CN101786822A

CN101786822A - 一种高抗渗微晶自愈型水泥外加剂

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Publication number: CN101786822A
Application number: CN200910050589A
Authority: CN
Inventors: 施无我
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2010-07-28

Abstract

本发明公开了一种高抗渗微晶自愈型水泥外加剂，涉及混凝土外加剂领域，能够用于掺入水泥配置高抗渗砂浆或者微集料混凝土。所述高抗渗微晶自愈型水泥外加剂的重量组分及含量为：30-50％的活性二氧化硅，32-55％的磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉，5-8％的磷酸盐，7-11％的减水剂。本发明外加剂可用于掺入水泥配置具有高抗渗及裂纹自愈性能的砂浆或者微集料混凝土。

Description

一种高抗渗微晶自愈型水泥外加剂

技术领域

本发明涉及一种高抗渗微晶自愈型水泥外加剂，尤其涉及一种掺入水泥配置高抗渗砂浆或者微集料混凝土使之具有高抗渗性能、裂纹自愈性能的无机活性外加剂。

背景技术

水泥混凝土或者砂浆是建筑物的主要材料。混凝土材料的固有缺陷是脆性大，在使用过程和周围环境的影响下不可避免地会产生微开裂和局部损伤。如果这些损伤部位不能及时进行修复，不但会影响结构的正常使用性能和缩短使用寿命，而且可能由此引发宏观裂缝并出现脆性断裂，给社会造成难以挽回的经济损失。此外，水泥混凝土材料是一种多组分构成的多孔体系，孔隙的存在及连通性使水和有害液体或者有害气体容易侵入，导致水泥混凝土或者砂浆渗水、混凝土中的钢筋锈蚀。因此，由于混凝土结构的裂纹造成的渗水、漏水等问题，长期以来困扰着世界各国建筑工程界。

目前，上述问题的一种解决方法是选用各种防水卷材和涂料以在混凝土的表面形成屏蔽，从而达到防水的目的。但是，防水卷材和涂料会老化，其防水寿命最长只有20年至30年，与混凝土的寿命(70年至100年)不同步，所以该方法效率低下，治标不治本。而一种由高锰酸钾、碳酸钠等20余种化工材料以及稀有材料所配制而成的高效无机防水防潮剂(液体)，虽然其防水防潮效果明显，但是，这种无机防水防潮剂对砂浆或混凝土中的钢筋有一定的侵蚀作用，并且金属钾、钠的引入将增强砂浆或混凝土的碱集料反应，导致固有强度的降低。此外，利用高活性微晶氧化硅作为母剂制成的水泥外加剂，虽然其具有抗渗漏、提高混凝土的强度、无毒无害耐腐蚀等特性，但其制造价格昂贵，在某种程度上限制了这一技术的持续发展。

因此，研制一种掺入水泥以配置高抗渗砂浆或者微集料混凝土的外加剂，从而使砂浆或者微集料混凝土具有自防水、高抗渗性能和裂纹自愈性能，对于降低工程造价、提高建筑物寿命，都有深远的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高抗渗微晶自愈型水泥外加剂，用于掺入水泥以配置高抗渗砂浆或者微集料混凝土使之具有高抗渗性能和裂纹自愈性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高抗渗微晶自愈型水泥外加剂，其组分及含量为：

