CN102153313A - 混凝土复合外加剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混凝土复合外加剂，其组成和配比分别为：高效减水剂：17.5-58.0wt％、有机硅防水剂：0.5-5.5wt％、有机硅增强剂：0.2-2.5wt％、聚丙烯酰胺：3.5-25wt％、三乙醇胺：1.2-2.8wt％、亚硝酸钠：3.2-6.3wt％、乙二醇：0.3-1.2wt％：丙三醇：0.6-1.3wt％、葡萄糖酸钠：2.8-5.5wt％和余量的水。在混凝土的配置过程使用本申请的复合外加剂能够显著提高混凝土材料的耐冲击性能、耐摩擦性能和抗渗防水性能，因而特别适合于机场跑道或者高速公路桥梁施工高性能混凝土的要求。

Description

混凝土复合外加剂

技术领域

本发明涉及一种混凝土外加剂，更具体地说，本发明涉及一种机场跑道或者高速公路桥梁混凝土使用的复合外加剂。

背景技术

混凝土组合物可通过将水泥、水、细集料和粗集料共混制得，而且在水泥组合物中，与水泥浆和砂浆相比，由混凝土组合物得到的固化产物的强度和耐久性均占优。因此，此类组合物正广泛而令人满意地用于建筑结构等应用领域。在所述的混凝土组合物中，降低每单位体积的混凝土中的含水量将使固化产物的性能有所改善。在目前的混凝土工业中，在提高混凝土结构的强度和耐久性方面，存在强烈需求，因此，努力降低单位含水量已成为一项重要任务。一般而言，在混凝土组合物中，可加入用于提高空气夹杂性和渗透性的外加剂。混凝土组合物中所述外加剂的任务是提供足够的分散能力，从而使得，即使当为实现强度和耐久性的改善而降低单位含水量时，也能保证混凝土组合物的渗透性与加工性，同时也使得即使随着时间的推移也能稳定地保持其分散能力，从而提供优良的混凝土组合物。

在混凝土、砂浆和净浆的制备过程中，掺入少量的(不超水泥用量的5％)能对混凝土、砂浆或净浆改变性能的一种产品，称为混凝土外加剂。在混凝土中加入适量的外加剂，能提高混凝土质量，改善混凝土性能，减少混凝土用水量，节约水泥，降低成本，加快施工进度。因而，近年来所述外加剂的重要性已得到充分的认识，技术革新也已经非常活跃。

混凝土外加剂按其主要功能可分为以下4类：

(1)改善混凝土拌和物流变性能的外加剂。包括普通减水剂和高效减水剂、引气剂和泵送剂等。

(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。

(3)改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。

(4)改善混凝土其他性能的外加剂。包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。

复合外加剂是具有两种以上主要功能的外加剂，如缓凝减水剂同时具有缓凝和减水功能，引气减水剂同时具有引气和减水功能。许多大型工程项目中，将两种外加剂复合使用，如缓凝高效减水剂和引气剂复合，同时具有高效减水、引气、缓凝作用，取得了很好的效果，既满足了大面积浇筑混凝土缓凝的要求，又达到了减水和提高耐久性的目的。

传统的混凝土外加剂往往只有一种单一的功能，如防水剂，只能提高混凝土的防水功能，而要延长混凝土的凝固时间，还得再另外添加缓凝剂。单一功能作用的混凝土外加剂已经越来越不适应高性能混凝土技术的发展，高性能混凝土是当前国内外混凝土领域中研究的热点，高性能混凝土是一种具有良好施工性能、强度较高、体积稳定性好及高耐久性混凝土，是混凝土进入高科技时代的产物，是21世纪的重要建筑材料。

