CN109336457B - 一种混凝土用液态高分子减缩密实剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土用液态高分子减缩密实剂，以水为溶剂，且包含如下质量百分比的原料：三乙醇胺0.5％‑2％、三异丙醇胺0.5％‑2％、无水硫酸钠1％‑5％、三聚磷酸钠1％‑6％、聚硅氧烷0％‑0.5％、聚醚0‑0.5％、叔丁醇0‑0.2％。本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂制备方法简单，成本低，应用到混凝土中后，可以减少新拌混凝土内部的气泡，提升其力学性能，包括7天以及28天的抗压强度和抗折强度，还可有效增强混凝土的体积稳定性，减少混凝土的收缩率，提高混凝土的抗裂防水性。

Description

一种混凝土用液态高分子减缩密实剂

技术领域

本发明涉及混凝土用外加剂领域，具体地，本发明提供了一种混凝土用液态高分子减缩密实剂。

背景技术

目前在混凝土工程中，解决混凝土开裂渗水问题一般采用刚性结构自抗裂防水以及外涂层结合的方式。其中，结构自抗裂防水普遍采用的是膨胀剂，通过膨胀补偿收缩的手段来减少开裂渗水问题，实际使用中，膨胀率过高和过低都是有害的，需确定最佳掺量，且由于粉料的不易分散，增加了使用的风险。外防水主要采用的是硅烷类防水防腐涂层，施工工艺繁琐，寿命一般不超过20年。混凝土体积的稳定性是耐久性最重要的影响因素之一，一旦出现开裂，力学性能和耐久性能都会大幅度下降。而混凝土的开裂主要由温度收缩和干燥收缩引起，在混凝土凝结的早期，由于矿物相的快速水化，导致水化热过于集中，内外温差过大，导致开裂；另外，由于混凝土中有大量的毛细孔道和空隙，其中水分的蒸发导致收缩应力集中，最终致使后期混凝土结构的开裂。一般的减缩剂产品只是通过增强混凝土的保水性能、改变液相的表面张力达到细化毛细孔道，减少干缩裂缝的产生，作用单一，成本高昂，不利于推广。因此开发应用一种能综合改善混凝土的微观空隙，增强混凝土的致密性和体系的保水性能，降低干燥收缩裂缝；调控水化反应，降低大体积混凝土温度收缩裂缝的液态混凝土外加剂产品也是行业的迫切需要。

工程纤维作常被作为一种增强材料用于混凝土结构中，具有提高水泥混凝土的抗冲击力、抗弯曲性，抗裂性能的作用，但是一般情况下工程纤维在混凝土中存在难以分散、与基质粘合性差等缺点，使其应用受到限制，也使其抗裂效果不稳定。

中国专利CN106927713A一种海工混凝土用抗裂防渗外加剂，由以下重量百分比的物质组成：减缩剂3％～6、增粘保水剂1％～3％、抗裂物质5％～8％、膨胀剂30％～60％、络合剂1％～2％、减水剂5％～8％、缓凝剂0.01％～1％、消泡剂0.01％～0.02％、余量为细填料；抗裂物质由玄武岩纤维、芳香族聚酰胺纤维和碱式硫酸镁晶须按重量比5-8：2-3：1组成。该发明可使海工混凝土更加密实，减少混凝土空隙和裂纹的产生，但是该专利中纤维存在分散性差、与基质粘合性差等缺点使其抗裂效果稳定性差；另外该专利中使用了缓凝剂等添加剂会影响混凝土的早期强度。

中国专利CN200610005255.2公开了一种新型混凝土专用减缩密实剂,首先制备原液，其成分为去离子水，氧化钙，硫粉，催化剂，所述催化剂是由甲氧基聚乙二醇，二甲基-1，3-丙二醇及烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠混合溶液组成；其次，制备无机混凝土用无机防水减缩密实剂，其组成为，去离子水，所述原液，三乙醇胺，甲氧基聚乙二醇，二甲基-1，3-丙二醇，烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠，硅酸盐和消泡剂DF-642，该发明中检索密实剂的掺量为水泥的0.1％～2％，即可有效减小混凝土早期收缩，但是该减缩密实剂需要在加热条件下制备，成本较高，且对于混凝土的抗压强度的改善效果并不显著，尤其是对于后期的力学性能基本没有改善。

