CN104860572B - 一种炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂，该减水剂由以下重量百分比的原料组成：减水型聚羧酸系减水剂5～15％、缓释型聚羧酸系减水剂50～70％、控水剂0.02～0.1％、新型缓凝保坍剂8～15％、粘性调节剂0.1～1％、余量为水10～30％。本发明制备的减水剂能够一次性显著提升缓释型聚羧酸系减水剂的有效用量，同时不引起混凝土离析、泌水，从而使得混凝土液相中减水剂的量不断得到补充且混凝土工作性能状态处于可控，最终实现湿喷混凝土超长时间(6h)的保坍功能。该产品对湿喷混凝土具有明显的延长保坍时间，提升体积稳定性，降低温升，降低粘性等作用。

Description

一种炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及到一种炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂，专门用于各种超长隧洞长时间保坍湿喷混凝土的施工。

背景技术

喷射混凝土是借助于喷射机械，利用压缩空气或其它动力，将按一定配合比例的混凝土拌合料经管道输送以高速喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土。喷射混凝土以其施工速度快、工艺简单(不需振捣、不用或只用单面模板)、施工作业方式灵活(可在高空、深坑或狭小的工作区间向任意方位制作薄壁或不规则造型的结构)的优势在隧道、煤矿井巷、护坡及修护工程中被广泛运用。湿喷混凝土因具有降低粉尘浓度、便于集中生产及质量控制等优越性，成为喷射混凝土的发展趋势。相对于干喷混凝土而言，湿喷混凝土则需考虑混凝土坍落度经时损失。随着超长隧洞的开挖及兴建，工程界对隧洞用湿喷混凝土坍落度及流动性的保持能力要求越来越高。未来，我国各类水工隧洞、铁路隧道、地铁、地下输、储油气工程将有大量隧道(洞)需要开挖，并且长度大于10km的公路隧道、大于20km的铁路隧道将会越来越多，特长隧道将成为“新常态”。由于超长隧洞内交通运输线路复杂，路面积水、坑洼严重，道路状况极差，平均车速低于10km/h，因此，一般要求湿喷混凝土必须具备4h～6h的坍落度保持能力，否则势必影响施工的顺利进行，严重则影响混凝土工程质量。而伴随着极端炎热高温气候的出现以及湿喷混凝土因砂率高导致的粘稠，加剧了湿喷混凝土坍落度及流动性的损失，这就需要混凝土具有更加优异的保坍能力。

市场上虽然已开发出具有优异保坍性能的缓释型聚羧酸系减水剂，并通过各种复配技术已在工程上展开了应用，但纵观文献和专利可发现，在炎热条件下混凝土的保坍时间依然难以超过2h。这与超长隧洞用湿喷混凝土需要长时间保坍(4h～6h)的技术要求相差甚远。究其原因，首先是因为无法在混凝土中一次性显著提升缓释型聚羧酸系减水剂的用量，一旦用量过高，易于导致混凝土初始工作状态出现离析、泌水，或因强缓释作用导致混凝土应用途中出现离析、泌水，从而使得混凝土状态无法控制而难以施工，而在缓释型聚羧酸系减水剂常规用量下，混凝土保坍时间因保坍能力无法明显提升而受限。其次，在炎热条件下因高温作用使得混凝土水化速度加快，且水分蒸发速度加快，导致混凝土损失加剧，而常规的缓凝保坍剂如葡萄糖酸钠等在高温作用下其缓凝保坍效果急剧下降。最后，湿喷混凝土因自身砂率高而显得粘稠，同时伴随随着水化产物的生成，进一步加剧了混凝土的粘性，一般而言，粘性越大的混凝土，坍落度损失越大。若能解决以上存在的问题，则炎热条件下的湿喷混凝土的保坍能力可获得明显提升，其保坍时间可得到显著延长。目前，一般采用减水剂多次添加法来解决炎热条件下混凝土长时间保坍的难题，但这种方法首先降低了施工效率，并容易引起混凝土工作性能不可控而导致混凝土存在质量隐患，同时造成巨大的人力和物力的浪费。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题提供了一种炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂，该减水剂可以显著提高缓释型聚羧酸系减水剂的有效用量，因此应用该减水剂配制的湿喷混凝土具有优异的保坍性能，同时该减水剂的控水、新型缓凝保坍、控温及降粘等功能进一步增强了减水剂的保坍能力，并提升了混凝土的体积稳定性及硬化混凝土的耐久性。

