CN106698999A - 一种混凝土液体膨胀剂及其制备方法 - Google Patents

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王毅
姜海东
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Abstract

本发明公开了一种混凝土液体膨胀剂及其制备方法，其原料组分及各组分占原料总量的质量百分比分别为：膨胀组分：1.0%~3.5%、减缩组分：3.0%~10.0%、保坍组分：1.0%~7.0%、增稠组分：0.4%~1.3%、缓凝组分：0.35%~0.7%、水：87.5%~94%。本发明主要用于高标号混凝土及需要掺膨胀剂的补偿收缩混凝土中，具有增强混凝土体积膨胀，减小混凝土体积收缩的特点，对提高混凝土抗裂抗渗性能具有显著效果，此外与现有技术中采用的粉状膨胀剂相比，提高了计量称取的准确性和混合的均匀性，同时避免了粉状膨胀剂造成的粉尘污染，对环境友好。

Description

一种混凝土液体膨胀剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土液体膨胀剂及其制备方法，属于混凝土膨胀剂制作技术领域。
背景技术
混凝土膨胀剂(Expansive Agent for Concrete)是指与水泥、水拌和后水化反应生成钙矾石、氢氧化钙或钙矾石和氢氧化钙，使混凝土产生体积膨胀的外加剂。混凝土材料在水化硬化过程中强度增长并伴随着体积收缩，收缩变形引起混凝土内部出现裂缝，从而影响混凝土的受力性能和耐久性。随着高性能混凝土的广泛应用，在混凝中掺入适量膨胀剂可防止或减少混凝土裂缝产生。该膨胀剂主要用于地下防水、大结构、大体积混凝土等工程中在地铁、高铁、仓库、隧道、搅拌站等建筑时应用广泛。
目前，市场上所使用的膨胀剂主要以粉剂为主，掺量一般为8％～12％，在使用过程中粉状膨胀剂计量的准确性和混合的均匀性难以控制和保障；搅拌时扬尘多，会造成环境污染等。市场上现有的膨胀剂90％以上都是GB23439—2009《混凝土膨胀剂》规定的Ⅰ型产品，限制膨胀率仅为0.025％，这类产品自身膨胀能小，对高强高性能混凝土的作用效果不显着。
发明内容
目的：本发明提供了一种混凝土液体膨胀剂及其制备方法，主要用于高标号混凝土及需要掺膨胀剂的补偿收缩混凝土中，具有增强混凝土体积膨胀，减小混凝土体积收缩的特点，对提高混凝土抗裂抗渗性能具有显著效果。
本发明的技术方案如下：
一种混凝土液体膨胀剂，其原料组分及各组分占原料总量的质量百分比分别为：膨胀组分：1.0％～3.5％、减缩组分：3.0％～10.0％、保坍组分：1.0％～7.0％、增稠组分：0.4％～1.3％、缓凝组分：0.35％～0.7％、水：87.5％～94％。
优选地，所述膨胀组分为无水硫酸铝和无水硫酸镁中的一种或两者混合物。
优选地，所述减缩组分为抗裂减缩型聚羧酸减水剂。
优选地，所述保坍组分为聚羧酸型保坍剂。
优选地，所述增稠组分为混凝土高分子增稠剂。
优选地，所述缓凝组分为食品级绵白糖。
优选地，所述膨胀组分的百分含量为3％。
优选地，所述减缩组分百分含量为8.0％。
一种混凝土液体膨胀剂的制备方法，具体步骤如下：先称取1.0％～3.5％膨胀组分、0.35％～0.7％缓凝组分，置于盛有87.5％～94％水中，充分混合，常温下采用叶片搅拌使之完全溶解，溶解完全后，称取3.0％～10.0％减缩组分、1.0％～7.0％保坍组分、0.4％～1.3％增稠组分，精确至0.01g，常温下采用叶片搅拌使之完全混合，其中，膨胀组分和缓凝组分的质量称取精确至0.001g，水、减缩组分、保坍组分、增稠组分的质量称取精确至0.01g。
有益效果：本发明提供一种混凝土液体膨胀剂及其制备方法，具有增强混凝土体积膨胀，减小混凝土体积收缩的特点，对提高混凝土抗裂抗渗性能具有显著效果，此外与现有技术中采用的粉状膨胀剂相比，提高了计量称取的准确性和混合的均匀性，同时避免了粉状膨胀剂造成的粉尘污染，对环境友好。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
一种混凝土液体膨胀剂，其原料组分及各组分占原料总量的质量百分比分别为：膨胀组分：1.0％～3.5％、减缩组分：3.0％～10.0％、保坍组分：1.0％～7.0％、增稠组分：0.4％～1.3％、缓凝组分：0.35％～0.7％、水：87.5％～94％。
