CN108569859B - 一种具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂，它由煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂通过机械力复合而成，其中，各组分及其所占质量百分比包括：煅烧凝灰岩10‑30％、凝灰岩石粉50‑80％，石膏4‑15％、复合改性剂1‑5％。所得防水抗渗混凝土添加剂可赋予混凝土优异的工作性能、良好的体积稳定性和自修复功能，并可表现出良好的二次抗渗能力；此外，可实现凝灰岩石粉等的回收利用，具有重要的经济和环境效益。

Description

一种具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑工程领域，具体涉及一种具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂及其制备方法。

背景技术

混凝土是一种多孔性的脆性材料，但在使用过程中由于疲劳效应、腐蚀效应和老化等不利因素的影响，混凝土结构将产生损伤积累和抗力衰减，从而不可避免地会产生微裂缝和局部损伤，且结构在振动荷载、失水干缩、沉降和腐蚀介质的作用下产生的开裂渗漏是不能预期的，严重影响混凝土的抗渗性能以及使用寿命。

当混凝土产生微裂缝或局部损伤后，则失去原有的防水抗渗能力。因此，有必要对混凝土进行多次防水或裂缝自修复功能设计。研发一种价格低廉、施工方便的自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂极为必要，这些物质需要具有较强的吸水性，在混凝土拌合过程中吸收大量水分并可有效抑制浆体产生的体积收缩，抑制裂缝的生成；另一方面，为存储的膨胀物质水化提供水分，在基体开裂时可快速生成膨胀物质修复裂缝；此外，还能参与后期未水化水泥颗粒反应，提高修复能力及后期强度。

同时，我国有丰富的凝灰岩资源，凝灰岩具有一定的火山灰活性，其中活性氧化硅、活性氧化铝与氢氧化钙发生反应，生成具有凝胶性质的水化铝硅酸钙。矿山开采破碎所得的凝灰岩原矿含水量过高，工业应用时无法达到最佳使用状态此外，在凝灰岩生产过程中会产生大量的石粉也未得到有效利用，不仅造成资源浪费。为提升建筑行业能源资源利用效率、污染防治能力和生态环境质量，进一步探索凝灰岩的综合利用技术，可达到节约资源、节能减排的作用，具有显著的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于针对混凝土收缩产生裂缝以及凝灰岩得不到有效利用等问题，提供一种具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂，可赋予混凝土优异工作性能、良好的体积稳定性和自修复功能；并可实现凝灰岩石粉等的回收利用，具有重要的经济和环境效益。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂，其特征在于，它由煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂通过机械力复合而成，其中，各组分及其所占质量百分比包括：煅烧凝灰岩10-30％、凝灰岩石粉50-80％，石膏4-15％、复合改性剂1-5％。

上述方案中，所述煅烧凝灰岩为酸性凝灰岩，其玻璃质含水量为1-2wt％，Al₂O₃质量百分含量比>20wt％；煅烧凝灰岩由凝灰岩粉磨过200目筛网后，经300-600℃微波预热10-30min，再经900-1100℃煅烧0.5-1小时后冷却制得。

上述方案中，所述凝灰岩石粉为酸性凝灰岩，其中SiO₂质量百分含量比>70wt％、Al₂O₃质量百分含量比>13wt％，比表面积≥300m²/kg。

上述方案中，所述石膏为二水石膏，其中CaSO₄·2H₂O的质量百分含量大于90％，比表面积大于400m²/kg。

上述方案中，所述复合改性剂采用迁移增强材料、络合剂、催化剂和扩散剂按(0.5～2):(0.2～1.4):(0.2～1.1):(0.5～1.5)的质量比制备而成。

上述方案中，所述迁移增强材料由硅酸钠和硬脂酸铝按(3～8):1的质量比复合而成；络合剂为柠檬酸钠或醋酸钠；催化剂为甲基纤维素醚；扩散剂为三乙醇胺。

上述方案中，所述复合改性剂的制备方法包括如下步骤：将硬脂酸铝加入硅酸钠溶液中，然后在室温下边搅拌边滴加柠檬酸钠或醋酸钠溶液直至滴加完毕，再向混合液内加入甲基纤维素醚和三乙醇胺，静置至所得反应体系反应形成凝胶，最后经抽滤、干燥、粉碎；得复合改性剂。