本发明是采用以下技术方案来实现的，一种炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂包括下述重量百分比的原料：

所述减水型聚羧酸系减水剂是指浓度为40％，减水率大于30％的聚羧酸系减水剂母液。

所述缓释型聚羧酸系减水剂是指浓度为40％，具有强化学缓释功能的聚羧酸系减水剂母液。

所述控水剂为具有吸水-释水功能的高吸水性聚合物与聚丙烯酰胺的复合物，其中高吸水性聚合物的重量百分比为10～30％。

所述高吸水性聚合物为聚丙烯酸盐高吸水树脂，所述聚丙烯酰胺的相对平均分子量为800万～1000万。

所述新型缓凝保坍剂为葡萄糖酸钠、葡庚糖酸钠及PEG600的复合物，其中其中葡萄糖酸钠的重量百分比为20～40％、葡庚糖酸钠的重量百分比为20～50％、PEG600的重量百分比为20～50％。

所述粘性调节剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明结合炎热条件下混凝土坍落度损失的机制及湿喷混凝土自身的特点，通过糅合多种保坍元素，对减水剂进行了功能性设计，最终实现了炎热条件下湿喷混凝土6h甚至以上的保坍能力。

本发明利用新型高分子聚合物材料作为控水剂，该控水剂不仅很好的抑制了炎热条件下湿喷混凝土水分的蒸发，而且利用其在混凝土中具有吸水-释水的功能，可以一次性显著提高缓释型聚羧酸系减水剂的有效用量，且不引起混凝土离析、泌水，这极大地改善了减水剂的保坍能力。

本发明利用葡庚糖酸钠、PEG600和葡萄糖酸钠的复合，很好的克服了常规缓凝剂如葡萄糖酸钠等在高温下缓凝保坍效果急剧下降的缺陷，对湿喷混凝土具有很好的控温及保坍能力。这主要是因为葡庚糖酸钠对钙离子螯合能力极强，是葡萄糖酸钠的2～3倍；PEG600在混凝土环境中易发生解吸，而PEG600为长链型分子结构，该构象使其极易包裹在水泥颗粒表面，阻碍水泥水化，尤其对硅酸三钙水化起明显抑制作用，导致峰值的降低与滞后。可见，三者的复合在炎热条件下具有优异的控温与保坍效果。

本发明针对湿喷混凝土因砂率高而导致粘性大以及水化产物的生成进一步加剧了湿喷混凝土粘稠的特点，利用粘性调节剂有效的降低了湿喷混凝土粘稠性能，这有利于湿喷混凝土保坍性能的提高，同时利于湿喷混凝土的喷射施工。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的内容，通过以下具体实施例对本发明技术方案做进一步的说明。本发明通过测试水泥砂浆的流动度损失和湿喷混凝土的坍落度损失及扩展度损失来对所制备的产品进行评价。

实施例1

一种炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂，各组成成分的重量百分比为：减水型聚羧酸系减水剂5％、缓释型聚羧酸系减水剂70％、高吸水性聚合物0.02％、聚丙烯酰胺0.05％、葡萄糖酸钠3％、葡庚糖酸钠3％、PEG600 2％、粘性调节剂0.3％、余量为水16.63％。