优选地，所述膨胀组分为无水硫酸铝和无水硫酸镁中的一种或两者混合物。
优选地，所述减缩组分为抗裂减缩型聚羧酸减水剂。
优选地，所述保坍组分为聚羧酸型保坍剂。
优选地，所述增稠组分为混凝土高分子增稠剂。
优选地，所述缓凝组分为食品级绵白糖。
优选地，所述膨胀组分的百分含量为3％。
优选地，所述减缩组分百分含量为8.0％。
优选地，所述保坍组分、增稠组分、缓凝组分可根据实际应用需求进行调节
一种混凝土液体膨胀剂的制备方法，具体步骤如下：先称取1.0％～3.5％膨胀组分、0.35％～0.7％缓凝组分，置于盛有87.5％～94％水中，充分混合，常温下采用叶片搅拌使之完全溶解，溶解完全后，称取3.0％～10.0％减缩组分、1.0％～7.0％保坍组分、0.4％～1.3％增稠组分，精确至0.01g，常温下采用叶片搅拌使之完全混合，其中，膨胀组分和缓凝组分的质量称取精确至0.001g，水、减缩组分、保坍组分、增稠组分的质量称取精确至0.01g。
本发明采用的减缩组分为专利号CN104628972A中述及的抗裂减缩型聚羧酸减水剂，具体制备步骤如下：将醇胺水溶液、不饱和聚氧乙烯醚大单体和纤维素醚的混合水溶液置于釜中，升温至25～40℃，在引发剂作用下滴加含有不饱和双键的羧酸类小单体与链转移剂的混合水溶液；同时滴加还原剂的水溶液反应，反应结束后采用中和剂调整PH为5～7；其中滴加时间1.5～5h，滴加后保温时间为1～4h；所述不饱和聚氧乙烯醚、纤维素醚、醇胺水溶液、不饱和双键的羧酸类小单体、引发剂、链转移剂、还原剂的质量比为1：(0.03～0.08)：(0.02～0.1)：(0.09～0.2)：(0.008～0.02)：(0.005～0.01)：(0.001～0.003)。
本发明采用的保坍组分为专利号CN104944827A中述及的聚羧酸型保坍剂，具体步骤如下：在含胺基共聚产物中加环氧基聚乙二醇单甲醚，反应10～50min后，加碱中和调整pH值为6～7，即制得保坍型聚羧酸系减水剂；其中含胺基共聚产物和环氧基聚乙二醇单甲醚的摩尔比为1：(0.5～1)；其中，含胺基共聚产物由含羟基不饱和小单体与含有胺类的不饱和小单体在引发剂、还原剂和链转移剂作用下，在25～45℃条件进行氧化-还原自由基聚合反应30～90min得到；其中所述含羟基不饱和小单体、含有胺类的不饱和小单体、引发剂、还原剂和链转移剂的摩尔比为1：(0.1～1)：(0.01～0.1)：(0.03～0.2)：(0.001～0.01)；环氧基聚乙二醇单甲醚的制备：0～25℃下，在聚乙二醇单甲醚中加入过量的氢化钠，反应10～40min后加入环氧氯丙烷，再搅拌反应30～90min后，脱盐得到环氧基聚乙二醇单甲醚；其中聚乙二醇单甲醚、氢化钠和环氧氯丙烷的摩尔比1：(1.01～1.05)：(1.01～1.1)。
本发明采用的增稠组分为专利号CN104231152A中述及的混凝土高分子增稠剂，具体制备步骤如下：1)将不饱和酰胺类小单体、不饱和羟基酯类小单体、不饱和磺酸类小单体在引发剂和还原剂组成的氧化-还原体系共同作用，保持在35～80℃的温度下进行3～5小时水相自由基聚合反应得到共聚产物，随后用碱液将得到的共聚产物的pH值调整为6～7，加水得到质量浓度为3～10％的混凝土增稠剂，即混凝土高分子增稠剂；其中所述的不饱和酰胺类小单体、不饱和羟基酯类小单体、不饱和磺酸类小单体、引发剂和还原剂的质量比为1：(0.1～2)：(0.1～1)：(0.03～0.2)：(0.01～0.1)。
上述减缩组分、保坍组分和增稠组分均为现有技术，故而未加详述。实施案例1
1)配置1000g混凝土液体膨胀剂：称取无水硫酸铝30.000g，食品级白糖4.000g，水869.50g，减缩型聚羧酸减水剂40.00g，聚羧酸型保坍剂50.00g，高分子增稠剂6.50g。
2)采用C50封端配合比进行混凝土膨胀性能及力学性能测试，其配合比为C：F：K：S：G(小)：W：Y＝336Kg/m3：86Kg/m3：58Kg/m3：691Kg/m3：1080Kg/m3：149Kg/m3：14.4Kg/m3，其中C为中联P.O42.5普通硅酸盐水泥，F为Ⅱ级粉煤灰，K为95级矿粉，S为细度模数2.7的中级河砂，G为5-10mm连续级配碎石，W为水，Y为实施案例1中步骤1)中所述的混凝土液体膨胀剂，混凝土拌合物为50L，称取以上混凝土物料，采用混凝土搅拌机进行搅拌3min后进行试件成型。