活性二氧化硅 30-50％

磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉 32-55％

磷酸盐 5-8％

减水剂 7-11％

上述百分数为重量百分数。

进一步地，所述外加剂的组分及含量还可以为：

活性二氧化硅 35-45％

磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉 37-50％

磷酸盐 5-8％

减水剂 7.5-10％

进一步地，所述外加剂的组分及含量还可以为：

活性二氧化硅 40％

磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉 52％

磷酸盐 5-8％

减水剂 8％

其中，所述活性二氧化硅为白色，细度为36至150nm，松散容重为200至300kg/m³，SiO₂含量＞93％，与Ca(HO)₂完全反应，并且完全水解。

其中，所述粉煤灰颗粒呈玻璃球状，表面光滑，色灰或浑灰，相对密度为1.95至2.43，松散容重516至1073kg/m³。

其中，所述粉煤灰为细度0.045mm方孔筛，筛余量为≤15％，需水量比≤102％，烧失量≤6％，含水量≤0.5％，三氧化硫含量≤3％。

其中，所述石英质硅微粉为白色中性无机填料，氧化硅成分≥98％，细度≤0.076mm，不含结晶水。

其中，所述石灰石粉的主要成分为碳酸钙，所述碳酸钙中氧化钙的成分≥50％，细度0.08mm方孔筛，筛余量为6-8％。

其中，所述磷酸盐为磷酸三钠或者磷酸一氢钠或者磷酸二氢钠。

其中，所述减水剂为多环芳香族磺酸盐减水剂，其主要成分为芳香族磺酸盐甲醛缩合物，减水率≥20％，泌水率≤100％，含气量≤3.0％，初凝结时间差为-60至90分钟，终凝结时间差为-60至90分钟，九十天收缩率比≤120％。

通过采用所述的外加剂，由于所述活性二氧化硅能够迅速水解并与水泥水化析出的氢氧化钙作用，生成水化硅酸钙，并将游离水转变为溶胶水、固溶胶，即减小泌水，提高粘结力，同时所形成的水化硅酸钙在水化石毛细通缝中富集，堵塞切断通道并与水泥水化形成一体水化石。这种化学反应机理改变了混凝土或者砂浆内孔状结构及集料界面过渡区的状况，最终提高了混凝土或砂浆的强度及抗渗性，减小了水泥水化石的收缩率，减小了开裂。而所述外加剂中的磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉起到了填充的作用，能够减小水化石的空隙和微裂缝。此外，石英质硅微粉性质稳定，能降低固化物的线膨胀系数和固化收缩率，防止硫酸盐的侵蚀，从而消除内应力，防止开裂；石灰石粉与碱溶液不起作用，阻挡了碱溶液的侵蚀，防止开裂。而且，由于受水量、反应空间的大小、水泥水化析出的氢氧化钙的数量、速度以及搅拌的均匀程度等因素的影响，一部分外加剂在水化早期不一定参加反应，但能填充砂浆或混凝土中的空隙和水分干燥后所留下的毛细通道。一旦结构体产生微裂缝，在渗入水的情况下，磷酸盐的活化剂作用促进了水泥的二次水化，使得尚未水化的水泥析出氢氧化钙，而所析出的氢氧化钙则与尚未反应的活性二氧化硅继续作用，促使了水化硅酸钙的形成，从而增强了砂浆或混凝土的裂纹自愈功能，并使水化石在时间的推移下不断增加密实度，继续增强砂浆或混凝土的抗压强度、抗折强度、抗渗透能力和自防水功能。可见本发明外加剂能够使混凝土或砂浆具有高抗渗性能和裂纹自愈性能。

具体实施方式

本发明旨在提供一种高抗渗微晶自愈型水泥外加剂，用于掺入水泥配置高抗渗砂浆或者微集料混凝土使之具有高抗渗性能和裂纹自愈性能。

下面对本发明进行详细描述。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作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。