市面上一般的早强剂类产品虽能使混凝土的早期力学性能快速提升，但对混凝土的后期力学性能无明显改善，作用单一。无论学术界还是实际应用中，有一个共识，调整混凝土配合比中矿渣和粉煤灰的掺量可明显改善其后期的力学性能和耐久性能，但矿渣和粉煤灰掺量太多容易出现早期强度偏低，且搅拌站一般不会轻易调整配合比。在混凝土的外加剂中，有助于后期力学性能改善的添加剂一般有葡萄糖酸钠、柠檬酸钠等缓凝物质，这些物质和早强类外加剂有一定的冲突。所以现有的混凝土外加剂不能同时提高混凝土的早期和后期强度。

发明内容

针对以上技术的不足，本发明旨在克服现有技术不足以及价格高，推广难度大的问题，提供一种混凝土用液态高分子减缩密实剂，具有提升早期强度，后期强度，减少干缩裂缝和温度收缩裂缝，提升混凝土的抗渗性能以及抗盐类侵蚀性能等多项功能特性。

本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂，以水为溶剂，且包含如下质量百分比的原料：三乙醇胺0.5％-2％、三异丙醇胺0.5％-2％、无水硫酸钠1％-5％、三聚磷酸钠1％-6％、聚硅氧烷0％-0.5％、聚醚0-0.5％、叔丁醇0-0.2％。

本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂的创新之处在于，不仅具有常见减缩剂的降低表面张力和增加孔隙水粘度的作用，还具有促进早强强度，细化毛细空隙，控制含气量在合理范围内，有效减少多害孔和少害孔的数量；水化反应后期通过生成致密的絮状和花瓣状的水化产物晶体填充在混凝土的空隙，起到密实混凝土和显著提升后期强度的作用。即使用本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂能同时提升混凝土的早期和后期强度，且不影响混凝土的其他性能，

本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂中使用的三乙醇胺和三异丙醇胺在功能上没有冲突，且具备高的协同性，单独使用三乙醇胺具有早强作用，单独使用三异丙醇胺能显著提升后期强度。三乙醇胺和三异丙醇胺的结合，使混凝土的早期和后期力学性能都显著提升，无任何不适应性。这是一般无减水型外加剂不能达到的。

本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂中使用的无水硫酸钠和三聚磷酸钠主要起到无机盐激发的作用，已有大量的资料表明，单独的有机类或无机类混凝土外加剂使用效果差，且具有掺量高不易分散均匀的特点。本发明的液态高分子减缩密实剂最终为均匀的液态，采用少量的无机盐激发有机组分的活性，无机组分和有机组分的功能都会得到放大，比单独使用的效果显著。三聚磷酸钠和三异丙醇胺还具有协同作用可以进一步提高混凝土的后期强度。

本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂使用的无机盐有三聚磷酸钠，除了起到激发功效的作用外，还具有分散固体颗粒和乳液的作用，使整个溶液体系呈现均匀的状态，更易发挥各组分的功效。另外，三聚磷酸钠具有缓凝，能调节混凝土的凝结时间，促进后期强度的增长，且具有阴极缓释，阻止钢筋锈蚀的作用。

本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂中使用的聚醚和叔丁醇具有显著改善混凝土液相表面张力的作用，能减少毛细管道，降低混凝土后期的干缩，起到减缩密实的作用。市面上普遍的减缩剂都在一定程度上有损强度，本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂不仅对强度没有负面影响，且具有增强作用。

本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂中使用的聚硅氧烷，应用到混凝土中具有超疏水的效果，起到抗水渗透的效果，与聚醚、叔丁醇的减缩抗裂效果具有高协同性。

本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂具有提升早期强度，后期强度，减少干缩裂缝和温度收缩裂缝，提升混凝土的抗渗性能以及抗盐类侵蚀性能多种功能，能明显改善混凝土的耐久性，是一种高效综合性混凝土外加剂产品。

作为一种优选的方案，本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂，以水为溶剂，且包含如下质量百分比的原料：浓度为99％的三乙醇胺1.0％，浓度为85％的三异丙醇胺1.2％，无水硫酸钠4％，三聚磷酸钠3％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.2％，叔丁醇0.1％。

作为另一种优选的方案，本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂，以水为溶剂，且包含如下质量百分比的原料：浓度为99％的三乙醇胺1.2％，浓度为85％的三异丙醇胺1.5％，无水硫酸钠3％，三聚磷酸钠2％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.3％，叔丁醇0.1％。

作为另一种优选的方案，本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂，以水为溶剂，且包含如下质量百分比的原料：浓度为85％的三乙醇胺1.5％，浓度为85％的三异丙醇胺1.2％，无水硫酸钠3％，三聚磷酸钠2％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.2％，叔丁醇0.2％。

