的TX系列外加剂技术，将其与泵送剂有机复合，使生产所得的液态材料具有良好的匀质性和稳定性，同时也具有泵送剂中的所有功能，并对各种水泥具有良好的适应性。

TS-3高性能液态微膨胀泵送剂的技术性能表现为：

(1)早期微膨胀，有效补偿混凝土的早期塑性收缩，且后期体积稳定性好。TS-3产品掺入混凝土后能在20小时内产生0.2~0.6％的竖向微膨胀效应，由此补偿混凝土的塑性收缩，从而减少和控制混凝土的塑性裂缝产生。

(2)具有良好的可泵性，减水率大于20％，中、后期强度高，可配制C50以上混凝土。且混凝土泌水性小，坍落度损失小，可有效地减少堵管现象。

(3)缓凝时间的调控范围大，可根据气温、施工条件、水泥品种、混凝土强度等级以及混凝土结构的不同进行调整，在大体积混凝土中可延缓混凝土初凝时间6~8小时，如工程需要最长可延至二十小时以上。

(4)可有效降低混凝土的水化热，推迟水化放热高峰出现。与掺硫铝酸盐系的粉状膨胀剂相比，温峰出现时间可推迟二十小时左右，有助于大体积混凝土施工时的温差控制和避免早期裂缝的产生。

(5)具有良好的防水抗渗性能。由于有机硅的憎水性和表面活性作用，在改善拌合物的均匀性及施工和易性的同时，使硬化混凝土具有一定的憎水性，明显减少混凝土或水泥浆体的吸水性，阻止压力水的渗入，从而有效地提高混凝土的抗渗和抗冻能力。

下面通过实验具体说明掺TS-3后对混凝土强度的影响。

表1是按《JC473-1992混凝土泵送剂》标准进行试验的混凝土抗压强度数据，第一组材料为湖州达强525#矿渣硅酸盐水泥、中砂、20mm碎石；第二组材料为湖州达强525#硅酸盐水泥、中砂(接近粗砂)、5~31.5mm碎石。

表1：

表2是根据工程应用实际混凝土配合比进行试验的抗压强度数据；基准混凝土的坍落度以商品混凝土技术规程要求而设定。第一组材料为湖州达强425#普通硅酸盐水泥、中砂、三级灰(30％替代水泥)、5~31.5mm碎石；第二组材料为湖州达强525#硅酸盐水泥、中砂、二级灰(50％替代水泥)、5~31.5mm碎石；第三组材料为湖州白雀425#普硅水泥、中砂、5~25mm碎石。

表2：

下面通过实验具体说明掺TS-3后对混凝土收缩的影响。

表3为掺TS-3后对混凝土收缩的影响数据。试验用材料为湖州一厂525#硅酸盐水泥、中砂、5~25mm碎石。试验养护条件：标养室内养护三天后折模，移置温度为20±3℃；湿度为60±5％的室内养护。

表3：

下面通过实验具体说明掺TS-3后对混凝土耐久性能的影响。

表4为掺TS-3后对混凝土耐久性能的影响数据。试验材料为湖州三狮525#硅酸盐水泥、中砂、5~25mm碎石。

表4：

如图1、2、3、4所示，试验材料均采用湖州达强525#硅酸盐水泥、中砂、5~25mm碎石；试验配合比：水泥∶砂∶石∶水∶TS-3＝340∶754∶1041∶160∶10.2，混凝土实测坍落度为18cm。试验按《GBJ119-88混凝土外加剂应用技术规范》中的试验方法进行，测试结果如图1~图4。

图1中最大膨胀率为0.57％，最大膨胀效应产生时间为15小时。图2中最大膨胀率为0.56％，最大膨胀效应产生时间为14小时。图3中最大膨胀率为0.285％，最大膨胀效应产生时间为15小时。图4中最大膨胀率为0.34％，最大膨胀效应产生时间为16小时。

本发明TS-3高性能液态微膨胀泵送剂与国内同类产品的性能比较。

目前，国内实际投入工程使用的膨胀剂品种主要有U型膨胀剂、复合膨胀剂、铝酸钙膨胀剂、EA-L膨胀剂、FN-M膨胀剂、CSA微膨胀剂、脂膜石灰膨胀剂、TEA膨胀剂，约八种。且以上类型品种的膨胀剂全部是粉状固体产品，掺量均在10％以上，由于它们的成分和作用机理，决定了它们的膨胀效应在终凝以后才逐步产生，而且必须要有良好的水养护条件保证，只能对混凝土的后期收缩产生一定的补偿作用，对塑性阶段的收缩和裂缝控制没有任何效果。

另一方面，塑性裂缝的宽度一般达0.3mm以上，超过允许裂缝的宽度要求，混凝土硬化3~7天的强度已发展至设计强度的50％~70％，加上钢筋的限制作用，即使再产生膨胀也不可能将已经形成的塑性裂缝闭合。因此，对采用泵送工艺施工的大流动度混凝土和高强混凝土而言，在塑性阶段即产生微膨胀效应以补偿此阶段的收缩，防止塑性裂缝的产生与混凝土硬化后再产生膨胀效应以补偿硬化干缩相比，似乎具有更重要的实际意义。

此外，粉状膨胀剂的掺量较大，大量硫铝酸盐的掺入可能对混凝土的耐久性的影响，特别是延迟性钙钒石的生成问题，已引起科研部门和工程界的重视。

TS-3高性能液态微膨胀泵送剂的推荐掺量为2.5~3.5％，仅是上述膨胀剂的1/3~1/5，因此，其所带入的总碱含量比U型膨胀剂等低几十倍。关键是塑性阶段的早期微膨胀功能，弥补了现有膨胀剂产品功能上的不足。与普通泵送剂相比，能明显推迟水化放热高峰，提高混凝土的密实抗渗和憎水性，提高耐久性能。此外，液态产品比固体产品操作使用方便，自动化计量投料准确易控，尤其是目前施工现场的小型搅拌站没有粉料外加剂的自动投料系统，人工投料计量难以控制，且粉尘严重。液态微膨胀、泵送剂的一体化，能简化操作，节省人力，避免差错，故在技术上更具有优越性。

