CN102491670B - Whdf型混凝土减水防渗抗裂剂 - Google Patents
Whdf型混凝土减水防渗抗裂剂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂，其组分及其组分含量按重量百分数计为：晶化激发组分18-28%；活性激发组分12-18%；铝酸三钙抑制组分7-15%；和易调节组分10～20；防微生物组分2-6%；粉煤灰30-40%。本发明的有益效果在于：本发明的混凝土减水防渗抗裂剂通过促进水泥水化程度，优化水化产物和激发活性混合材料与氢氧化钙进行二次水化等作用，既有效提高了混凝土的抗拉强度，极限拉伸值和密实性能，增强其抵御开裂的能力，又降低混凝土早期的水化热和干缩，减少了因收缩引起开裂可能性，使混凝土具有良好的抗裂防渗性能。
Description
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体的是涉及一种WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂。
背景技术
目前我国基础设施建设处于高速发展阶段。水利水电建设中的堤坝、交通建设中的公路、铁路、桥梁、码头、隧道以及民用建设工程中大量使用混凝土。这些混凝土不同程度地存在着收缩以及由此产生的开裂，出现渗水现象，引起混凝土表、里的侵蚀及混凝土内部钢筋的锈蚀，影响了混凝土的耐久性能，降低了混凝土工程的使用寿命。随着高性能混凝土（HPC）和高强混凝土（HSC）的产生，混凝土中水泥用量增大，用水量减小，活性掺合料增加，使上述开裂程度增大。目前市面上应用于抗裂方面的外加剂有内掺与外涂两类，内掺的有：补偿收缩的膨胀剂，增大抗拉强度的钢纤维或聚丙烯纤维，降低收缩的有机表面活性剂等；外涂的有：有机养护剂（专利公开号为CN101219867A）或有机减缩养护剂（专利公开号为CN101565284）等。无论是内掺还是外涂，它们之中，膨胀剂收缩补偿的时间不同步，不能实现补偿收缩的目的；纤维增大抗拉强度只能在一定的范围内适用，因此，不能抗裂，只能在一定的范围内限制裂缝的产生；所有的有机材料与混凝土无机类材料相容性差，效果不明显，特别是容易老化，且使用成本高；特别是上述材料功能单一，在使用时，必须同时掺用改善混凝土工作性能的减水剂，使混凝土施工工艺复杂起来，同时，外加剂之间又存在配伍性问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂，其具有良好的抗裂防渗性能，且不易老化，成本低，简化了施工工艺，避免外加剂配伍性问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂，其特征在于其组分及其组分含量按重量百分数计为：晶化激发组分18-28%；活性激发组分12-18%；铝酸三钙抑制组分7-15%；和易调节组分10～20；防微生物组分2-6%；粉煤灰30-40%。
按上述方案，所述的晶化激发组分为明矾或六偏磷酸钠；
按上述方案，所述的活性激发组分为半水石膏或绿矾；
按上述方案，所述的铝酸三钙抑制组分为硼酸或磷石膏；
按上述方案，所述的和易调节组分为萘磺酸钠或氨基磺酸钠；
按上述方案，所述的防微生物组分为尿素或水玻璃。
本发明的混凝土减水防渗抗裂剂使用掺量为：混凝土掺量为胶材用量的2%；防渗水泥砂浆掺量为2-2.5kg/ m2；防漂水泥砂浆掺量为0.5-1.5 kg/ m2。
本发明的主要反应机理以及各组成部分的作用是：粉末中的晶化激发组分与水和水泥熟料中的硅酸钙发生反应，形成改性硅酸钙水化物（M-C-S-H）和堵孔沉积物；活性激发组分激发了混凝土体系内粉煤灰中的活性混合材料（游离的钙，SiO2和Al2O3等）的活性，使它们与Ca(OH)2进行二次水化，生成水化硅酸钙（C-S-H）和水化石榴石矿物（C3AS2Hn）；铝酸三钙抑制组分与混凝土中部分铝酸三钙在水化初期形成一种络合物（此络合物是一种非稳定的化合物，随着体系中Ca(OH)2的增多而逐渐分解，使得铝酸三钙在水化后期逐渐得以水化），选择性地抑制了水化早期铝酸三钙的快速水化反应，既确保了硅酸二钙和硅酸三钙的充分水化，又降低了早期体系中的水化热和干缩；和易调节组分在减少用水量的前提下，改善混凝土拌和物的流动性与粘结性，确保其工作性能；防微生物组分主要作用是让微生物不寄生在混凝土的表面而受侵蚀。
上述作用使混凝土体系中的凝胶（C-S-H和 M-C-S-H）增多，密度增大，孔隙率下降，水泥石及其骨料界面处的粘结力和密实性增强，产生良好的界面效应。同时，早期的水化热和干缩下降，混凝土的工作性能也得到明显改善。因而，使混凝土具有良好的抗裂防渗性能。