3)混凝土力学性能测试方法按GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试，成型100*100*100抗压试件5组，分别测定1d、3d、7d、28d、90d龄期时抗压强度，试件成型后置于20℃雾养室养护。
4)混凝土限制膨胀率的测试采用方法按GB50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》进行测试，成型100*100*300混凝土限制膨胀率试件，在混凝土标养室养护15h后拆模，测试其初始长度L后放入恒温水槽中养护，测量其3d、7d、14d的长度变化。14d后将试件移入恒温恒湿养护室中养护(养护温度20℃，湿度60％)并测试其28d、42d的长度变化，计算其限制膨胀率。
5)混凝土各龄期抗压强度结果：混凝土在标养状况下，强度发展正常，7d达到设计强度90％，28d强度达到配置强度要求，90d强度略有增长，未出现倒缩。具体数据见表1。
表1 混凝土强度试验结果
混凝土龄期/d 1 3 7 28 90
抗压强度/MPa 18.7 32.1 46.8 60.5 62.4
6)混凝土限制膨胀率测试结果：混凝土在恒温水槽养护环境中，其7d限制膨胀率大于0.015％，水中14d转空气中28d，其限制膨胀率大于-0.030％，具体数据见表2。该混凝土液体膨胀剂具有增强混凝土体积膨胀，减小混凝土体积收缩等特点，对提高混凝土抗裂抗渗性能具有显著效果。
表2 混凝土限制膨胀率测试结果
实施案例2
1)配置1000g混凝土液体膨胀剂，将无水硫酸铝45.000g，食品级白糖6.000g，水844.50g，减缩型聚羧酸减水剂30.00g，聚羧酸型保坍剂70.00g，高分子增稠剂4.50g。
2)采用C50封端配合比进行混凝土膨胀性能及力学性能测试，其配合比为C：F：K：S：G(小)：W：Y＝336Kg/m3：86Kg/m3：58Kg/m3：691Kg/m3：1080Kg/m3：149Kg/m3：14.4Kg/m3，其中C为中联P.O42.5普通硅酸盐水泥，F为Ⅱ级粉煤灰，K为95级矿粉，S为细度模数2.7的中级河砂，G为5-10mm连续级配碎石，W为水，Y为实施案例2中步骤1所述的混凝土用液体膨胀剂，混凝土拌合物为50L，称取以上混凝土物料，采用混凝土搅拌机进行搅拌3min后进行试件成型。
3)混凝土力学性能测试方法按GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试，成型100*100*100抗压试件5组，分别测定1d、3d、7d、28d、90d龄期时抗压强度，试件成型后置于20℃雾养室养护。
4)混凝土限制膨胀率的测试采用方法按GB50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》进行测试，成型100*100*300混凝土限制膨胀率试件，在混凝土标养室养护15h后拆模，测试其初始长度L后放入恒温水槽中养护，测量其3d、7d、14d的长度变化。14d后将试件移入恒温恒湿养护室中养护(养护温度20℃，湿度60％)并测试其28d、42d的长度变化，计算其限制膨胀率。
5)混凝土各龄期抗压强度结果：混凝土在标养状况下，强度发展正常，7d达到设计强度90％，28d强度达到配置强度要求，90d强度略有增长，未出现倒缩，具体数据见表3。
表3 混凝土强度试验结果
混凝土龄期/d 1 3 7 28 90
抗压强度/MPa 17.6 34.1 49.4 61.5 64.2
6)混凝土限制膨胀率测试结果：混凝土在恒温水槽养护环境中，其3d限制膨胀率接近0.015％，水中14d转空气中28d，其限制膨胀率大于-0.030％，具体数据见表4。该混凝土液体膨胀剂具有增强混凝土体积膨胀，减小混凝土体积收缩等特点，对提高混凝土抗裂抗渗性能具有显著效果。
表4 混凝土限制膨胀率测试结果
实施案例3
1)配置1000g混凝土液体膨胀剂，将无水硫酸铝10.000g，食品级白糖4.000g，水863.00g，减缩型聚羧酸减水剂100.00g，聚羧酸型保坍剂10.00g，高分子增稠剂13.00g。