本发明实施例提供一种高抗渗微晶自愈型水泥外加剂，其组分及含量为：

活性二氧化硅 30-50％

磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉 32-55％

磷酸盐 5-8％

减水剂 7-11％

上述百分数为重量百分数。

进一步地，所述外加剂的组分及含量还可以为：

活性二氧化硅 35-45％

磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉 37-50％

磷酸盐 5-8％

减水剂 7.5-10％

进一步地，所述外加剂的组分及配比含量还可以为：

活性二氧化硅 40％

磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉 52％

磷酸盐 5-8％

减水剂 8％

在上述各实施例中，所述活性二氧化硅为白色，俗称“白碳黑”，实际上是硅酸溶胶蒸发得到的硅酸根离子，细度为36至150nm，松散容重为200至300kg/m³，SiO₂含量＞93％。所述活性二氧化硅能够迅速水解，并与水泥水化析出的氢氧化钙(Ca(HO)₂)作用，生成水化硅酸钙，所述水化硅酸钙再与水泥本身水化生成物结合生成密集型水化石，从而大幅提高混凝土或砂浆的抗渗透防水性能。而且，由于受水量、反应空间的大小、水泥水化析出的氢氧化钙的数量、速度以及搅拌的均匀程度等因素的影响，一部分外加剂在水化早期不一定参加反应，但能填充砂浆或混凝土中的空隙和水分干燥后所留下的毛细通道。一旦结构体产生微裂缝，在渗入水的情况下，磷酸盐的活化剂作用促进了水泥的二次水化，使得尚未水化的水泥析出氢氧化钙，而所析出的氢氧化钙则与尚未反应的活性二氧化硅继续作用，促使了水化硅酸钙的形成，从而增强了砂浆或混凝土的裂纹自愈功能，并使水化石在时间的推移下不断增加密实度，继续增强砂浆或混凝土的抗压强度、抗折强度、抗渗透能力和自防水功能。

进一步地，在上述各实施例中，所述磨细矿粉起到了填充的作用，能够减小水化石的空隙和微裂缝。

进一步地，在上述各实施例中，所述粉煤灰是从电厂燃烧煤粉锅炉排出的烟气中收集到的细粉尘末，其颗粒呈玻璃球状，表面光滑，色灰或浑灰，相对密度为1.95至2.43，松散容重516至1073kg/m³，其主要成分为氧化硅、氧化铝，属于火山灰质的活性微粉。

其中，所述粉煤灰的理化指标为：细度0.045mm方孔筛，筛余量为≤15％，需水量比≤102％，烧失量≤6％，含水量≤0.5％，三氧化硫含量≤3％。

所述粉煤灰的活性是以火山灰活性指标来表示的，主要取决于所述粉煤灰的化学成分、玻璃相含量、细度、颗粒形状等因素。所述粉煤灰起到了填充的作用，能够减小水化石的空隙和微裂缝，但它与水泥水化产物的结合发展很慢，所以对水化石早龄期的强度和抗渗性的增长不明显甚至有所下降，但对较长龄期的抗渗性强度等指标将得到特别的改善。

进一步地，在上述各实施例中，所述石英质硅微粉为白色中性无机填料，主要成分为氧化硅≥98％，细度≤0.076mm，不含结晶水，其性质稳定，能降低固化物的线膨胀系数和固化收缩率，防止硫酸盐的侵蚀，从而消除内应力，防止开裂。

进一步地，在上述各实施例中，所述石灰石粉又称耐碱粉，其主要成分为碳酸钙(氧化钙成分≥50％)，细度0.08mm方孔筛，筛余量为6-8％。所述石灰石粉也起到了填充的作用，能够减小水化石的孔隙和微裂缝，并能够阻挡碱溶液的侵蚀。

进一步地，在上述各实施例中，所述磷酸盐为磷酸三钠或者磷酸一氢钠或者磷酸二氢钠，起到了活化剂的作用，能够促进水泥的二次水化，其中以磷酸二氢钠的效果最好。

进一步地，在上述各实施例中，所述减水剂为多环芳香族磺酸盐减水剂，其主要成分为芳香族磺酸盐甲醛缩合物，其理化性能为：减水率≥20％，泌水率≤100％，含气量≤3.0％，初凝时间差为-60至90分钟，终凝时间差为-60至90分钟，九十天收缩率比≤120％。由于所述活性二氧化硅或磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉，都是用高细微粉末配置而成，这势必将增加拌和用水量，所以高效减水剂的应用是必不可少的。