上述一种自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂制备方法，它包括如下步骤：将煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂按照质量配比称重，采用干粉混料机混合3～5min，即得所述具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂。

本发明的原理为：

1)提高混凝土的体积稳定性：酸性凝灰岩玻璃质在高温瞬时灼烧下体积膨胀数倍至几十倍；其膨胀性能主要来源于玻璃质中的结合水，在高温时汽化，使玻璃质膨胀所致；采用预热处理工艺，使凝灰岩内部含水量在一个合适的范围内时，其在最终的高温膨胀过程中才能达到最佳的膨胀倍数；凝灰岩由于煅烧后疏松多孔，较强吸附性可降低自由水的散失率，同时增强其火山灰活性和微填充效应，煅烧的凝灰岩中可以促进活性铝生成钙矾石，能够大大提高混凝土的致密性，能够显著降低混凝土的孔隙率从而提高其后期耐久性；同时凝灰岩石粉具有一定吸水性能起到一定内养护的作用，改善混凝土的早期体积稳定性，减少混凝土收缩裂缝；

2)提高混凝土自修复功能，凝灰岩石粉具有一定的吸水性、煅烧凝灰岩由于煅烧后玻璃质膨胀，形成疏松多孔的结构且煅烧凝灰岩中存在蒙脱石具有层状结构能产生化学吸附和阳离子交换作用，混合后，凝灰岩石粉和煅烧凝灰岩能通过物理吸附和化学吸附复合改性剂，在有水条件下形成不稳定钙络合物沉淀；在干燥条件下，添加剂中活性物质处于休眠状态；而当水泥基材料内部出现微小裂缝或孔隙并有水渗入的情况下，煅烧凝灰岩吸水会释放活性物质，在未水化水泥提供Ca(OH)₂碱性环境下，煅烧凝灰岩能提供高活性的活性SiO₂和Al₂O₃，石膏提高硫酸根，络合剂中活性基团就会被硅酸根、铝酸根、碳酸根等取代，发生化学转换，生成更稳定的CaSiO₃晶体、针状钙矾石晶体等填充孔隙，堵塞孔隙和填充裂缝，实现混凝土裂缝自修复；同时络合剂中活性基团被取代后又会形成新的自由基，又被未反应的高活性煅烧凝灰岩所捕获，当出现渗水时的Ca(OH)₂高浓度区时，又会与钙离子发生络合沉淀作用；上述组分协同作用，有效完成自修复过程进而达到整体防水的效果,表现出良好的自修复能力。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明所得防水抗渗混凝土添加剂可赋予混凝土优异的工作性能、良好的体积稳定性和自修复功能，并可表现出良好的二次抗渗能力。

2)本发明可实现凝灰岩石粉等的回收利用，具有重要的经济和环境效益。

附图说明

图1为添加本发明和对比例所述防水抗渗混凝土添加剂前后的砂浆对比收缩性能测试结果。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面实施例对本发明作进一步的描述。但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，采用的水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5MPa，经GB/T17671水泥胶砂强度检验测试，3d抗压强度为30.5MPa，28d抗压强度为51Mpa；

细骨料采用级配调整后的水洗砂，细度模数为2.6，粗骨料采用普通碎石。石膏为二水石膏；CaSO₄·2H₂O的质量含量为92％，比表面积为410m²/kg。

煅烧凝灰岩为酸性凝灰岩，其玻璃质含水量为1-2wt％，Al₂O₃质量百分含量比为26.2％；它由凝灰岩粉磨过200目筛网后在300℃的温度下预热15min，在900℃煅烧1小时后冷却制得。