本发明的有益效果在于：本发明的混凝土减水防渗抗裂剂通过促进水泥水化程度，优化水化产物和激发活性混合材料与氢氧化钙进行二次水化等作用，既有效提高了混凝土的抗拉强度，极限拉伸值和密实性能，增强其抵御开裂的能力，又降低混凝土早期的水化热和干缩，减少了因收缩引起开裂可能性，使混凝土具有良好的抗裂防渗性能。同时，只掺一种外加剂，既有效改善混凝土的工作性能，又简化了施工工艺，避免了多种外加剂的配伍性问题。实验表明：在加入WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂后，混凝土的工作性能及硬化后的力学性能显著改善，具有抗裂、防渗和提高耐久性能之功效，其中抗压强度提高（10-15）%，抗拉强度提高（15-20）%，弹性模量降低（5-10）%，极限拉伸值提高（15-20）%，总孔隙率下降8%，抗渗等级≥S12，冻融循环次数可达300次，电通量可降低20%左右，早期水化热最大峰值的时间可推迟24小时以上，早期干缩值可降低30%以上，减水率达到（15～20）%，坍落度损失率降低30%以上。
附图说明
图1、2为实施例1-6掺与不掺WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂水泥净浆扩展度的对比图(5天时)；图1表明：掺WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂后，拌和物保水保坍性能好，泌水适中，不离析，也不产生裂缝；图2表明：不掺WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂的拌和物既泌水，又离析，且产生裂缝；
图3、4为实施例1-6掺与不掺WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂界面断口样的扫描电镜(SEM) 对比图，图3表明，掺WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂后，过渡层松散结构和微裂缝得到有效改善；图4表明，不掺WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂的界面断口存在明显的微裂缝和毛细孔；
图5、6为实施例1-6掺与不掺WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂混凝土试块盐水浸泡90天后表面比较，图5表明，掺WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂后表面光滑平整，图6表面，不掺WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂表面出现腐蚀和剥落。
具体实施方式
WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂，WH——技术发明单位“武汉化工学院”（现更名“武汉工程大学”）英文字母缩写，DF——堵水防水材料代码，同时，由于它具有减水作用，以下简称WHDF-J。
实施例1
WHDF-J的组分及其重量百分比为：
晶化激发组分 21%
活性激发组分 13%
铝酸三钙抑制组分 14%
和易调节组分 12%
防微生物组分 2%
粉煤灰 38%
其中，晶化激发组分为六偏磷酸钠，活性激发组分为绿矾，铝酸三钙抑制组分为磷石膏，和易调节组分为萘磺酸钠，防微生物组分为尿素。
WHDF-J是将上述组分混合反应而成，其使用方法是在混凝土搅拌的过程中连同胶材一起加入即可。
实施例2
WHDF-J的组分及其重量百分比为：
晶化激发组分 21%
活性激发组分 12%
铝酸三钙抑制组分 13%
和易调节组分 12%
防微生物组分 5%
粉煤灰 37%
其中，晶化激发组分为明矾，活性激发组分为半水石膏，铝酸三钙抑制组分为硼酸，和易调节组分为氨基磺酸钠，防微生物组分为水玻璃，使用方法同实施例1。
实施例3
WHDF-J的组分及其重量百分比为：
晶化激发组分 21%
活性激发组分 13%
铝酸三钙抑制组分 14%
和易调节组分 15%
防微生物组分 2%
粉煤灰 35%
其中，晶化激发组分为六偏磷酸钠，活性激发组分为绿矾，铝酸三钙抑制组分为磷石膏，和易调节组分为萘磺酸钠，防微生物组分为尿素，使用方法同实施例1。
实施例4
WHDF-J的组分及其重量百分比为：
晶化激发组分 22%
活性激发组分 12%
铝酸三钙抑制组分 13%
和易调节组分 15%
防微生物组分 5%
粉煤灰 33%
其中，晶化激发组分为明矾，活性激发组分为半水石膏，铝酸三钙抑制组分为硼酸，和易调节组分为氨基磺酸钠，防微生物组分为水玻璃，使用方法同实施例1。