本发明的目的就是针对单一功能混凝土外加剂的不足和缺陷，提供一种同时具有微防渗水、抗冲击性、耐摩擦、减水、缓凝作用的混凝土复合外加剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混凝土复合外加剂，在混凝土的配置过程使用本申请的复合外加剂能够显著提高混凝土材料的耐冲击性能、耐摩擦性能和抗渗防水性能，因而特别适合于机场跑道或者高速公路桥梁施工高性能混凝土的要求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种混凝土复合外加剂，其组成和配比分别为：高效减水剂：17.5-58.0wt％、有机硅防水剂：0.5-5.5wt％、有机硅增强剂：0.2-2.5wt％、聚丙烯酰胺：3.5-25wt％、三乙醇胺：1.2-2.8wt％、亚硝酸钠：3.2-6.3wt％、乙二醇：0.3-1.2wt％：丙三醇：0.6-1.3wt％、葡萄糖酸钠：2.8-5.5wt％和余量的水。

所述的高效减水剂可以选自萘系减水剂、三聚氰胺高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂，优选的高效减水剂有萘磺酸甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、氨基苯磺酸盐苯酚甲醛缩合物、磺化丙酮甲醛缩合物、甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物、丙烯基醚共聚物、酰胺等。本发明中也可以使用上述高效减水剂的复配物，特别是优选甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物与酰胺的复配物，选择它们的复配物由于此类产品的分散能力由强静电斥力与空间位阻共同决定，具低掺用量低、高减水率，另外与发明中的有机硅增强剂相互作用，大幅度提高了混凝土的增强效果、高保塑性和体积稳定性的特点。特别优选的，所述的甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物与酰胺的复配比例为0.6-1.2∶1。优选的，所述的高效减水剂的含量为32.5-50wt％。

有机硅防水剂是一种理想的防水剂，有机硅分子与基材中的硅醇基发生脱水反应，在基材表面和毛细孔表面形成定向排列有机硅氧烷增水膜。这种增水膜有几个纳米厚，不影响混凝土的外观，能阻止基材毛细管对水的毛细作用，从而阻止了水分的侵入。同时又不堵塞毛细管，使混凝土保持良好的通气性。本发明中所述的有机硅防水剂优选自烷基硅酸盐、烷基硅氧烷硅烷、高沸硅醇盐、聚烷基羟基硅氧烷中的一种或多种。在本发明的复合外加剂中，优选烷基硅氧烷硅烷的复配，特别是辛基三乙氧基硅烷与聚甲基三乙氧基硅烷，通过实验表面在本发明的外加剂中使用它们的复配，不会出现泛碱、铁锈斑等现象；而且渗透能力强、斥水效果好；另外也能适应酸碱环境，具有良好的耐久性。特别优选的，所述的辛基三乙氧基硅烷与聚甲基三乙氧基硅烷的比为3∶1。优选的所述的有机硅防水剂的含量为0.8-1.2wt％。

有机硅增强剂，在本发明中无特殊的要求，可以使用现有技术中的有机硅增强剂，也可以使用现有技术中的有机硅消泡剂与水混合均匀得到所述的有机硅增强剂，有机硅消泡剂与水混合的比例优选2-10∶1，优选3∶7。例如，可以使用以下常见的有机硅增强剂，C₁₂H₂₅N(EO)₇(PO)₅H、C₁₂H₂₅N(EO)₇(PO)₇H、其中，EO代表亚乙氧基，PO代表亚丙氧基。当然在本发明中使用的有机硅增强剂(或者有机硅消泡剂)并不受上述举例的限制。优选的有机硅增强剂的含量为0.5-1.2wt％。

本发明的复合外加剂，通过在反应釜内加入所需比例的各种物质加热至50-90度混合均匀即可。

本发明的复合外加剂同时具有防渗水、抗冲击性、耐摩擦、减水、缓凝、抗冻的效果；添加到混凝土中能够显著增强混凝土的抗冲击性，提高混凝土的强度和耐摩擦性能，防水性能优异，施工性能好等特点，可以广泛应用于基础工程、火车路基等场合，特别是适合于机场跑道、高速公路桥梁混凝土等特殊性能要求的场合。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