凝灰岩石粉也为酸性凝灰岩，其中SiO₂质量百分含量比为72wt％，Al₂O₃质量百分含量比为13.2wt％；比表面积为320m²/kg。

复合改性剂的制备过程为：将硬脂酸铝加入稀释为25wt％的硅酸钠溶液中，然后在室温下边搅拌边滴加络合剂溶液直至滴加完毕，再向混合液内加入微量的甲基纤维素醚和三乙醇胺作为反应加速剂，静止，等体系反应2h后形成凝胶，抽滤，反应所得产物经真空干燥、粉碎后即得到复合改性剂。

将煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂按照质量配比称重，采用干粉混料机混合3～5min，得所述具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂。

实施例1

一种具有自修复功能的防水抗渗添加剂，各原料及其所占质量百分比为：煅烧凝灰岩10％、凝灰岩石粉79％、石膏10％和复合改性剂1％；其中复合改性剂由迁移增强材料(硅酸钠、硬脂酸铝按4:1的质量比复合)、柠檬酸钠、甲基纤维素醚和三乙醇胺按2:1:1:1的质量比制备而成；将煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂按照质量配比称重，采用干粉混料机混合3～5min(转速为1000rpm)，即得所述具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂。

实施例2

一种具有自修复功能的防水抗渗添加剂，各原料及其所占质量百分比为：煅烧凝灰岩12％、凝灰岩石粉74％、石膏12％和复合改性剂2％；其中复合改性剂由迁移增强材料(硅酸钠、硬脂酸铝按4:1的质量比复合)、柠檬酸钠、甲基纤维素醚和三乙醇胺按5:3:2:5的质量比制备而成；将煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂按照质量配比称重，采用干粉混料机混合3min～5min(转速为1000rpm)，即得所述具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂。

实施例3

一种具有自修复功能的防水抗渗添加剂，各原料及其所占质量百分比为：煅烧凝灰岩14％、凝灰岩石粉76％、石膏8％和复合改性剂2％；其中复合改性剂由迁移增强材料(硅酸钠、硬脂酸铝按4:1的质量比复合)、草酸钠、甲基纤维素醚和三乙醇胺按5:2:5:8的质量比制备而成；将煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂按照质量配比称重，采用干粉混料机混合3min～5min(转速为1000rpm)，即得所述具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂。

对比例1～3

针对实施实例1-3，采用砂浆试件作为考察对象，其中水灰比取0.7，胶砂比为1:3，按照GB/T 2429-2005《水泥胶砂流动度测定方法》测试基准样(对比例1)、采用实施例1-3所得防水抗渗混凝土添加剂的拌合物的流动度；同时再引入两组对比试验，其中对比例2的配合比和制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于煅烧凝灰岩未经预热处理；对比例3与实施例1的不同之处在于不添加复合改性剂；按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，用万能压力试验机测试基准样、对比例和采用实施例1-3所述混凝土添加剂所得砂浆制品的3天和28天抗压强度；砂浆收缩率、界面粘结强度和砂浆抗渗性能参照GB 18445-2012《水泥基渗透结晶型防水材料(防水剂)》进行，测试结果分别见表1。

表1掺入防水抗渗添加剂的砂浆性能测试结果

本发明1～3实施例所得防水抗渗混凝土添加剂前后的砂浆对比收缩性能测试结果见图1。结果表明：掺入防水抗渗混凝土添加剂后，砂浆的收缩性较基准砂浆大为降低，并可表现出优异的二次抗渗性能。

实施例4

一种具有自修复功能的防水抗渗添加剂，各原料及其所占质量百分比为：煅烧凝灰岩10％、凝灰岩石粉77.5％、石膏10％和复合改性剂2.5％；其中复合改性剂由迁移增强材料(硅酸钠、硬脂酸铝按5:1的质量比复合)、草酸钠、甲基纤维素醚和三乙醇胺按1:1:1:2的质量比制备而成；将煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂按照质量配比称重，采用干粉混料机(转速为1000rpm)，混合3min～5min，即得所述具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂。