进一步优选地，本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂中还包括0.5wt％～0.9wt％的多孔玄武岩纤维和0.8wt％～1.5wt％的蒙脱石散。

进一步优选地，本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂，包含如下质量百分比的原料：浓度为99％的三乙醇胺1.2％，浓度为85％的三异丙醇胺1.5％，无水硫酸钠3％，三聚磷酸钠2％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.3％，叔丁醇0.1％，多孔玄武岩纤维和0.7％，蒙脱石散1.2％，水89.8％。

其中优选的多孔玄武岩纤维的直径为3.0-10.0μm，孔隙率为20％～30％。

本发明进一步优选的方案中还包括一定量的多孔玄武岩纤维和蒙脱石散，这两种材料均具有多孔结构可以吸附一定量的三乙醇胺和三异丙醇胺等原料，减缩密实剂加入混凝土后在水泥水化过程中，缓慢释放吸附的组分，减小塑性收缩和化学收缩；蒙脱石散具有保水作用，进一步防止干缩裂缝的形成，提高抗水渗透性；多孔纤维吸附三异丙醇胺等减缩组分后在混凝土中分散性更好、结合强度更高，进一步增加混凝土抗折和抗压强度，减少裂缝产生。

本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂制备时，先将无水硫酸钠、三聚磷酸钠溶解在水中，然后加入三乙醇胺、三异丙醇胺、聚硅氧烷、聚醚、叔丁醇搅拌均匀，制得澄清的液态高分子减缩密实剂。

当需要加入多孔玄武岩纤维和蒙脱石散时，在混合好的澄清的液态高分子减缩密实剂中直接先加入多孔玄武岩纤维，搅拌均匀后静置15min，然后加入蒙脱石散搅拌均匀即可得到悬浊的液态高分子减缩密实剂。

与现有技术相比，本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂的有益效果为：

(1)密实增强效果显著，提高抗压强度且具有高抗水渗透性。掺量为3％时，7d抗压强度增加10％以上，28d抗压强度增加5％以上，抗渗等级达到P10，具有高抗水渗透性。

(2)多孔玄武岩纤维和蒙脱石散，进一步增加混凝土抗折和抗压强度，减少裂缝产生。

(3)能明显减少收，混凝土的收缩率可减少20％以上。

(4)控制含气量在合理范围内，有效减少多害孔和少害孔的数量。

(5)混凝土用液态高分子减缩密实剂为均匀溶液，投料方式简单，分散效果高，生产易控制。成本低、具有很好的社会效益和经济效益。

(6)不含氯盐类对钢筋有腐蚀的成分，绿色环保。

(7)混凝土用液态高分子减缩密实剂本身为液态，添加到混凝土中，不需对混凝土状态进行额外调整，也无需对混凝土进行额外养护。

总之，本发明的混凝土用液态高分子减缩密实剂具有高效低掺、易分散、增强、高抗渗性、有效控制收缩、使用方便、绿色环保、经济社会效益高等优点，是一款混凝土减缩密实类、功能综合的外加剂产品。

具体实施方式

本发明实施例的混凝土用液态高分子减缩密实剂，一种混凝土用液态高分子减缩密实剂，以水为溶剂，且包含如下质量百分比的原料：三乙醇胺0.5％-2％、三异丙醇胺0.5％-2％、无水硫酸钠1％-5％、三聚磷酸钠1％-6％、聚硅氧烷0％-0.5％、聚醚0-0.5％、叔丁醇0-0.2％。

优选地，还包括0.5wt％～0.9wt％的多孔玄武岩纤维和0.8wt％～1.5wt％的蒙脱石散。

以下结合实施例对本发明各技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。本领域技术人员依据以下实施方式所作的方法、工艺路线、功能的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例1

本实施例的混凝土用液态高分子减缩密实剂，以质量百分比计，由如下原料组成：浓度为99％的三乙醇胺1.2％，浓度为85％的三异丙醇胺1.5％，无水硫酸钠3％，三聚磷酸钠2％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.3％，叔丁醇0.1％，其余为水。制备方法为先将固体类组分在水中溶解后，再添加其他组分搅拌均匀制得澄清的液态高分子减缩密实剂。

实施例2

本实施例的混凝土用液态高分子减缩密实剂，以质量百分比计，由如下原料组成：85％三乙醇胺1.5，85％三异丙醇胺1.2，无水硫酸钠4.5，三聚磷酸钠4.0，聚硅氧烷0.4，聚醚0.2，叔丁醇0.3，其余为水。制备方法为先将固体类组分在水中溶解后，再添加其他组分搅拌均匀制得澄清的液态高分子减缩密实剂。