由于本发明外加剂采用了巧妙的配比组合，充分考虑了配置各物料间的特性互补作用，从而达到了单纯物质所不能达到的优异品质，使得采用所述外加剂的混凝土或砂浆具有高抗渗性能和裂纹自愈性能。另外，本发明外加剂在符合相应性能的前提下采用了工业废料、废渣和低价位的材料，变废为宝，优化环境，让材料发挥出最大的功能，最大限度地降低原材料成本，造福人类。

本发明外加剂的制造工艺如下：将上述各原料按要求称量，送入混合器，物料经连续搅拌后出成品，计量包装。所制出的本发明外加剂产品的物理特性为：外观为白色、灰白色或花白色均匀的粉状物，无结块；其匀质性为：相对含水率≤5％，原料含水量≤0.5％(不包括结晶水)，细度用孔径0.32mm筛，筛余量为≤2％，无氯离子含量。本发明外加剂应用时，其用量应为水泥用量的5％。本发明外加剂的产品可采用塑料薄膜双层密封包装。

本发明外加剂可掺入水泥配置高抗渗砂微集料混凝土、并能与石灰混和不产生快凝；本发明外加剂还可以与白色硅酸盐水泥组成彩色高抗渗水泥基防水材料，与普通硅酸盐水泥配置成自愈型砂浆、自愈型微集料混凝土及其他衍生产品。

采用所述外加剂的受检砂浆或受检混凝土的性能指标分别如表1、表2所示。表1、表2清晰的表明，采用本发明外加剂配制的砂浆或混凝土的抗渗指标≥3.0MPa，已能满足国内外特殊工程如越江隧道、海底隧道、地铁、防洪大坝以及水库地下工程的抗渗要求。

表1受检砂浆的性能指标

表2受检微集料混凝土的性能指标

下面，通过描述将本发明外加剂不同组分与配比的产品掺入水泥配置的砂浆或混凝土在抵抗不同侵蚀类型时的功效，进一步说明本发明外加剂的功能。

第一种抗淡水侵蚀型外加剂

此时，所述高抗渗微晶自愈型水泥外加剂的组分及其含量(重量百分数)为：

活性二氧化硅 40％

磨细粉煤灰 52％

磷酸盐 5-8％

多环芳香族硝酸盐减水剂 8％

上述配比的外加剂用于掺入425#以上标号的硅酸盐水泥或不掺火山灰质混合材的普通硅酸盐水泥。

由于掺入所述外加剂后，混凝土或者砂浆中不但有硅酸溶胶参与的离子反应，还有粉煤灰参与的火山灰反应，从而找到了廉价的填充料，使水泥水化石的密实度得到了相应的增加，从而形成一体化水化石，对长短各龄期的水化石的性能指标都有了较好的改善。此外，磷酸盐的活化剂作用促进了水泥的二次水化，使得尚未水化的水泥析出氢氧化钙，而所析出的氢氧化钙则与尚未反应的活性二氧化硅继续作用，促使了水化硅酸钙的形成，从而使水化石的强度和抗渗性指标进一步加强，并增强了砂浆或混凝土的裂纹自愈功能。

第二种抗硫酸盐侵蚀型外加剂

活性二氧化硅 35％

石英质硅微粉 55％

磷酸盐 5-8％

多环芳香族磺酸盐减水剂 10％

上述配比的外加剂用于与425#以上标号的抗硫酸盐硅酸盐水泥结合使用。

将上述外加剂掺入到水泥后，由于石英质硅微粉的填充作用，减少了水化石的孔隙和微裂缝；而石英质硅微粉本身的特性使得硫酸盐的侵蚀无从下手。另一方面，磷酸盐的活化剂作用促进了水泥的二次水化，使得尚未水化的水泥析出氢氧化钙，而所析出的氢氧化钙则与尚未反应的活性二氧化硅继续作用，促使了水化硅酸钙的形成，从而使水化石的强度和抗渗性指标进一步加强，并增强了砂浆或混凝土的裂纹自愈功能。当海水中的氯化钠浓度达到10％时，本发明外加剂仍然能够达到上述作用。

