CN105712659B - 一种内掺型混凝土孔结构调节剂及其制备方法 - Google Patents

一种内掺型混凝土孔结构调节剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内掺型混凝土孔结构调节剂及其制备方法，所述内掺型混凝土孔结构调节剂的组成包括：气相法白炭黑，结构控制剂，天然石英粉，硬脂酸盐，脂肪胺聚氧乙烯基醚，脂肪酸聚氧乙烯基酯。所述内掺型混凝土孔结构调节剂能够减少混凝土少害孔和有害孔数量，改善孔径尺寸和级配，提高混凝土自身致密性，进而减少和延缓有害物质向混凝土孔隙的迁移，从而改善混凝土耐久性，延长结构物使用寿命。

Description

一种内掺型混凝土孔结构调节剂及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土外加剂领域，具体涉及一种改善混凝土孔径尺寸和级配的内掺型混凝土孔结构调节剂。
背景技术
混凝土外加剂是在搅拌混凝土过程中掺入，占水泥质量5％以下的，能显著改善混凝土性能的化学物质，在混凝土中掺入外加剂，具有投资少、见效快、技术经济效益显著的特点。随着科学技术的不断进步，外加剂已越来越多地得到应用，工程上常用外加剂可分为四类：
1、改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。包括减水剂、引气剂和泵送剂。
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。
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。包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂。
这些外加剂具有改善混凝土某一性能的特点。但是目前还没有一种外加剂被开发用于改善混凝土孔结构。混凝土的多孔性和高渗透性是其自身的一种特征，也是影响混凝土结构物耐久性的主要原因。孔结构是混凝土微观结构中的重要部分，混凝土的孔存在与硬化胶凝材料、骨料及硬化胶凝材料与骨料的界面上，混凝土的孔可分为凝胶孔(＜10nm)、过渡孔(10～100nm)、毛细孔(100～1000nm)，孔尺寸越小，对混凝土危害越小，当孔尺寸＜15nm时被认为是无害级孔，而随孔尺寸增加，危害程度增加。
改善混凝土孔结构，降低有害孔和多害孔的数量，将有害孔尺寸变为无害孔尺寸时，就可以提高混凝土自身致密性，进而减少和延缓有害物质向混凝土孔隙的迁移，从而改善混凝土耐久性，延长结构物使用寿命。
发明内容
本发明的目的是改善混凝土孔径尺寸与分布，从根本上提高混凝土自身致密性，进而减少和延缓有害物质向混凝土孔隙的迁移，从而改善混凝土耐久性，延长结构物使用寿命。
本发明所述内掺型混凝土孔结构调节剂采用多元复合技术，首次将气相二氧化硅、天然石英粉、硬脂酸盐、结构控制剂、脂肪胺聚氧乙烯基醚、脂肪酸聚氧乙烯基酯有效结合，利用气相法白炭黑和天然石英粉的尺寸效应和反应活性，增加所述结构控制剂在拌合过程中水泥反应位点数量，控制混凝土有害孔数量，降低混凝土孔隙率，从而提高混凝土致密性。利用所述内掺型混凝土孔结构调节剂自身的活性基团及极性键与气相法白炭黑表面的Si-OH基作用，优先吸附在白炭黑表面而屏蔽部分活性点，从而控制气相法白炭黑的反应活性；利用脂肪酸聚氧乙烯基醚、脂肪酸聚氧乙烯基酯独特的扩散活性和硬脂酸盐的高效表面活性，有利于所述内掺型混凝土孔结构调节剂在混凝土拌合过程中均匀分散，避免团聚。
各组分有效结合并产生协同效应，克服了其各自的缺点，高效抑制混凝土侵蚀介质传输、降低混凝土电通量、提高混凝土耐氯盐侵蚀性能从而显著提高混凝土的耐久性。
所述内掺型混凝土孔结构调节剂包含以下组成，以重量分数计：
所述气相法白碳黑的平均粒径15～30nm，比表面积为100～200m2/g。
所述结构控制剂为二苯基硅二醇、平均聚合度小于8的二羟基聚二甲基硅氧烷、二烃基二烷氧基硅烷中的一种以上任意比例混合；
所述天然石英粉的平均粒径30～50nm，比表面积为30～40m2/g。
所述硬脂酸盐选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的一种以上任意比例混 合。
所述的脂肪胺聚氧乙烯基醚选自十二胺聚氧乙烯基醚、十八胺聚氧乙烯基醚中的一种以上任意比例混合。
所述脂肪酸聚氧乙烯基酯选自硬脂酸的硬脂酸聚氧乙烯基酯、月桂酸聚氧乙烯基酯、油酸聚氧乙烯基酯一种以上任意比例混合。
制备方法：所述内掺型混凝土孔结构调节剂采用两步投料法制备，首先将天然石英粉与硬脂酸锌加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入气相法白炭黑和结构控制剂，十二胺聚氧乙烯基醚，硬脂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到所述内掺型混凝土孔结构调节剂。
所述内掺型混凝土孔结构调节剂能够减少混凝土少害孔和有害孔数量，改善孔径尺寸和级配，提高混凝土自身致密性，进而减少和延缓有害物质向混凝土孔隙的迁移，从而改善混凝土耐久性，延长结构物使用寿命。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
具体实施例1.以生产500Kg内掺混凝土孔结构调节剂为例，首先将75kg天然石英粉与25Kg硬脂酸锌加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入350kg气相法白炭黑和25kg结构控制剂二苯基硅二醇，12kg十二胺聚氧乙烯基醚，13kg硬脂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺混凝土孔结构调节剂。
具体实施例2.以生产500Kg内掺混凝土孔结构调节剂为例，首先将70kg天然石英粉与25Kg硬脂酸钙加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入355kg气相法白炭黑和25kg结构控制剂二羟基聚二甲基硅氧烷，12kg十二胺聚氧乙烯基醚，13kg硬脂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺混凝土孔结构调节剂。