实施例5

一种具有自修复功能的防水抗渗添加剂，各原料及其所占质量百分比为：煅烧凝灰岩14％、凝灰岩石粉73％、石膏10％和复合改性剂3％；其中复合改性剂由迁移增强材料(硅酸钠、硬脂酸铝按4:1的质量比复合)、柠檬酸钠、甲基纤维素醚和三乙醇胺按2.5:1:2:2的质量比制备而成；将煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂按照质量配比称重，采用干粉混料机(转速为1000rpm)混合3min～5min，即得所述具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂。

实施例6

一种具有自修复功能的防水抗渗添加剂，各原料及其所占质量百分比为：煅烧凝灰岩16％、凝灰岩石粉72％、石膏10％和复合改性剂2％；其中复合改性剂由迁移增强材料(硅酸钠、硬脂酸铝按5:1的质量比复合)、柠檬酸钠、甲基纤维素醚和三乙醇胺按5:4:2:2的质量比制备而成；将煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂按照质量配比称重，采用干粉混料机(转速为1000rpm)混合3～5min，即得所述具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂。

对比例4

针对实施例4-6，以混凝土试件作为考察对象，采用的水灰比为0.46，砂率为42％，基准样(对比例4)中水泥用量为170kg/m³、粉煤灰为170kg/m³；实例4-6中水泥用量为170kg/m³，粉煤灰为100kg/m³，防水抗渗混凝土添加剂防水剂为70kg/m³，按照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》新拌混凝土拌合物的坍落度和扩展度；按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》，用万能压力试验机测试基准样和实施例所得混凝土制品的3天和28天抗压强度，混凝土抗渗性能参照GB 18445-2012《水泥基渗透结晶型防水材料(防水剂)》进行。

表2掺入防水抗渗添加剂后的混凝土性能测试结果

上述结果表明，本发明所得防水抗渗添加剂可有效提升所得混凝土制品的力学性能、抗收缩性能和抗渗性能(尤其二次抗渗性能)，可表现出良好的自修复性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂，其特征在于，它由煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂通过机械力复合而成，其中，各组分及其所占质量百分比包括：煅烧凝灰岩10-30％、凝灰岩石粉50-80％，石膏4-15％、复合改性剂1-5％；

所述煅烧凝灰岩为酸性凝灰岩，其玻璃质含水量为1-2wt％，Al₂O₃质量百分含量比>20wt％；煅烧凝灰岩由凝灰岩粉磨过200目筛网后，经300-600℃微波预热10-30min，再经900-1100℃煅烧0.5-1小时后冷却制得。

2.根据权利要求1所述的防水抗渗混凝土添加剂，其特征在于，所述凝灰岩石粉为酸性凝灰岩，其中SiO₂质量百分含量比>70wt％、Al₂O₃质量百分含量比>13wt％，比表面积≥300m²/kg。

3.根据权利要求1所述的防水抗渗混凝土添加剂，其特征在于，所述石膏为二水石膏，CaSO₄·2H₂O质量百分含量大于90％，比表面积大于400m²/kg。

4.根据权利要求1所述的防水抗渗混凝土添加剂，其特征在于，所述复合改性剂采用迁移增强材料、络合剂、催化剂和扩散剂按(0.5～2):(0.2～1.4):(0.2～1.1):(0.5～1.5)的质量比制备而成。

5.根据权利要求4所述的防水抗渗混凝土添加剂，其特征在于，所述迁移增强材料由硅酸钠和硬脂酸铝按(3～8):1的质量比复合而成；络合剂为柠檬酸钠或醋酸钠；催化剂为甲基纤维素醚；扩散剂为三乙醇胺。

6.根据权利要求4所述的防水抗渗混凝土添加剂，其特征在于，所述复合改性剂的制备方法包括如下步骤：向迁移增强材料中，在室温下边搅拌边滴加络合剂溶液直至滴加完毕，再向所得混合液内加入催化剂和扩散剂，静置至所得反应体系反应形成凝胶，最后经抽滤、干燥、粉碎；得复合改性剂。

7.权利要求1-6任一所述的具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将煅烧凝灰岩、凝灰岩石粉、石膏、复合改性剂按照质量配比称重，采用干粉混料机混合3～5min，即得所述具有自修复功能的防水抗渗混凝土添加剂。

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