制备本发明的外加剂1

甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物：22.5wt％、酰胺：28.5wt％、辛基三乙氧基硅烷：0.75wt％、聚甲基三乙氧基硅烷：0.25wt％、有机硅增强剂(例如C₁₂H₂₅N(EO)₇(PO)₅H)：1.2wt％、聚丙烯酰胺：7.5wt％、三乙醇胺：1.2wt％、亚硝酸钠：3.2wt％、乙二醇：0.5wt％：丙三醇：0.8wt％、葡萄糖酸钠：3.2wt％和余量的水。

实施例2

制备本发明的外加剂2

甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物：26.5wt％、酰胺：18.5wt％、辛基三乙氧基硅烷：0.6wt％、聚甲基三乙氧基硅烷：0.2wt％、有机硅增强剂(例如C₁₂H₂₅N(EO)₇(PO)₅H)：1.8wt％、聚丙烯酰胺：12.5wt％、三乙醇胺：1.5wt％、亚硝酸钠：3.5wt％、乙二醇：0.75wt％：丙三醇：0.8wt％、葡萄糖酸钠：3.8wt％和余量的水。

实施例3

采用水泥、水、细集料、粗集料和本申请的复合外加剂来制备混凝土。

首先将描述本发明的混凝土组合物的必要组分。

相对于水泥质量，上述的复合外加剂的添加量优选不少于0.05wt％，但不多于2.2wt％。当添加量低于0.25wt％时，不能得到令人满意的性能，而当采用超过2.2wt％的高用量时，其所得的效果将基本达到饱和，而可能要承担经济上的不利。更优选的情况下，所述的添加量不多于1.5wt％，不低于0.15wt％。可采用所述的添加量掺入上述的外加剂，这种形式的添加将产生多种有益效果，例如降低单位含水量、提高强度和改善耐久性、抗冻性、抗冲击性、抗摩擦性等。

适用于本发明的水泥是硅酸盐水泥(普通型、高早强、特高早强、中热、抗硫酸盐及其相应的弱碱配对物)、各种混合水泥(高炉矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥)、白色硅酸盐水泥、高铝水泥、特快硬水泥(1-熔渣快硬水泥、2-熔渣快硬水泥和磷酸镁水泥)、灌浆水泥、油井水泥、低热水泥(低热高炉矿渣水泥、粉煤灰硅酸盐混合的低热高炉矿渣水泥、高二钙硅酸盐水泥)、特高强水泥、水泥类固化剂以及生态水泥(以至少一种城市垃圾焚烧灰和污水淤泥焚烧灰作为原料的水泥)，还可在其中加入高炉矿渣、粉煤灰、炉渣灰、熔渣灰、粗麻布灰、硅粉、石英粉、石灰石粉等细粉末或石膏。所述添加物可单独使用或结合两种或多种一起使用。

在本发明的实践中，砂适合用作所述的细集料。适用的粗集料有砾石、碎石、水粒化生铁-高炉矿渣以及回收的混凝土集料等，还有防火集料材料例如石英石、粘土、锆石、富矾土、碳化硅、石墨、铬矿石、铬-氧化镁和氧化镁材料。所述的集料可单独使用或结合两种或多种一起用。

有关本发明的混凝土组合物中的每平方米的单位含水量、水泥用量、粗集料用量和水/水泥比率，优选的情况下，所述的单位含水量为80-175kg/m³，其单位水泥含量为300至750kg/m³，其单位粗集料含量为600至1500kg/m³，而所述的水/水泥比率(质量比)为0.2至0.7。所述的水/水泥比率(质量比率)更优选至少为0.25，同时更优选不大于0.65，再优选不大于0.5。本发明的混凝土组合物可在从少灰或贫灰混合到多灰混合的较宽的配比组成范围内使用，从而可有效地表现为具有高单位水泥含量的高强度混凝土形式。

混凝土性能测试

分别采用实施例1和实施例2的复合外加剂

所用的水泥为普通硫酸盐水泥(比重3.16)，所用的细集料为陆地砂(比重2.62)，所用的粗集料为碎石(比重2.58)。根据以下给出的配比组成，称取各原料，使其混合体积为200升，使用翻斗式混凝土拌和机将所述原料一起拌和，所述拌和机的转速固定为每分钟20转。