实施例3

本实施例的混凝土用液态高分子减缩密实剂，以质量百分比计，由如下原料组成：浓度为85％的三乙醇胺1.5％，浓度为85％的三异丙醇胺1.2％，无水硫酸钠3％，三聚磷酸钠2％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.2％，叔丁醇0.2％，其余为水。制备方法为先将固体类组分在水中溶解后，再添加其他组分搅拌均匀制得澄清的液态高分子减缩密实剂。

实施例4

本实施例的混凝土用液态高分子减缩密实剂，以质量百分比计，由如下原料组成：浓度为99％的三乙醇胺1.2％，浓度为85％的三异丙醇胺1.5％，无水硫酸钠3％，三聚磷酸钠2％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.3％，叔丁醇0.1％，多孔玄武岩纤维和0.7％，蒙脱石散1.2％，水89.8％。所述多孔玄武岩纤维的直径为5.0-8.0μm，孔隙率为25％

本实施例的混凝土用液态高分子减缩密实剂制备时，先将无水硫酸钠、三聚磷酸钠溶解在水中，然后加入三乙醇胺、三异丙醇胺、聚硅氧烷、聚醚、叔丁醇搅拌均匀，制得澄清的液态高分子减缩密实剂。再向其中先加入多孔玄武岩纤维，搅拌均匀后静置15min，然后加入蒙脱石散搅拌均匀，得到均匀悬浊的液态高分子减缩密实剂。

对比例1

相比实施例1，本对比例的减缩组分中不含有三异丙醇胺，其它与实施例1相同。

对比例2

相比实施例1，本对比例减缩组分中不含有三聚磷酸钠，其它与实施例1相同。

对比例3

相比实施例4，本对比例，将实施例4中的三异丙醇胺替换为丙三醇，其它与实施例4相同。

以上实施例和对比例制备的减缩密实剂掺入到混凝土中，进行工作性、力学性能和抗裂性能的测试对比。混凝土抗压强度、抗折强度按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，试件尺寸为标准中规定的标准尺寸；收缩率比按照JCT474-2008《砂浆混凝土防水剂行业标准》进行测试，早期抗裂性能测定试验参考T/CECS 10001-2017《用于混凝土中的防裂抗渗复合材料》中进行。抗渗等级测试参照GB50108-2008《地下工程防水技术规范》进行。基准混凝土作为对照组其配方如下，其中不添加减缩密实剂，分别添加水泥质量1％和3％的减缩密实剂，检测实施例和对比例的各项性能。基准混凝土所用到的原材料配比见表1。

表1基准混凝土配比(单位Kg/m³)

原料	水	水泥	石子5-25mm	中砂
					重量	200	330	1110	750

表2：基准混凝土中掺加不同的减缩密实剂的测试结果

基准混凝土中掺加不同的减缩密实剂的测试结果如表2所示，由表2测试结果可以看出：

基准混凝土的含气量为2.3％；当混凝土用液态高分子减缩密实剂的掺量为1％时，掺入后的含气量在1.6％以下；混凝土用液态高分子减缩密实剂的掺量为3％时，掺入后混凝土大的含气量变为1.2％以下。证实混凝土的整体含气量确有降低，含气量降低，混凝土内部的气泡变少，缺陷少，混凝土的密实度自然得到改善。

当混凝土用液态高分子减缩密实剂的掺量为1％时，7d抗压强度比均在112以上，28d抗压强度比为103以上；掺量为3％时，7d抗压强度比126以上，28d抗压强度比110以上。随着掺量的增加，对混凝土的力学性能改善明显，力学性能是混凝土密实性的指标之一，证实混凝土的密实度确有提升。

混凝土用液态高分子减缩密实剂的掺量为1％时，混凝土28d减缩率26％以上；混凝土用液态高分子减缩密实剂的掺量为3％时，混凝土28d减缩率可达38％以上。随着掺量的增加，减缩率明显提升，证实混凝土用液态高分子减缩密实剂的掺入，可有效增强混凝土的体积稳定性，减少混凝土的收缩率。

当混凝土用液态高分子减缩密实剂的掺量为1％时，混凝土的抗渗等级提升一级以上，基准混凝土为P6，则当混凝土用液态高分子减缩密实剂的掺量为1％时可以达到P8；混凝土用液态高分子减缩密实剂的掺量为3％时，混凝土的抗渗等级可提升两级，基准混凝土为P6，则掺量为3％时可以达到P10。随着掺量的增加，对混凝土的抗水渗透性能改善明显，抗水渗透性能也是混凝土密实性的指标之一，证实混凝土的密实度确有提升。

