CN103819123B - 具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂及其制备方法，该减缩剂它包括以下重量百分含量的原料：减缩组分5~20%，水溶性有机高分子阻锈组分5~20%，水余量。其制备方法：减缩组分的制备；水溶性有机高分子阻锈组分的制备；按照重量配比称取减缩组分、水溶性有机高分子阻锈组分和水，将减缩组分加入水溶性有机高分子阻锈组分中，搅拌10~20min，最后加水调节溶液浓度，搅拌均匀后出料。本发明能够减少混凝土塑性收缩和干缩，降低混凝土干缩裂缝发生几率，从而大幅度降低混凝土收缩开裂的风险，并能够阻止碳钢发生腐蚀，提高混凝土耐久性，而且无毒、无味，对环境无污染，使用方便，适用于各种环境及条件的混凝土。

Description

具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂领域，特别是涉及一种具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂及其制备方法。

背景技术

混凝土结构与砌体结构、钢结构、木结构相比，历史不长。直到1824年波特兰水泥的发明才为混凝土的大量使用开创了新纪元。至今仅有160多年历史。在这100多年实际使用过程中，大量的钢筋混凝土结构由于混凝土裂缝、钢筋腐蚀等各种各样的原因而提前失效，使混凝土结构的服役年限大大缩短。

近年来混凝土的裂缝问题一直困扰着建筑工程界。产生裂缝的原因很多，其中最主要的是由塑性收缩、干燥收缩等引起的非荷载裂缝。这些裂缝为空气和水进入混凝土提供了通道，加快了混凝土劣化、造成钢筋锈蚀，在寒冷地区还会发生冻融破坏，进一步加剧了这一过程。这些都会降低混凝土的耐久性，影响工程的使用寿命，严重者将会威胁到人身及财产安全。

因此，通过何种途径来减小混凝土的收缩、提高混凝土耐久性以及阻止钢筋锈蚀已成为当前研究的热点。目前解决的方法有在混凝土搅拌时加入减缩剂、膨胀剂、纤维或改善养护条件等。由于混凝土减缩剂不受混凝土配合比的限制，在低水灰比、高水泥用量的条件下可发挥出优良的减缩效果。同时，减缩剂与水泥的适应性好，在不同品种的水泥中都可发挥出良好的减缩效果。加混凝土减缩剂是预防混凝土收缩开裂的重要措施之一。

减缩剂(Shrinkage Reducing Agent)，日文称为“收缩低减剂”，于1982年由日产水泥公司和三洋化学工业公司首先研制成功，1985年Goto等人取得专利。随后，日本、美国的众多学者对这一领域进行了广泛深入的研究，取得丰硕的成果。

我国关于减缩剂的研究和报导始于20世纪90年代，由于减缩剂的成本较高，功能单一、且影响混凝土后期强度，一直没有得到推广应用。在我国，定型的混凝土减缩剂产品极少。但随着混凝土工程裂缝控制的迫切需要，以及减缩剂研究技术和产品性能的进一步提高，减缩剂这一新材料定将得到越来越广泛的应用。

钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土破坏的主要因素，使用钢筋阻锈剂是延长钢筋混凝土耐久寿命的有效方法之一，已广泛应用于新建和已建混凝土工程中，用于抵御钢筋锈蚀。目前使用最多的是无机阻锈剂，如铬酸盐和钼酸盐等可减少钝化膜活性点数目，但该类物质对混凝土的凝结时间和早期强度有较大的负面影响。上世纪七十年代，Ca(NO₂)₂已被证明能有效提升钢筋锈蚀的临界Cl^-浓度和[Cl^-]/[OH^-]比，而且不会引起碱集料反应和混凝土强度变化，并成为了一种广泛使用的钢筋缓蚀剂。然而近年来，由于Ca(NO₂)₂对环境污染严重，许多国家已逐步禁用。

近年来高分子阻锈剂和复合型阻锈剂成为国内外的研究热点，然而与国外相比，国内对这两种类型阻锈剂的研究仍存在较大差距。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂及其制备方法，能够减少混凝土塑性收缩和干缩，从而大幅度降低混凝土收缩开裂的风险，降低混凝土干缩裂缝发生几率，并能阻止碳钢发生腐蚀，提高混凝土耐久性，而且无毒、无味，对环境无污染，使用方便，适用于各种环境及条件的混凝土。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂，它包括以下重量百分含量的原料：

减缩组分                     5~20%，

水溶性有机高分子阻锈组分     5~20%，

水                           余量。

在本发明一个较佳实施例中，所述的减缩组分由丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基烯基聚氧乙烯醚和聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯组成，丙烯酰胺︰甲基丙烯酸甲酯︰甲基烯基聚氧乙烯醚︰聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯的重量配比为0.5~1.0：0.5~1.0：0~1：1~2。

在本发明一个较佳实施例中，所述的聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯的平均分子量为500~2000。

在本发明一个较佳实施例中，所述的减缩组分的平均分子量为10000~50000。

在本发明一个较佳实施例中，所述的水溶性有机高分子阻锈组分由以下重量百分含量的组份组成：马来酸酐5~10%、氢氧化钠3~8%、双氧水5~10%、催化剂A 0.1~0.5%、催化剂B 0.5~1.0%、葡萄糖酸钠5~20%、苯甲酸钠5~10%、三乙醇胺1~3%和水余量。

在本发明一个较佳实施例中，所述的催化剂A为钨酸钠、钼酸钠中一种或两种。

在本发明一个较佳实施例中，所述的催化剂B为氢氧化钙、氢氧化钠中一种或两种。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）减缩组分的制备；

（2）水溶性有机高分子阻锈组分的制备：按照重量配比称取水溶性有机高分子阻锈组分的各原料，在反应釜内加水，然后加入马来酸酐进行水解，加入氢氧化钠调整PH值为1~6，然后加入双氧水和催化剂A，加热搅拌升温至50~80℃，反应2~5h，接着向反应釜中加入催化剂B，升温至70~90℃反应0.5~2h，降温至30~50℃，加入葡萄糖酸钠、苯甲酸钠、三乙醇胺，搅拌均匀备用；

（3）按照重量配比称取减缩组分、水溶性有机高分子阻锈组分和水，将减缩组分加入水溶性有机高分子阻锈组分中，搅拌10~20min，最后加水调节溶液浓度，搅拌均匀后出料。

本发明的有益效果是：

1、本发明能够直接在混凝土拌合过程中加入，利用自身分子结构中含有的羧基、醚基等极性基团吸附在碳钢表面，阻止碳钢发生腐蚀，从而大幅度降低混凝土收缩开裂的风险，提高混凝土耐久性，同时，通过降低混凝土孔溶液表面张力，减少了混凝土塑性收缩和干缩，降低混凝土干缩裂缝发生几率。

2、本发明无毒、无味，对环境无污染，使用方便，适用于各种环境及条件的混凝土，尤其适用于气候干燥地区的新浇注的混凝土；价格便宜，效果好，其应用项目包括混凝土平板、路面、桥梁、导流墙、水库和滤水厂等厂房、道路、桥梁、隧道、水池、堤岸等工程，既可用于地下结构，也可用于上部结构。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂的配方为：

该具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂的制备按下述方法进行：

（1）减缩组分的制备：称取丙烯酰胺80kg、甲基丙烯酸甲酯80kg、聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯120kg，加水440kg，配成A料；称取过硫酸铵1kg，加水79kg溶解，配成B料；

称取甲基烯基聚氧乙烯醚100kg，加水100kg，升温到60℃，分别滴加A料、B料，A料180min滴完，B料210min滴完，升温到80，恒温60min，降温至40℃，备用；

（2）水溶性有机高分子阻锈组分的制备：按照重量配比称取水溶性有机高分子阻锈组分的各原料，在反应釜内加水，然后加入马来酸酐进行水解，加入氢氧化钠调整PH值为3，然后加入双氧水和钨酸钠，加热搅拌升温至55℃，反应5h，接着向反应釜中加入氢氧化钙，升温至80℃反应2h，降温至40℃，加入葡萄糖酸钠、苯甲酸钠、三乙醇胺，搅拌均匀备用；

（3）按照重量配比称取减缩组分、水溶性有机高分子阻锈组分和水，将减缩组分加入水溶性有机高分子阻锈组分中，搅拌15min，最后加水调节溶液浓度，搅拌均匀后出料。

实施例2

一种具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂的配方为：

该具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂的制备按下述方法进行：

（1）减缩组分的制备：称取丙烯酰胺100kg、甲基丙烯酸甲酯100kg、聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯160kg，加水360kg，配成A料；称取过硫酸铵1kg，加水79kg溶解，配成B料；

称取甲基烯基聚氧乙烯醚100kg，加水100kg，升温到60℃，分别滴加A料、B料，A料180min滴完，B料210min滴完，升温到80，恒温60min，降温至40℃，备用；

（2）水溶性有机高分子阻锈组分的制备：按照重量配比称取水溶性有机高分子阻锈组分的各原料，在反应釜内加水，然后加入马来酸酐进行水解，加入氢氧化钠调整PH值为4，然后加入双氧水和钼酸钠，加热搅拌升温至60℃，反应4.5h，接着向反应釜中加入氢氧化钙，升温至75℃反应2h，降温至40℃，加入葡萄糖酸钠、苯甲酸钠、三乙醇胺，搅拌均匀备用；

（3）按照重量配比称取减缩组分、水溶性有机高分子阻锈组分和水，将减缩组分加入水溶性有机高分子阻锈组分中，搅拌15min，最后加水调节溶液浓度，搅拌均匀后出料。

实施例3

一种具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂的配方为：

该具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂的制备按下述方法进行：

（1）减缩组分的制备：称取丙烯酰胺60kg、甲基丙烯酸甲酯60kg、聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯180kg，加水420kg，配成A料；称取过硫酸铵1kg，加水79kg溶解，配成B料；