第三种抗碱侵蚀型外加剂

活性二氧化硅 50％

石灰石粉 40％

磷酸盐 5-8％

多环芳香族磺酸盐减水剂 10％

上述配比的外加剂用于掺入425#以上标号的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。此外，若工程中有收缩比＞1.1要求，应外加U型膨胀剂(如UEA，NUEA)或其他膨胀剂，所述膨胀剂的掺入量为水泥量的8％-12％。

将上述外加剂掺入到水泥后，由于石灰石粉主要起填充作用，减少了水化石的孔隙和微裂缝；石灰石粉与碱溶液不起作用，阻挡了碱溶液的侵蚀作用；磷酸盐的活化剂作用促进了水泥的二次水化，使得尚未水化的水泥析出氢氧化钙，而所析出的氢氧化钙则与尚未反应的活性二氧化硅继续作用，促使了水化硅酸钙的形成，使水化石的强度和抗渗性在指标上得到加强，并增强了砂浆或混凝土的裂纹自愈功能。

分别采用上述三种配比的外加剂，并使水泥与ISO标准砂以1∶2.5配置而成的水泥砂浆，匀质后7天养护后其抗渗指标均达到P＞3.0Mpa；3天、7天、28天以及长期强度与空白样比均＞1。另外，上述配置中必须用粉状物料三维混合器，时间必须大于2分钟，方能达到匀质性要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims

1.一种高抗渗微晶自愈型水泥外加剂，其特征在于，其组分及含量为：

活性二氧化硅 30-50％

磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉 32-55％

磷酸盐 5-8％

减水剂 7-11％

上述百分数为重量百分数。

2.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，其组分及含量为：

活性二氧化硅 35-45％

磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉 37-50％

磷酸盐 5-8％

减水剂 7.5-10％

3.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，其组分及含量为：

活性二氧化硅 40％

磨细矿粉或粉煤灰或石英质硅微粉或石灰石粉 52％

磷酸盐 5-8％

减水剂 8％

4.根据权利要求1或2或3所述的外加剂，其特征在于，所述活性二氧化硅为白色，细度为36至150nm，松散容重为200至300kg/m³，SiO₂含量＞93％，与Ca(HO)₂完全反应，并且完全水解。

5.根据权利要求1或2或3所述的外加剂，其特征在于，所述粉煤灰颗粒呈玻璃球状，表面光滑，色灰或浑灰，相对密度为1.95至2.43，松散容重516至1073kg/m³。

6.根据权利要求5所述的外加剂，其特征在于，所述粉煤灰为细度0.045mm方孔筛，筛余量为≤15％，需水量比≤102％，烧失量≤6％，含水量≤0.5％，三氧化硫含量≤3％。

7.根据权利要求1或2或3所述的外加剂，其特征在于，所述石英质硅微粉为白色中性无机填料，氧化硅成分≥98％，细度≤0.076mm，不含结晶水。

8.根据权利要求1或2或3所述的外加剂，其特征在于，所述石灰石粉的主要成分为碳酸钙，所述碳酸钙中氧化钙的成分≥50％，细度0.08mm方孔筛，筛余量为6-8％。

9.根据权利要求1或2或3所述的外加剂，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸三钠或者磷酸一氢钠或者磷酸二氢钠。

10.根据权利要求1或2或3所述的外加剂，其特征在于，所述减水剂为多环芳香族磺酸盐减水剂，其中，所述多环芳香族磺酸盐减水剂主要成分为芳香族磺酸盐甲醛缩合物，减水率≥20％，泌水率≤100％，含气量≤3.0％，初凝结时间差为-60至90分钟，终凝结时间差为-60至90分钟，九十天收缩率比≤120％。