实施例5
WHDF-J的组分及其重量百分比为：
晶化激发组分 21%
活性激发组分 13%
铝酸三钙抑制组分 14%
和易调节组分 18%
防微生物组分 2%
粉煤灰 32%
其中，晶化激发组分为六偏磷酸钠，活性激发组分为绿矾，铝酸三钙抑制组分为磷石膏，和易调节组分为萘磺酸钠，防微生物组分为尿素。
实施例6
WHDF-J的组分及其重量百分比为：
晶化激发组分 22%
活性激发组分 12%
铝酸三钙抑制组分 13%
和易调节组分 18%
防微生物组分 5%
粉煤灰 30%
其中，晶化激发组分为明矾，活性激发组分为半水石膏，铝酸三钙抑制组分为硼酸，和易调节组分为氨基磺酸钠，防微生物组分为水玻璃。
实验结果
用实施例1-6的WHDF-J，进行混凝土抗裂性能、防渗性能及和易性能的对比实验，实验结果如下:
1、进行混凝土抗裂性能实验
现代混凝土抗裂理论认为，混凝土的微裂缝（主要指的收缩裂缝）是由于收缩变形在约束限制下，使混凝土内部产生与收缩方向相反的分布拉应力，当这种分布应力在某个断面积蓄到一定程度，形成应力的瞬间最大值超过该断面的瞬间抗拉强度时，混凝土就开裂。换言之，由于在某一断面这种收缩变形引起的瞬间最大收缩值超过瞬间最大极限拉伸值时，混凝土也就开裂。因此，混凝土的开裂，不仅与其收缩有关，更重要的是与混凝土抵御开裂能力的抗拉强度和极限拉伸值等力学性能和变形性能有关。为此，对比实验不仅进行了混凝土收缩实验（见表1），还进行了混凝土力学性能（抗压强度和抗拉强度）变形性能（极限拉伸值和弹模量）实验（见表2）。
表 1 各实施例混凝土收缩性能实验结果
表1说明，掺入WHDF-J后，混凝土的收缩比基准样明显减少，早期更为显著。这是因为掺WHDF后，混凝土密实性能明显提高（将在防渗性能实验中介绍），有效减少了造成收缩的毛细孔的总量。特别是WHDF-J选择性地抑制了水化早期铝酸三钙的快速水化，有效降低了早期体系中的水化热，使混凝土早期的收缩明显降低。
表2说明，掺WHDF-J后，混凝土的力学性能和变形性能有明显改善，与基准样比，各实施例的抗压强度增长率在（10～15）%之间，抗拉强度增长率在（15～20）%之间，极限拉伸值增长率在（15～23）%之间，弹性模量降低率在（5～10）%之间。掺入WHDF后，混凝土体系中凝胶增多，密度加大，孔隙率下降，胶孔比提高。根据T.C.Powers力学理论，混凝土的胶孔比增大，其力学性能必将得到明显的改善；同时，凝胶增多，密度加大，混凝土的柔性增强；特别是生成的堵孔沉积物和水化石榴石矿物可堵塞已有的微裂缝和毛细孔，改善了界面过渡层松散结构，产生良好的界面效应（见附图3-4），使混凝土的变形性能明显改善。
总之，掺入WHDF-J后，早期水化热及干缩的降低，明显减少了混凝土的收缩；特别是抗拉强度和极限拉伸值的大幅度增加，有效提高了混凝土抵御开裂的能力，使混凝土具有良好的抗裂性能（见附图1-2）。
表 2 各实施例混凝土28天力学性能及变形性能实验结果
2、进行混凝土防渗性能实验
混凝土防渗性能，主要是指混凝土在不产生贯穿性裂缝前提下的密实性能，否则，就无密实可言了，这正是本发明既研究抗裂，又研究密实的根源所在。工程应用中，防渗（密实）性能的主要测试指标有抗渗标号及电通量。为此，进行了抗渗标号及电通量的对比实验，其结果见表3；
表3 各实施例混凝土28天的抗渗标号及电通量试验结果
| 实施例 | 抗渗标号 | 渗水高度（cm） | 电通量（库仑） | 电通量（%） |
| 基准 | S8 | 透水 | 1165 | 100 |
| 1 | S12 | 5.3 | 782 | 67.1 |
| 2 | S12 | 6.5 | 803 | 68.9 |
| 3 | S12 | 5.5 | 721 | 61.9 |
| 4 | S12 | 5.1 | 730 | 68.7 |
| 5 | S12 | 5.8 | 807 | 62.7 |
| 6 | S12 | 5.0 | 708 | 60.8 |
表3说明：采用本发明的WHDF-J后，一方面，混凝土水化过程生成的改性水化硅酸钙和水化硅酸钙增多，体系中的凝胶（C-S-H）密度增大，孔隙率下降；另一方面，水化过程生成的堵孔沉积物和水化石榴石矿物有较强的渗透能力，它们可堵塞已有的微裂缝和毛细孔，改善骨料界面过渡层的松散结构（见附图3-4），使混凝土防渗（密实）性明显改善。压汞测孔实验表明，总孔隙率下降8%。上述实验也表明，掺WHDF-J后，混凝土的抗渗标号均≥S12，电通量下降30%，有效改善了混凝土的防渗（密实）性能。
、进行混凝土和易性能实验
混凝土和易性能直接影响混凝土工程的施工性能和工程质量。衡量和易性能的主要技术参数有泌水率、坍落度及其损失率。为此，进行了混凝土的泌水率及坍落度实验，其实验结果见表4和表5.
表 4 各实施例混凝土泌水试验结果
表4说明，不掺WHDF-J的基准样泌水集中在前40分钟，达到总量的75%，由于泌水集中，在短时间内泌水量大，拌合物容易离析，使得坍落度损失快，屈服应力、塑性粘度及抗分离性随之大幅度下降，粗骨料便会从水泥浆中分离出来，必将影响新拌混凝土工作性能。
掺WHDF-J的拌合物泌水过程较缓慢，泌水分布在200分钟以内，泌水速率随水泥水化速率而变化，这是WHDF-J的作用机理所致，反应速度加快，产生的凝胶增多，填充水泥石中的毛细孔和骨料界面水速度也加快，被凝胶挤出的水也就增多。泌水速率适中，凝土拌合物保水、保坍性能好，且不出现离析现象，新拌混凝土的塑性粘度适中，能使混凝土拌合物屈服应力控制到适宜范围，具有良好的抗分离性，因此，掺WHDF-J能有效改善混凝土拌合物的工作性能（见附图1-2）。
表 5 各实施例混凝土坍落度及其损失试验结果
表5 说明，掺WHDF-J后，初始坍落度与基准样相比，基本相同，但其坍落度损失率在90分钟之内下降30%以上，90～120分钟之内下降20%以上，120～150分钟之内下降15%以上。这是因为掺WHDF-J后，促进了水泥水化程度，体系中凝胶增多，保水性能得到改善，因此，坍落度的损失也随之降低。
表1-5说明，WHDF-J的应用，有效提高了混凝土的抗裂及防渗性能。与此同时，混凝土的耐久性能也得到有效改善，掺与不掺WHDF-J的混凝土盐水浸泡实验证实了这一点（见附图5-6）。此外，掺WHDF-J后，体系中凝胶增多，混凝土拌合物的塑性粘度相应提高，对浆体与骨料颗粒间的界面粘结性能提高，拌合物泌水适中，不离析，流动性好，且坍落度的经时损失较小，能有效改善了混凝土的工作性能，确保混凝土工程质量。
Claims (1)
1.WHDF型混凝土减水防渗抗裂剂，其特征在于其组分及其组分含量按重量百分数计为：晶化激发组分18-28%；活性激发组分12-18%；铝酸三钙抑制组分7-15%；和易调节组分10～20；防微生物组分2-6%；粉煤灰30-40%，所述的晶化激发组分为明矾或六偏磷酸钠，所述的活性激发组分为半水石膏或绿矾，所述的铝酸三钙抑制组分为硼酸或磷石膏，所述的和易调节组分为萘磺酸钠或氨基磺酸钠，所述的防微生物组分为尿素或水玻璃。
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20120613 Assignee: Wuhan Tianyi new materials Co. Ltd. Assignor: Wuhan Institute of Technology Contract record no.: 2015420000069 Denomination of invention: WHDF-type water-reducing, seepage-proof and crack-resistant agent for concrete Granted publication date: 20130320 License type: Exclusive License Record date: 20150505 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180419 Address after: 430074, 16 tower, science and technology incubator building, Wuhan Institute of Technology, 693 Hongshan Xiong Chu street, Hongshan, Hubei. Patentee after: Wuhan Tianyi new materials Co. Ltd. Address before: 430074 Wuhan, Hongshan Province District, hung Chu street, No. 693 Patentee before: Wuhan Institute of Technology |