综上所述，相对基准混凝土，将本发明实施例的混凝土用液态高分子减缩密实剂应用到混凝土中后，可以减少新拌混凝土内部的气泡，提升其力学性能，包括7天以及28天的抗压强度和抗折强度，还可有效增强混凝土的体积稳定性，减少混凝土的收缩率，提高混凝土的抗裂防水性。

对比例1-3中分别去掉或者改变减缩组分中的一种原料后制得的减缩密实剂添加到基准混凝土中后，对收缩率和裂缝稍有降低，但是并不显著，且对28天的力学强度有不良影响。并且对比例中减缩密实剂的添加量从1％增加到3％后，对混凝土的收缩率和裂缝改善效果也并不显著，相对基准混凝土其28天力学性能仍有下降，抗渗等级也没有提升。这说明对比例的减缩密实剂对混凝土的综合性能并没有改善。

这是因为本发明特定比例的三乙醇胺、三异丙醇胺、无水硫酸钠、三聚磷酸钠等原料具有协同作用，只有在其协同作用下才能达到大大减少混凝土含气量、降低收缩率，同时提高早强和后期强度、提高混凝土的抗裂防水性的目的，改变其中任一种原料均会大大影响混凝土的综合性能。

实施例4中加入多孔玄武岩纤维和蒙脱石散后，与三乙醇胺、三异丙醇胺、无水硫酸钠、三聚磷酸钠等原料具有进一步协同作用：多孔纤维吸附三异丙醇胺等减缩组分后在混凝土中分散性更好、结合强度更高，且减缩组分在水泥水化过程中缓慢释放，持续减小塑性收缩和化学收缩；蒙脱石散具有保水作用，进一步防止干缩裂缝的形成。总之各组分进一步协同显著提高混凝土抗折和抗压强度，减少裂缝产生，提高抗水渗透性。而对比例3相对对比例4，替换三异丙醇胺原料为丙三醇后，相对基准混凝土其中的含气量反而有所上升，且28d力学性能也有所下降。这可能是由于多孔玄武岩纤维在混凝土中分散性不佳，无法实现提高混凝土力学强度和抗渗性能的目的，反而导致其力学性能不稳定。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种混凝土用液态高分子减缩密实剂，其特征在于，以水为溶剂，且包含如下质量百分比的原料：三乙醇胺0.5％-2％、三异丙醇胺0.5％-2％、无水硫酸钠1％-5％、三聚磷酸钠1％-6％、聚硅氧烷0％-0.5％、聚醚0.2-0.5％、叔丁醇0.1-0.2％、0.5％～0.9％多孔玄武岩纤维、0.8％～1.5％蒙脱石散。

2.根据权利要求1所述的混凝土用液态高分子减缩密实剂，其特征在于，以水为溶剂，且包含如下质量百分比的原料：浓度为99％的三乙醇胺1.0％，浓度为85％的三异丙醇胺1.2％，无水硫酸钠4％，三聚磷酸钠3％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.2％，叔丁醇0.1％。

3.根据权利要求1所述的混凝土用液态高分子减缩密实剂，其特征在于，以水为溶剂，且包含如下质量百分比的原料：浓度为99％的三乙醇胺1.2％，浓度为85％的三异丙醇胺1.5％，无水硫酸钠3％，三聚磷酸钠2％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.3％，叔丁醇0.1％。

4.根据权利要求1所述的混凝土用液态高分子减缩密实剂，其特征在于，以水为溶剂，且包含如下质量百分比的原料：浓度为85％的三乙醇胺1.5％，浓度为85％的三异丙醇胺1.2％，无水硫酸钠3％，三聚磷酸钠2％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.2％，叔丁醇0.2％。

5.根据权利要求1所述的混凝土用液态高分子减缩密实剂，其特征在于，包含如下质量百分比的原料：浓度为99％的三乙醇胺1.2％，浓度为85％的三异丙醇胺1.5％，无水硫酸钠3％，三聚磷酸钠2％，聚硅氧烷0.2％，聚醚0.3％，叔丁醇0.1％，多孔玄武岩纤维0.7％，蒙脱石散1.2％，水89.8％。

6.根据权利要求1所述的混凝土用液态高分子减缩密实剂，其特征在于，所述多孔玄武岩纤维的直径为3.0-10.0μm，孔隙率为20％～30％。