CN101811843A - 一种新型混凝土专用减缩密实剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及产品属于混凝土外加剂技术领域，首先制备原液，其组成为去离子水、氢氧化钠溶液、硫粉和催化剂，该催化剂是由甲氧基聚乙二醇，二甲基-1，3-丙二酸和烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠组成的混合溶液；其次制备所述无机防水减缩密实剂其组成为：去离子水、原液、二甲基-1，3-丙二酸、甲氧基聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠、三乙醇胺、硅酸盐和消泡剂DF-642本发明是在低掺量下，实验表明在掺量为0.1％～2％时，即可有效减小混凝土早期收缩，减低开裂风险，提高混凝土密实性，改善孔结构，达到防水防渗的功能，从而提高混凝土对物理和化学侵蚀的耐久性。本发明涉及的I型防水密实剂，在要求混凝土收缩开裂小，密实性高的工程领域最为适用。

Description

一种新型混凝土专用减缩密实剂

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域。混凝土在新拌和硬化状态下的性能可以通过在混凝土拌合物中掺入某些物质来改变，这得益于最近50年来混凝土外加剂工业的飞速发展。现今市场上已经有数百种外加剂产品在出售。在某些国家，70％～80％混凝土掺有一种或几种外加剂。

外加剂在组分上变化很大，从表面活性剂和可溶性盐到聚合物和不溶性矿物。通常情况下，它们用于改善混凝土的工作性，加快或延缓凝结时间、控制强度发展以及提高混凝土对冻融作用，温差开裂，碱骨料膨胀，硫酸盐侵蚀及钢筋锈蚀的耐久性。

背景技术

在现代土木工程结构比如桥梁、海港工程、隧道、铁路、地下工程、市政建造物、机场等，混凝土是最重要的建筑材料。建造物的耐久性越来越成为了人们关注和研究的热点。因此，提高土木工程结构中混凝土在服役环境下的耐久性，则成为了提高结构物耐久性的主要措施。

综合而言，混凝土结构在服役环境的耐久性大概可分为如下几种劣化机理：

(1)物理作用：干湿交替、冻融破坏、收缩开裂，盐冻破坏等；

(2)化学作用：化学介质侵蚀，硫酸盐侵蚀，碳化作用，钢筋锈蚀，碱-骨料反应等；

混凝土材料本身是一种多孔材料，其孔隙分布于从十几纳米的微观孔到毫米级的宏观可见孔，以及宏观的裂缝等。研究表明，以上所述的混凝土随时间的劣化机理都于混凝土的渗透性密切相关，包括水的渗透性、气体的渗透性、各种离子的渗透性的。在没有水的参与下，混凝土的破坏劣化风险会大大降低。因此，提高混凝土的防水、防渗性能一直是提高混凝土耐久性的重要措施。

与混凝土渗透性相关的因素主要有二：混凝土的孔隙结构及裂缝。

改善混凝土的孔隙结构，包括减少大孔数量、降低孔隙的连通性、降低混凝土孔壁的表面张力等措施，都可以有效地降低水分在孔隙中的侵入和渗透。

裂缝是另一个影响混凝土渗透性的重要因素。完全不开裂混凝土几乎没有。混凝土开裂的原因大概有自收缩、干燥收缩导致的体积收缩从而引起开裂；由于混凝土水化温升而引起的温度应力收缩开裂等。这些原因引起的体积收缩，大约为自身体积的0.04％～0.06％。这些收缩给混凝土的体积稳定性、耐久性带来很大的危害，具体表现为：1)混凝土的开裂破坏。2)混凝土抗渗性不好造成渗漏破坏。3)混凝土开放性裂缝导致了混凝土中的钢筋锈蚀。4)混凝土的收缩会影响混凝土的体积安定性。因此通过减小混凝土早期体积收缩，是降低混凝土开裂风险的重要措施。

长久以来，关于裂缝的防止和处理问题一直是引起工程界重视的问题，普遍的应对措施就是在混凝土中掺加膨胀剂。膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程中使混凝土(包括砂浆和水泥净浆)产生可控制的膨胀以减少收缩的外加剂。它依靠自身的化学反应或与水泥其他成分的反应，在水化期产生一定的限制膨胀，以补偿混凝土的收缩。

目前工程上使用的膨胀剂种类较多，依据它们的化学成分和膨胀原理的不同，大致可分为以下几类：硫铝酸盐系膨胀剂、石灰系膨胀剂、铁粉系膨胀剂、氧化镁型膨胀剂、复合型膨胀剂等传统膨胀剂。