<配比组成1>

单位水泥含量：360.0kg/m³

单位含水量：158.0kg/m³

单位细集料含量：782.1kg/m³

单位粗集料含量：1096.1kg/m³

<配比组成2>

单位水泥含量：350.2kg/m³

单位含水量：167.0kg/m³

单位细集料含量：878.1kg/m³

单位粗集料含量：930.0kg/m³

先单独将所述细集料倒入拌和机，干拌30秒后，停止旋转；加入水泥，再干拌30秒；停止旋转，加入复合外加剂1或2(加入量为水泥用量的1.2wt％)的水(占指定总用水量95％)，再拌和90秒；再次停止拌和，加入粗集料，加入水(占指定总用水量5％)，然后拌和150秒。

冲击试验方法采用弯曲冲击试验法，弯曲冲击试验的试件尺寸为100mm×100mm×400mm，每组6个试件。自由落锤是一个实心圆柱体，横截面直径30mm，锤头部为球面，锤重1.4kg。自由落锤的冲击高度为400mm。梁两端为简支，净跨340mm。落锤在钢空心圆筒内做自由落体运动，同时圆筒用于控制落锤下落高度。每次冲击从落锤自由下落开始，至落锤完全静止为结束。如此反复多次进行，直至试件破坏。试验结果评定方法：(1)初裂，梁从无裂缝至产生微裂缝；(2)破坏，通过放大镜观察裂缝是否贯穿至全截面来判断梁的破坏。混凝土的抗冲击性能以及28天养护抗压强度如表1所示。

采用100mm×100mm×400mm的试件，养护2天后，浸入5％的氯化钠水溶液，3天后测试其吸水率、渗透深度。测试结果参见表2所示。

表1混凝土抗冲击性以及抗压强度

表2混凝土渗透性测试结果

试样	渗透深度(mm)	吸水率(％)
			配比组成1，实施例1外加剂	1.2	0.9
配比组成1，实施例2外加剂	1.3	1.2
			配比组成2，实施例1外加剂	1.3	1.0
配比组成2，实施例2外加剂	1.5	1.3
			配比组成1，无外加剂	11.2	7.5
配比组成2，无外加剂	13.5	8.3

Claims (9)

1.一种混凝土复合外加剂，其组成和配比分别为：高效减水剂：17.5-58.0wt％、有机硅防水剂：0.5-5.5wt％、有机硅增强剂：0.2-2.5wt％、聚丙烯酰胺：3.5-25wt％、三乙醇胺：1.2-2.8wt％、亚硝酸钠：3.2-6.3wt％、乙二醇：0.3-1.2wt％：丙三醇：0.6-1.3wt％、葡萄糖酸钠：2.8-5.5wt％和余量的水。

2.权利要求1所述的混凝土复合外加剂，其特征在于所述的高效减水剂为甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物与酰胺的复配。

3.权利要求2所述的混凝土复合外加剂，其特征在于所述的甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物与酰胺的复配比例为0.6-1.2∶1。

4.权利要求1所述的混凝土复合外加剂，其特征在于所述的有机硅防水剂为是辛基三乙氧基硅烷与聚甲基三乙氧基硅烷的复配。

5.权利要求4所述的混凝土复合外加剂，其特征在于所述的有机硅防水剂为是辛基三乙氧基硅烷与聚甲基三乙氧基硅烷的复配的比例为3∶1。

6.权利要求1所述的混凝土复合外加剂，其特征在于所述的高效减水剂的含量为32.5-50wt％。

7.权利要求1-6任一项所述的混凝土复合外加剂的应用，其特征在于在混凝土的配置过程中添加相对于水泥含量0.05wt％-2.2wt％的所述复合外加剂。

8.一种混凝土组合物，通过混合水泥、细集料、粗集料和水来配置，其特征在于配置过程中还添加有如权利要求1-6任一项所述的混凝土复合外加剂。

9.权利要求8所述的混凝土组合物，其特征在于所述的混凝土复合外加剂的添加量为0.05wt％-2.2wt％。