2)采用C50封端配合比进行混凝土膨胀性能及力学性能测试，其配合比为C：F：K：S：G(小)：W：Y＝336Kg/m3：86Kg/m3：58Kg/m3：691Kg/m3：1080Kg/m3：149Kg/m3：14.4Kg/m3，其中C为中联P.O42.5普通硅酸盐水泥，F为Ⅱ级粉煤灰，K为95级矿粉，S为细度模数2.7的中级河砂，G为5-10mm连续级配碎石，W为水Y为实施案例3中步骤1)所述的混凝土液体膨胀剂。混凝土拌合物为50L，称取以上混凝土物料，采用混凝土搅拌机进行搅拌3min后进行试件成型。
3)混凝土力学性能测试方法按GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试，成型100*100*100抗压试件5组，分别测定1d、3d、7d、28d、90d龄期时抗压强度，试件成型后置于20℃雾养室养护。
4)混凝土限制膨胀率的测试采用方法按GB50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》进行测试，成型100*100*300混凝土限制膨胀率试件，在混凝土标养室养护15h后拆模，测试其初始长度L后放入恒温水槽中养护，测量其3d、7d、14d的长度变化。
5)14d后将试件移入恒温恒湿养护室中养护(养护温度20℃，湿度60％)并测试其28d、42d的长度变化，计算其限制膨胀率。各龄期抗压强度结果：混凝土在标养状况下，强度发展正常，7d达到设计强度90％，28d强度达到配置强度要求，90d强度略有增长，未出现倒缩，具体数据见表5。
表5 混凝土强度试验结果
混凝土龄期/d 1 3 7 28 90
抗压强度/MPa 23.7 36.1 48.6 59.5 61.1
6)混凝土限制膨胀率测试结果：混凝土在恒温水槽养护环境中，其14d限制膨胀率大于0.015％，水中14d转空气中28d，其限制膨胀率大于-0.030％，具体数据见表6。该混凝土液体膨胀剂具有增强混凝土体积膨胀，减小混凝土体积收缩等特点，对提高混凝土抗裂抗渗性能具有显著效果。
表6 混凝土限制膨胀率测试结果
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种混凝土液体膨胀剂，其特征在于，其原料组分及各组分占原料总量的质量百分比分别为：膨胀组分：1.0%~3.5%、减缩组分：3.0%~10.0%、保坍组分：1.0%~7.0%、增稠组分：0.4%~1.3%、缓凝组分：0.35%~0.7%、水：87.5%~94%。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土液体膨胀剂，其特征在于，所述膨胀组分为无水硫酸铝和无水硫酸镁中的一种或两者混合物。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土液体膨胀剂，其特征在于，所述减缩组分为减缩型聚羧酸减水剂。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土液体膨胀剂，其特征在于，所述保坍组分为聚羧酸型保坍剂。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土液体膨胀剂，其特征在于，所述增稠组分为混凝土高分子增稠剂。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土液体膨胀剂，其特征在于，所述缓凝组分为食品级绵白糖。
7.根据权利要求1-6所述的一种混凝土液体膨胀剂，其特征在于，所述膨胀组分的百分含量为3%。
8.根据权利要求1-6所述的一种混凝土液体膨胀剂，其特征在于，所述减缩组分百分含量为8.0%。
9.一种如权利要求1-8所述的混凝土液体膨胀剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：先称取1.0%~3.5%膨胀组分、0.35%~0.7%缓凝组分，置于盛有87.5%~94%水中，充分混合，常温下采用叶片搅拌使之完全溶解，溶解完全后，称取3.0%~10.0%减缩组分、1.0%~7.0%保坍组分、0.4%~1.3%增稠组分，常温下采用叶片搅拌使之完全混合，其中，膨胀组分和缓凝组分的质量称取精确至0.001g，水、减缩组分、保坍组分、增稠组分的质量称取精确至0.01g。
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