具体实施例3.以生产500Kg内掺混凝土孔结构调节剂为例，首先将100kg天然石英粉与25Kg硬脂酸镁加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入325kg气相法白炭黑和25kg结构控制剂二羟基聚二甲基硅氧烷，12kg十二胺聚氧乙烯基醚，13kg硬脂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺混凝土孔结构调节剂。
具体实施例4.以生产500Kg内掺混凝土孔结构调节剂为例，首先将50kg天然石英粉与25Kg硬脂酸锌加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入375kg气相法白炭黑和25kg结构控制剂二苯基硅二醇，10kg十二胺聚氧乙烯基醚，15kg月桂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺混凝土孔结构调节剂。
具体实施例5.以生产500Kg内掺混凝土孔结构调节剂为例，首先将75kg天然石英粉与25Kg硬脂酸钙加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入350kg气相法白炭黑和20kg结构控制剂二烃基二烷氧基硅烷，15kg十二胺聚氧乙烯基醚，15kg月桂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺混凝土孔结构调节剂。
具体实施例6.以生产500Kg内掺混凝土孔结构调节剂为例，首先将85kg天然石英粉与15Kg硬脂酸镁加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入350kg气相法白炭黑和25kg结构控制剂二苯基硅二醇，12kg十八胺聚氧乙烯基醚，13kg月桂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺混凝土孔结构调节剂。
具体实施例7.以生产500Kg内掺混凝土孔结构调节剂为例，首先将75kg天然石英粉与10Kg硬脂酸锌加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入365kg气相法白炭黑和25kg结构控制剂二烃基二烷氧基硅烷，9kg十八胺聚氧乙烯基醚，16kg油酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺混 凝土孔结构调节剂。
具体实施例8.以生产500Kg内掺混凝土孔结构调节剂为例，首先将75kg天然石英粉与5Kg硬脂酸钙加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入360kg气相法白炭黑和25kg结构控制剂二苯基硅二醇，17kg十八胺聚氧乙烯基醚，18kg油酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺混凝土孔结构调节剂。
具体实施例9.以生产500Kg内掺混凝土孔结构调节剂为例，首先将95kg天然石英粉与25Kg硬脂酸镁加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入345kg气相法白炭黑和25kg结构控制剂二苯基硅二醇，4kg十八胺聚氧乙烯基醚，6kg油酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺混凝土孔结构调节剂。
具体实施例10.以生产500Kg内掺混凝土孔结构调节剂为例，首先将70kg天然石英粉与20Kg硬脂酸锌加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入370kg气相法白炭黑和15kg结构控制剂二烃基二烷氧基硅烷，12kg十八胺聚氧乙烯基醚，13kg油酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺混凝土孔结构调节剂。
对比例1：相比实施例1，缺少天然石英粉，首先将25Kg硬脂酸锌加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入350kg气相法白炭黑和25kg结构控制剂二苯基硅二醇，12kg十二胺聚氧乙烯基醚，13kg硬脂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到对比例1。
对比例2：相比实施例1，缺少硬脂酸锌，首先将75Kg天然石英粉加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入350kg气相法白炭黑和25kg结构控制剂二苯基硅二醇，12kg十二胺聚氧乙烯基醚，13kg硬脂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到对比例2。
对比例3：相比实施例1，缺少气相法白炭黑，首先将75kg天然石英粉与25Kg硬脂酸锌加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入25kg结构控制剂二苯基硅二醇，12kg十二胺聚氧乙烯基醚，13kg硬脂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到内掺对比例3。
对比例4：相比实施例1，缺少结构控制剂，十二胺聚氧乙烯基醚，硬脂酸聚氧乙烯基酯，首先将75kg天然石英粉与25Kg硬脂酸锌加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入350kg气相法白炭黑,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到对比例4。
应用例：
掺加该混凝土孔结构调节剂进行对比实验，评价材料对混凝土孔结构改善效果，测试按照国标GB/T 21650.1-2008《压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第1部分：压汞法》进行。
表1孔结构特征参数：
表1是不掺加混凝土孔结构调节剂与掺加实施例的孔结构特征参数，掺加实 施例样品后，总空隙率、平均孔径和最可几孔径都发生明显降低。
表2孔级配：
表2是不掺加混凝土孔结构调节剂与掺加实施例的孔级配，掺加实施例样品后，无害、少害孔比例增加，有害孔和多害孔比例降低，孔结构改善明显。