实施例2

一种炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂，各组成成分的重量百分比为：减水型聚羧酸系减水剂15％、缓释型聚羧酸系减水剂50％、高吸水性聚合物0.01％、聚丙烯酰胺0.04％、葡萄糖酸钠3％、葡庚糖酸钠7.5％、PEG600 4.5％、粘性调节剂0.1％、余量为水19.85％。

实施例3

一种炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂，各组成成分的重量百分比为：减水型聚羧酸系减水剂10％、缓释型聚羧酸系减水剂60％、高吸水性聚合物0.01％、聚丙烯酰胺0.06％、葡萄糖酸钠3％、葡庚糖酸钠4％、PEG600 3％、粘性调节剂0.2％、余量为水19.73％。

实施效果

本发明制备的减水剂是针对传统的聚羧酸系减水剂在炎热条件下湿喷混凝土损失快、保坍时间短(一般小于2h)的问题，且结合湿喷混凝土的特点及其损失机制，对减水剂进行了功能性设计，旨在能够一次性显著提升缓释型聚羧酸系减水剂的有效用量，同时不引起混凝土离析、泌水，从而使得混凝土液相中减水剂的量不断得到补充且混凝土工作性能状态处于可控，最终实现湿喷混凝土超长时间(6h)的保坍功能。该产品对湿喷混凝土具有明显的延长保坍时间，提升体积稳定性，降低温升，降低粘性等作用。该产品的使用解决了超长隧洞用湿喷混凝土长时间保坍的难题，能显著提升湿喷混凝土的用量，同时极大地提高施工效率，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。

砂浆灰砂比为1:3，水灰比为0.40，减水剂掺量为1.0％，其砂浆流动度损失试验结果见表1，砂浆流动度损失测试于35℃烘箱内进行；湿喷混凝土配合比：水泥用量为500kg/m3，水灰比为0.39，砂率为60％，粗骨料为5～10mm，即湿喷混凝土配合比为：水泥:砂:碎石:水:减水剂＝1:1.878:1.252:0.39:0.01，其混凝土坍落度损失及扩展度损失测试于室外进行，对损失试验混凝土进行覆盖，室外环境温度为25℃～40℃内动态变化，试验结果见表2。

表1掺专用型聚羧酸系减水剂砂浆流动度损失试验结果(环境温度35℃)

表2掺专用型聚羧酸系减水剂湿喷混凝土的经时损失试验结果

虽然本发明列举了部分实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，例如对某份原料组分或工艺时间作增加或减少，但对产品的效果可能不会产生实质性影响，那么这种改动同样属于本申请的权利要求保护范围所界定的范围之内。

Claims (4)

1.一种炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂，其特征在于：以重量百分数计，包括以下组分及配比：

减水型聚羧酸系减水剂 5~15%；

缓释型聚羧酸系减水剂 50~70%；

控水剂 0.02~0.1%；

所述控水剂为具有吸水-释水功能的高吸水性聚合物与聚丙烯酰胺的复合物，其中高吸水性聚合物的重量百分比为10~30%；

缓凝保坍剂 8~15%；所述缓凝保坍剂为葡萄糖酸钠、葡庚糖酸钠及PEG600的复合物，其中葡萄糖酸钠的重量百分比为20~40%、葡庚糖酸钠的重量百分比为20~50%、PEG600的重量百分比为20~50%；

粘性调节剂 0.1~1%；

水 10~30%。

2.根据权利要求1所述的炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂，其特征在于：

所述减水型聚羧酸系减水剂是指浓度为40%，减水率大于30%的聚羧酸系减水剂母液；

所述缓释型聚羧酸系减水剂是指浓度为40%，具有强化学缓释功能的聚羧酸系减水剂母液。

3.根据权利要求1所述的炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂，其特征在于：所述高吸水性聚合物为聚丙烯酸盐高吸水树脂，所述聚丙烯酰胺的相对平均分子量为800万~1000万。

4.根据权利要求1所述的炎热条件下6h保坍湿喷混凝土专用型聚羧酸系减水剂，其特征在于：所述粘性调节剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐。