CN105859178B - 一种用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料与工程技术领域，涉及一种用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂。该微孔结构调控剂由粉煤灰、硅灰、硫酸钠、硫氰酸钠、亚硝酸钠、聚羧酸系减水剂干粉和松香酸钠组成。用本发明配制的微孔结构调控外加剂可实现‑15℃受冻环境下，采用薄膜、草席覆盖等简易养护措施下混凝土的正常施工。

Description

一种用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂
技术领域
本发明属于建筑材料与工程技术领域，涉及一种用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂。
背景技术
我国地域辽阔，长江以北地区冬季气温低，许多地方的年负温天气持续到五个月左右，特别东北和西北地区在一年中有较长的一段时间处于低温状态。混凝土冬季施工时，水泥水化作用减弱，混凝土强度增长慢。近年来低温下混凝土的抗冻性与耐久性也受到广泛的关注，因为它是影响混凝土使用寿命与服役质量的一个非常重要的因素，同时也因为混凝土冻害发生的范围极其广泛，而大部分地区混凝土的冻害和劣化也随着使用时间而越来越明显，这是混凝土早期冻害以及后期恶劣环境共同作用的结果。混凝土的冻害分为两种情况，包括硬化混凝土受冻和新拌混凝土受冻。凡是出现正负温交替的地区，均存在混凝土冻融破坏的工程问题。这种冻融破坏多属于硬化混凝土受冻。硬化混凝土受冻多发生在交通、水利工程等露天构筑物上，破坏特征是从剥落开始，以瓦解告终。新拌混凝土受冻多发生在冬季施工期间，成为冬季混凝土作业的主要危险，新拌混凝土受冻后虽然从外观上不易发现其异常，但力学性能和耐久性能显著降低。
混凝土的受冻破坏概括起来有以下四个不同阶段：（1）初龄受冻：即混凝土在初凝前受冻，解冻后对其后期强度的发展无明显影响；(2)幼龄（初凝至终凝期间）受冻：此时混凝土已初步形成结构，受冻可能使结构遭受不可恢复的损坏，从而使混凝土后期强度损失30%～40%；(3)成龄受冻：此时混凝土的强度已经达到能抵抗受冻破坏的程度，即已经形成临界强度，其后期强度可以没有损失或损失最多不超过5%，且耐久性也不会降低；（4）后期受冻：即混凝土已达到设计强度后的受冻，这实质上已属于混凝土抵抗冻融作用的耐久性问题。对于冬季施工来说，主要是解决前三种受冻，一个总的目标就是使新拌混凝土浇注后能够安全地度过第一种、第二种受冻模式而形成较理想的第三种受冻状态，保证混凝土强度在受冻前能达到临界强度。
混凝土是一种多孔多相聚集体，包含着各种不同尺寸的孔隙，按成因分类可有以下五个方面：胶凝物质水化新生成物之间形成的凝胶孔；混凝土内剩余水分蒸发所遗留下来的毛细孔；混凝土粗细集料与胶凝料之间的接触孔；施工搅拌时引入空气所造成的气孔和集料孔。因此，以孔结构为切入点，在分析早期受冻混凝土微观结构的基础上，找出能抵抗早期受冻的外加剂种类以及配比，引入连续封闭细小的孔，并对孔隙率及微孔分布进行调控对硬化混凝土的抗冻融能力进一步提高起着极其重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂，以实现在简化养护工艺下混凝土可以顺利施工。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂，其质量百分比组成为：粉煤灰55%～65%、硅灰20%～30%、硫酸钠5%～10%、硫氰酸钠1%～1.5%、
亚硝酸钠1%～1.5%、聚羧酸系减水剂干粉1.5%～2.5%和松香酸钠0.1%～0.2%。
粉煤灰的烧失量≤6%、需水量比≤90%、0.045mm筛筛余≤5%。
聚羧酸系减水剂干粉为粉状固体，减水率≥40%、固含量≥99%。
硅灰符合GB T 27690-2011中要求；硫酸钠为工业级，符合GB/T 6009-2014中要求；硫氰酸钠为工业级，符合GB/T 1268-1998中要求；亚硝酸钠为工业级，符合 GB 2367-2006中要求；松香酸钠为粉状固体、工业级。
本发明用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂制备时将各组分按比例混匀即可；使用时，以30-90kg的量添加到1m3混凝土中。
本发明采用多种原料复配以实现多组分的协同超叠加效应，其中，粉煤灰和硅灰可以填充孔隙；粉煤灰、硅灰、硫酸钠、聚羧酸系减水剂协同复配可促进混凝土早期水化产生水化产物，随着水化产物的增多，从而减少混凝土孔隙；亚硝酸钠的加入是为了降低水的冰点，防止孔隙水结冰；硫氰酸钠主要作用在于促进水泥水化进程，通过提高硬化浆体强度来巩固形成的孔结构；松香酸钠主要作用在于分散稳泡，控制产生气泡的大小，使混凝土在硬化之后就能形成所需尺度的孔隙结构。
本发明系矿物及化学外加剂新型复合材料，所得到的用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂有以下主要性能特点：（1）用本发明配制的微孔结构调控外加剂，混凝土微孔以0～50nm尺寸比例在25%以上，混凝土最可几孔径为15-18nm，孔隙率在15～20%之间，孔结构以封闭孔为主；（2）用本发明配制的微孔结构调控外加剂，C30混凝土在极限早期受冻环境下（室外平均温度为-15℃，浇筑后立即进行室外自然养护），3d抗压强度为20.5MPa，28d抗压强度为39.2MPa，且混凝土的坍落度在180～210mm之间，流动性能良好；（3）用本发明配制的微孔结构调控外加剂可实现-15℃受冻环境下，采用薄膜、草席覆盖等简易养护措施下混凝土的正常施工。
具体实施方式
实施例1
用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂，其质量百分比组成为：
组分1：粉煤灰57%；
组分2：硅灰30%；
组分3：硫酸钠8%；
组分4：硫氰酸钠1%；
组分5：亚硝酸钠1.4%；
组分6：聚羧酸系高效减水剂干粉2.5%；
组分7：松香酸钠0.1%。
实施例2
用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂，其质量百分比组成为：
组分1：粉煤灰60%；
组分2：硅灰25%；
组分3：硫酸钠10%；
组分4：硫氰酸钠1.3%；
组分5：亚硝酸钠1.5%；
组分6：聚羧酸系高效减水剂干粉2%；
组分7：松香酸钠0.2%。
实施例3
用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂，其质量百分比组成为：
组分1：粉煤灰65%；
组分2：硅灰20%%；
组分3：硫酸钠9.3%；
组分4：硫氰酸钠1.5%；
组分5：亚硝酸钠1.5%；
组分6：聚羧酸系高效减水剂干粉2.5%；
组分7：松香酸钠0.2%。
实施例4
用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂，其质量百分比组成为：
组分1：粉煤灰60%；
组分2：硅灰30%；
组分3：硫酸钠5.4%；
组分4：硫氰酸钠1%；
组分5：亚硝酸钠1%；
组分6：聚羧酸系高效减水剂干粉2.5%；
组分7：松香酸钠0.1%。
实施例1-4的用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂制备时将各组分按比例混匀即可。
实施例1-4的微孔结构调控剂按表1的配比进行混凝土掺和，其不同养护环境下的力学性能表现如表2所示。
表1 混凝土配合比
TK1：和易性：一般；出盘坍落度：195mm；保水性：略泌水；1小时保留坍落度：175mm；粘聚性：一般。
TK2：和易性：良好；出盘坍落度：190mm；保水性：良好；1小时保留坍落度：175mm；粘聚性：良好。
TK3：和易性：良好；出盘坍落度：192mm；保水性：良好；1小时保留坍落度：180mm；粘聚性：良好。
TK4：和易性：良好；出盘坍落度：190mm；保水性：良好；1小时保留坍落度：185mm；粘聚性：良好。
表2 不同养护环境下混凝土力学性能
由表2可见，没有添加调控剂的TK1及其他添加调控剂的TK2、TK3在标准养护环境下各龄期抗压强度相近，只有当掺量增加到90kg/m3时的TK4，其抗压强度略有降低，主要原因在于调控剂掺量增加导致引入微孔量增加，从而引起结构强度性能降低。在-5℃及-15℃养护环境下，添加调控剂的各试样的28d抗压强度均明显优于TK1，且-15℃养护环境下TK3的28d抗压强度保留率达到72.1%，说明采用本发明能够实现-15℃受冻环境下，在薄膜、草席覆盖等简易养护措施下混凝土的正常施工。

Claims (2)

1.一种用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂，其特征在于，其质量百分比组成为：粉煤灰55%～65%、硅灰20%～30%、硫酸钠5%～10%、硫氰酸钠1%～1.5%、
亚硝酸钠1%～1.5%、聚羧酸系减水剂干粉1.5%～2.5%和松香酸钠0.1%～0.2%；粉煤灰的烧失量≤6%、需水量比≤90%、0.045mm筛筛余≤5%。
2.如权利要求1所述的用于早期抗冻混凝土的微孔结构调控剂，其特征在于，聚羧酸系减水剂干粉为粉状固体，减水率≥40%、固含量≥99%。
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