膨胀剂主要用于为减少干燥收缩而补偿收缩混凝土和为了利用膨胀力而配制自应力混凝土。补偿收缩混凝土用于建筑物、水槽、贮水池、路面、板桥面、地下工程等的防渗抗裂。

应用混凝土膨胀剂的目的在于：1)提高混凝土的抗裂能力，减少并防止裂缝的出现；2)阻塞混凝土毛细孔渗水，提高混凝土抗渗等级标准；3)使超长钢筋混凝土结构保持连续性，满足建筑设计要求；4)不设后浇带以加快工程进度，防止因后浇带处理不好引起地下室渗水。

但是以上所述传统的膨胀减缩剂作用单一、掺量较大，一般为混凝土中水泥量的5％-10％，并且存在后期膨胀的风险，已有多例工程失败的教训，掺膨胀剂导致混凝土后期膨胀过大开裂，加速了结构的损坏。因此，目前在工程实践中膨胀剂的使用仍是非常谨慎的。

此外，我国目前的防水剂产品种类较多，有无机防水剂，有机防水剂和复合防水剂。作用多以减少孔隙和填塞毛细通道，降低材料在静水压下的渗透性为主。其中无机防水剂主要包括氯盐类防水剂、水玻璃系(硅酸钠类)防水剂、铝盐类防水剂及其他无机防水剂。比较常见的氯盐类防水剂有氯化钙防水剂、氯化铁防水剂、三氯化铝等防水剂，该类防水剂能与C₃A，氢氧化钙等生成难溶解胶体物质，填充和封闭水泥砂石之间的微孔，提高水泥石的密实性和抗渗性；水玻璃系(硅酸钠类)防水剂多以水玻璃为基料辅以硫酸铜、硫酸铝钾等配置而成油状液体，主要是利用硅酸钠与水泥水化产物氢氧化钙生成不溶性硅酸钙，堵塞毛细通道，提高水泥密实性，其中硫酸盐类则起到促进水泥产生凝胶物质的作用；无机铝盐防水剂多以铝盐和碳酸钙为主要原料，辅以多种无机盐，掺量一般为水泥用量的3％-5％。但使用无机盐类防水剂的混凝土养护条件要求高，还可能对混凝土钢筋产生锈蚀，而且后期防水效果不好。

有机类防水剂通常是表面活性剂，可分为憎水性塑化剂、乳液防水剂和微末剂。产品有甲基硅醇钠、氟硅醇钠、三乙醇胺类、皂类、橡胶乳液等，但由于该类防水剂引气量太大，对混凝土强度有不良影响。

而复合型防水剂虽然在作用上结合了无机防水材料好有机防水材料的特点，但目前的产品类型多样性少，对使用环境要求高。其次在工程应用中，多数防水剂会加大收缩，而收缩过大又是引起混凝土开裂的主要原因之一。以物理状态看，目前产品有粉状和液体的，但大多是粉状产品该产品掺量高，普遍在5％左右，有的高达8％-10％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能无机防水减缩密实剂的制备方法。

本发明的特征在于所述方法依次含有以下步骤

步骤(1)制备原液

把如下配比所示的去离子水与氢氧化钠的溶液均匀混合，然后向所述混合溶液中加入硫粉及催化剂并搅拌10～15min，再缓慢升温至70℃～90℃，持续搅拌40～60min，视所述混合溶液呈红色且无沉淀时停止加热及搅拌，冷却后得到制备无机防水减缩密实剂用的原液，所述各组分的配比如下：

去离子水：320g，

氢氧化钠溶液：40wt％，200～400g，

催化剂：25g～50g，由总质量分数为15％的甲氧基聚乙二醇，二甲基-1，3-丙二醇和烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠混合溶液组成，其中三者纯物质质量比依次为1∶2∶2，

硫粉：117g～210g，

步骤(2)制备无机防水减缩密实剂

按下述物质配比混合搅拌均匀即得：

去离子水：100g，

步骤(1)得到的原液：50g～100g，

二甲基乙酸丙二醇：0g～10g，

甲氧基聚乙二醇：10g～0g，

烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠：0g～10g，

三乙醇胺：0g～5g，

硅酸钠或硅酸钾或硅酸锂：10g～0g，

消泡剂DF-642：0g～1g。

本发明的技术效果是显著提高抗渗性和减少收缩、防止开裂。是无机材料和水溶性有机物的复合组成，在低掺量下(是目前同类产品的十几分之一至几十分之一)，通过自析纳米颗粒填充混凝土微孔或和混凝土中的物质发生化学反应，生成具有膨胀密实的物质。其主要功能特点为掺量小，减缩防裂作用明显，且无其它不良副作用。该剂与水泥中含有的硅、钙、钠、镁等经化学反应，生成的硫磺胶结料和结晶体，能有效阻止水分子渗透，显著提高强度，抗渗压力一般可达2.0Mpa，最高可达4.0Mpa；在能使混凝土颗粒之间粘结更紧密的同时可减少收缩30％，尤其在低龄期，可减少收缩50％以上，这对于有效控制开裂极为重要。本品可调控性大，合成工艺简单环保，合成原料经济易得。本产品外观为橘红色，均一稳定溶液，PH11-13。密封保存。

在实验室条件下，用烧杯，搅拌器，电热套等仪器合成本产品。涉及物质均为购买的化学纯试剂，取量的设定已为经过大量混凝土实验测定的结果。合成原液已经具备良好的减缩密实作用，鉴于所得原液和其他水溶性有机功能化合物有较好的相容性，且不会影响原作用，我们在原液的基础上进行复配，得到效果更加强大和稳定的复配产品，功能及减缩，密实，防水，阻锈等功能为一体的多型密实剂产品。

具体实施方法：

1、I型原液

将如下配比所示的去离子水与氢氧化钠(NaOH)溶液均匀混合，然后向溶液中加入硫粉及催化剂并搅拌10～15min，缓慢升温至70～90℃，持续搅拌40～60min。视溶液呈红色无沉淀时停止加热及搅拌，冷却后得无机密实剂母液。即：

去离子水  320g    氢氧化钠溶液(40wt％)  200g～400g

催化剂25g～50g(由总质量分数为15％的甲氧基聚乙二醇，二甲基-1，3-丙二醇和烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠混合溶液组成，其中三者纯物质质量比依次为1∶2∶2)

硫粉  117g～210g

具体实施例为：

I型复配密实剂

将如下配方I型原液及各物质混合搅拌均匀，得I型复配密实剂，即：

去离子水  100g，

I型原液   50g～100g，

二甲基-1，3-丙二醇  0g～10g，

甲氧基聚乙二醇  0g～10g，

烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠  0g～10g，

三乙醇胺  0g～5g，

硅酸盐(硅酸钠，硅酸锂，硅酸钾)  0g～10g，

法国罗地亚公司消泡剂DF-642  0g～1g。

具体实施例为：

以上产品均按照防水剂行业标准(JC474-2008)进行了抗压强度比，早起收缩率比，氯离子扩散系数比等测试，其中基准混凝土配合比为：

水泥：330kg，

中砂：744kg，

石子(5～25mm)：1116Kg，

水：200kg，

其中检测混凝土均添加相对于水泥质量0.2％的密实剂，各龄期测试强度，收缩性及氯离子扩散系数。

各实例的性能测试结果如下：

Claims (1)

1.一种新型混凝土专用减缩密实剂，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤

步骤(1)制备原液

把如下配比所示的去离子水与氢氧化钠的溶液均匀混合，然后向所述混合溶液中加入硫粉及催化剂并搅拌10～15min，再缓慢升温至70℃～90℃，持续搅拌40～60min，视所述混合溶液呈红色且无沉淀时停止加热及搅拌，冷却后得到制备无机防水减缩密实剂用的原液，所述各组分的配比如下：

去离子水：320g，

氢氧化钠溶液：40wt％，200g～400g，

硫粉：117g～210g，

催化剂：25g～50g，由总质量分数为15％的甲氧基聚乙二醇，二甲基-1，3-丙二醇和烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠混合溶液组成，其中三者纯物质质量比依次为1∶2∶2，

步骤(2)制备无机防水减缩密实剂

按下述物质配比混合搅拌均匀即得：

去离子水：100g，

步骤(1)得到的原液：50g～100g，

二甲基乙酸丙二醇：0g～10g，

甲氧基聚乙二醇：10g～0g，

烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠：0g～10g，

三乙醇胺：0g～5g，

硅酸钠或硅酸钾或硅酸锂：10g～0g，

消泡剂DF-642：0g～1g。