Claims (2)

1.一种内掺型混凝土孔结构调节剂，其特征在于，包含以下组成，以重量分数计：
所述气相法白碳黑的平均粒径15～30nm，比表面积为100～200m2/g；
所述结构控制剂为二苯基硅二醇、平均聚合度小于8的二羟基聚二甲基硅氧烷、二烃基二烷氧基硅烷中的一种或两种以上以任意比例混合；
所述天然石英粉的平均粒径30～50nm，比表面积为30～40m2/g；
所述硬脂酸盐选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的任意一种或两种以上以任意比例混合；
所述的脂肪胺聚氧乙烯基醚选自十二胺聚氧乙烯基醚和/或十八胺聚氧乙烯基醚；
所述脂肪酸聚氧乙烯基酯选自硬脂酸聚氧乙烯基酯、月桂酸聚氧乙烯基酯、油酸聚氧乙烯基酯任意一种或两种以上以任意比例混合。
2.权利要求1所述内掺型混凝土孔结构调节剂的制备方法，其特征在于，所述内掺型混凝土孔结构调节剂采用两步投料法制备，首先将天然石英粉与硬脂酸锌加入到双螺旋锥形混合机以自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合5min，然后加入气相法白炭黑和结构控制剂，十二胺聚氧乙烯基醚，硬脂酸聚氧乙烯基酯,然后按照自转速度1.8r/min,公转速度57r/min混合30min后停止搅拌后出料，得到所述内掺型混凝土孔结构调节剂。
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