称取甲基烯基聚氧乙烯醚100kg，加水100kg，升温到60℃，分别滴加A料、B料，A料180min滴完，B料210min滴完，升温到80，恒温60min，降温至40℃，备用；

（2）水溶性有机高分子阻锈组分的制备：按照重量配比称取水溶性有机高分子阻锈组分的各原料，在反应釜内加水，然后加入马来酸酐进行水解，加入氢氧化钠调整PH值为5，然后加入双氧水和钼酸钠，加热搅拌升温至65℃，反应3.5h，接着向反应釜中加入氢氧化钠，升温至85℃反应1h，降温至50℃，加入葡萄糖酸钠、苯甲酸钠、三乙醇胺，搅拌均匀备用；

（3）按照重量配比称取减缩组分、水溶性有机高分子阻锈组分和水，将减缩组分加入水溶性有机高分子阻锈组分中，搅拌15min，最后加水调节溶液浓度，搅拌均匀后出料。

实施例1-实施例3所制备的具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂按照GB8076-2008《混凝土外加剂》JGJ/T192-2009《钢筋阻锈剂应用技术规程》中试验方法，测试了盐水浸烘环境中钢筋腐蚀面积百分率减少量、抗压强度比和收缩率比，测试结果如表1：

表1

测试结果表明采用本发明的具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂的受检混凝土抗压强度都超过了空白基准混凝土强度，说明该产品对混凝土早期和后期强度无不良影响；本发明盐水浸烘环境中钢筋腐蚀面积百分率减少量的试验结果符合JGJ/T192-2009标准要求；本发明的收缩率比试验结果表明，具有较好的减少收缩的效果。

本发明能够直接在混凝土拌合过程中加入，通过降低混凝土孔溶液表面张力，减少了混凝土塑性收缩和干缩，降低混凝土干缩裂缝发生几率，从而大幅度降低混凝土收缩开裂的风险。同时，利用自身分子结构中含有的羧基、醚基等极性基团吸附在碳钢表面，阻止碳钢发生腐蚀，提高混凝土耐久性。本发明无毒、无味，对环境无污染，使用方便，适用于各种环境及条件的混凝土，尤其适用于气候干燥地区的新浇注的混凝土；价格便宜，效果好，其应用项目包括混凝土平板、路面、桥梁、导流墙、水库和滤水厂等厂房、道路、桥梁、隧道、水池、堤岸等工程，既可用于地下结构，也可用于上部结构。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂，其特征在于，它包括以下重量百分含量的原料：

减缩组分                     5~20%，

水溶性有机高分子阻锈组分     5~20%，

水                           余量，

其中，所述的水溶性有机高分子阻锈组分由以下重量百分含量的组份组成：马来酸酐5~10%、氢氧化钠3~8%、双氧水5~10%、催化剂A 0.1~0.5%、催化剂B 0.5~1.0%、葡萄糖酸钠5~20%、苯甲酸钠5~10%、三乙醇胺1~3%和水余量。

2.根据权利要求1所述的具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂，其特征在于，所述的减缩组分由丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基烯基聚氧乙烯醚和聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯组成，丙烯酰胺:甲基丙烯酸甲酯:甲基烯基聚氧乙烯醚:聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯的重量配比为0.5~1.0：0.5~1.0：0~1：1~2。

3.根据权利要求2所述的具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂，其特征在于，所述的聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯的平均分子量为500~2000。

4.根据权利要求1所述的具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂，其特征在于，所述的减缩组分的平均分子量为10000~50000。

5.根据权利要求1所述的具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂，其特征在于，所述的催化剂A为钨酸钠、钼酸钠中一种或两种。

6.根据权利要求1所述的具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂，其特征在于，所述的催化剂B为氢氧化钙、氢氧化钠中一种或两种。

7.根据权利要求1所述的具有阻锈功能的砂浆、混凝土减缩剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）减缩组分的制备；

（2）水溶性有机高分子阻锈组分的制备：按照重量配比称取水溶性有机高分子阻锈组分的各原料，在反应釜内加水，然后加入马来酸酐进行水解，加入氢氧化钠调整pH值为1~6，然后加入双氧水和催化剂A，加热搅拌升温至50~80℃，反应2~5h，接着向反应釜中加入催化剂B，升温至70~90℃反应0.5~2h，降温至30~50℃，加入葡萄糖酸钠、苯甲酸钠、三乙醇胺，搅拌均匀备用；

（3）按照重量配比称取减缩组分、水溶性有机高分子阻锈组分和水，将减缩组分加入水溶性有机高分子阻锈组分中，搅拌10~20min，最后加水调节溶液浓度，搅拌均匀后出料。