本发明TS-3高性能液态微膨胀泵送剂与国内同类产品的经济效益比较。

目前，国内技术指标较先进的复合微膨胀泵送剂仍为粉状固体产品，实际上是现有膨胀剂产品与缓凝减水剂或缓凝泵送剂的复合。只有后期膨胀而无早期微膨胀补偿作用，且掺量大，单方成本高，二者的技术经济效益分析见表5。

表5：

本发明的试用实例如下。

在实验室内经过大量模拟试验后，已于2000年8月在湖州市建工集团一公司施工的爱都花园2#楼地下室和同年10月在长兴重点中学框架结构现浇楼面、屋面板工程中进行了试点试用。

爱都花园2#楼地下室面积1000余m²，基础底板厚度为1m，电梯井最厚处达3.5m，整体共计1100余m³混凝土，属大体积混凝土结构。在工程试用前，首先在建设单位、监理公司、施工单位的共同参与下，在施工现场进行了验证性试验，采用TS-3高性能液态微膨胀泵送剂与掺UEA膨胀剂+高效泵送剂两组方案进行比较，在同条件下，各成型一个900×900×1000mm的无配筋混凝土立方体。对比试验结果表明，掺UEA的混凝土试件水化放热速度快，6小时已达初凝，并开始升温，且初凝前已出现塑性裂缝，20小时后裂缝明显加剧(见附件中照片)，试件表面温度达50℃左右。而掺TS-3高性能液态微膨胀泵送剂的试件初凝达10小时以上。24小时后表面开始升温，至48小时后表面温度上升至与掺UEA者相同，温峰推迟28小时左右。而且整个试件无任何塑性裂缝产生。3、7、28天强度均满足设计要求。据此，经上述参与现场验证的四方代表签署现场试验记要，同意在该工程地下室混凝土施工中试用。

实际试用结果，混凝土浇筑后塑性裂缝明显减少，仅有局部因砂浆层过厚而形成塑性裂缝，因混凝土的初凝时间实际达10小时以上，故施工人员得以从容地进行二次抹面，将裂缝消除在塑性阶段。

为进一步了解TS-3高性能液态微膨胀泵送剂对大体积混凝土性能的影响，在实际施工时请浙江大学土木工程测试中心对现场进行了专项测温。测试结果证实掺TS-3后对混凝土水化放热现象有明显的延缓作用，内外温差完全在控制范围内(测温报告详见附件)。根据2#楼的试用情况，效果良好，故继续在1#、3#楼地下室混凝土中试用。

长兴重点中学综合楼六层全框架现浇楼面板结构，每层3500m²，建筑面积21000m²，楼板厚度仅10cm。因板面长达70余米，又采用混凝土泵送浇筑施工，为避免大面积现浇板因混凝土收缩产生贯穿性裂缝，故在得知本产品研制开始投入工程试用的消息后，施工方主动要求在该工程中试用。经设计院、监理公司、甲方、施工单位来爱都花园现场参观考察论证后，决定采用TS-3高性能液态微膨胀泵送剂替代UEA膨胀剂，实际使用效果良好，现工程已进入外装饰阶段。目前，正在湖州市政府行政中心地下室工程基础底板进行更大规模的应用。

根据试验论证、试产试用及产品性能检测结果，TS-3高性能液态微膨胀泵送剂因其独特的早期微膨胀性能和缓凝、抗渗、泵送等多功能技术以及液态、低掺量、低消耗的经济效益，弥补了现有膨胀剂产品的不足，在技术上领先一步，具有较大的社会效益和经济效益，符合我国外加剂产品发展的基本方向和环保政策，因此具有较大的推广应用价值。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims

1.液态微膨胀泵送剂，其特征在于：包括如下组分且各组分质量百分比如下：

聚次甲基萘磺酸钠：50％-60％

分散剂： 5％-10％

缓凝剂： 10％-20％

引发剂： 4％-6％

水： 15％-20％。

2.如权利要求1所述的液态微膨胀泵送剂，其特征在于：各组分质量百分比如下：

聚次甲基萘磺酸钠： 50％

分散剂： 10％

缓凝剂： 15％

引发剂： 6％

水： 19％。

3.如权利要求1所述的液态微膨胀泵送剂，其特征在于：各组分质量百分比如下：

聚次甲基萘磺酸钠： 60％

分散剂： 5％

缓凝剂： 16％

引发剂： 4％

水： 15％。

4.如权利要求1所述的液态微膨胀泵送剂，其特征在于：各组分质量百分比如下：

聚次甲基萘磺酸钠： 50％

分散剂： 8％

缓凝剂： 20％

引发剂： 5％

水： 17％。

5.如权利要求1所述的液态微膨胀泵送剂，其特征在于：各组分质量百分比如下：

聚次甲基萘磺酸钠： 57％

分散剂： 8％

缓凝剂： 10％

引发剂： 5％

水： 20％。

6.如权利要求1至5中任何一项所述的液态微膨胀泵送剂，其特征在于：所述分散剂采用羟丙基甲基纤维素(HPMC)。

7.如权利要求1至5中任何一项所述的液态微膨胀泵送剂，其特征在于：所述缓凝剂采用羧甲基纤维素(CMC)。

8.如权利要求1至5中任何一项所述的液态微膨胀泵送剂，其特征在于：所述引发剂采用过硫酸铵((NH₄)2S₂O₈)。