CN109534713A - 一种高强混凝土用减胶剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强混凝土用减胶剂及其制备方法，高强混凝土用减胶剂由如下质量百分比的原料组成：共分散组分5％～10％、界面增强密实组分8％～10％、乳化组分0.5～1％、控泡组分0.1～0.5％、余量为水；制备时先将强密实组分、乳化组分、水在乳化罐中高速搅拌制得改性界面增强密实组分，再分步加入控泡组分、共分散组分并搅拌均匀制得减胶剂。本发明的减胶剂可以有效改善高强混凝土拌和物的粘度，提高混凝土的强度，并显著降低混凝土养护过程中的水分损失，减少混凝土裂缝的产生，大幅提高混凝土的抗渗性和耐久性；在保证混凝土强度的前提下，掺量为0.6％，可以降低5％～10％胶凝材料；制备方法简单，成本低，添加量少，减少胶材用量效果显著，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种高强混凝土用减胶剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土用外加剂领域，具体地，本发明提供了一种高强混凝土用减胶剂及其制备方法。

背景技术

近年来，随着建筑行业的快速发展，现代建筑结构趋向大型化，高层化方向发展，高强等级的混凝土正以其强度高、自重小的特点，逐步在国家的一些基础建设上得以应用。为了提高混凝土的强度等级，普遍采用使用高强度等级的水泥、加大胶凝材料的用量、降低水胶比的措施。胶凝材料高用量还造成了大量的资源浪费和间接的环境负荷，水泥的持续消耗必然会带来严重的环境问题。随着混凝土技术的发展，现在很多混凝土搅拌站已经在有意识地控制和降低胶凝材料的使用，但由于减水剂分散机理的局限性，使得通过提高减水剂掺量而进一步降低胶凝材料用量的做法难以在高强混凝土中取得良好的效果，往往会出现但往往会导致混凝土黏度增加、流速慢、造成混凝土施工难度加大等问题，甚至导致工程事故。同时，大量的微观试验表明，即使在这些相对的低胶凝材料体系中，仍有大量的水泥颗粒没有完全水化，仅以微集料的形式存在，因此，客观上仍有降低胶凝材料用量的空间。

高强混凝土作为一种由硬化水泥浆体(基体)、集料和界面过渡区组成的多相复合材料，其性质取决于各部分自身性质及相互间的关系和体系的均匀性。在多重因素共同作用下的界面过渡区具有孔隙率高、未水化水泥颗粒少、板状Ca(OH)₂(CH)晶体粗大富集，与硬化水泥浆体微结构存在明显差异，一直被人为是混凝土中最薄弱的环节，对高强混凝土的力学性能产生显著影响。

另外混凝土搅拌过程中会形成气泡，在骨料间如同滚珠一样起润滑作用，可增大混凝土拌合物的流动性，但混凝土中含气量增大，使水泥浆体的孔隙率增加，因此使抗压强度降低。混凝土抗压强度的降低不仅与增加的含气量有关，也与引入空气泡的孔结构有关；平均孔径越小，强度的降低率越小。因此新拌混凝土相同的含气量下，混凝土中大气泡的数量越多对混凝土的强度影响越大，混凝土标号越高，对其强度的影响越明显；混凝土中稳定且封闭的微小气泡，可增强浆体的润滑作用，使混凝土结构形成稳定细密的气孔，保证混凝土体积的稳定性，隔断毛细水管，防止各有害物质的入侵，从而有效改善混凝土耐久性能。

另外混凝土在浇筑后养护过程中容易出现干燥开裂，这是由于混凝土与空气之间存在一定的湿度差，混凝土中的水分容易向外迁移，导致混凝土内部出现湿度梯度，减少了内部正常水化所需的水分，混凝土外层快速损失水也容易产生结壳。尤其是对于水胶比较低的混凝土，拌合物的粘聚性较大，泌水少，在干燥环境中极易出现开裂现象，虽然这种开裂对混凝土的强度影响不大，但是却会大幅降低混凝土的抗渗性和耐久性。因此急需找到一种可以抑制混凝土养护过程中的水分损失并减少其收缩开裂等问题的技术方案，这对提高混凝土的抗渗性和耐久性具有重要意义。

中国专利CN105016647B公开了一种增强型聚羧酸系混凝土减胶剂及其制备方法，其原料组分及各组分占原料总量的质量百分数为：高减水聚羧酸减水剂15％～27％、有机胺类化合物5％～10％、纤维素醚2.5～5％、聚乙烯醇0.5％～1％、亚硝酸钠0.1％～0.5％、水64.9％～73.7％。该发明方法制备的增强型混凝土减胶剂能有效地分散胶凝材料，明显改善混凝土的工作性能，对混凝土后期强度有显著的增强作用，并减少混凝土中水泥用量的10.7％～15.5％。但是该专利中的减胶剂并不能降低混凝土养护过程中的水分损失，因此不能改善混凝土的抗渗性和耐久性。

发明内容

针对以上技术的不足，本发明旨在解决现有技术问题，提供一种高强混凝土用减胶剂及其制备方法，不仅可以显著降低混凝土的胶凝材料使用量，还可以降低混凝土养护过程中水分损失量，抑制其干燥收缩，提高其抗渗性和耐久性。

本发明的技术方案如下：一种高强混凝土用减胶剂，由如下质量百分比的原料组成：共分散组分5％～10％、界面增强密实组分8％～10％、乳化组分0.5～1％、控泡组分0.1～0.5％、余量为水。

优选地，所述共分散组分为非离子型小分子。

更优选地，所述共分散组分为二甘醇、聚醚胺中的至少一种。

优选地，所述界面增强密实组分为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、氟硅酸钾、氟硅酸钠、氟硅酸镁中一种或几种。

优选地，所述乳化组分为苯乙烯乳液、丁二烯单体乳液中至少一种。

优选地，所述控泡组分为炔二醇类分子消泡剂。

更优选地，所述控泡组分为赢创104PG-50、空气化学DA740、艾克米公司surfadol541中的至少一种。

本发明还提供上述高强混凝土用减胶剂的制备方法，包含以下步骤：

(S1)界面增强密实组分改性：

按比例称取界面增强密实组分、乳化组分、水加入到乳化罐中高速搅拌15～20分钟，停止搅拌即制得改性界面增强密实组分；

(S2)减胶剂制备：

(1)按比例称取控泡组分加入到已经改性的界面增强密实组分中，进行中速搅拌10～15分钟；

(2)按比例称取一定量的共分散组分缓慢加入步骤(1)中，进行均匀搅拌10～15分钟即制得高强混凝土用减胶剂。

发明人发现：非离子型小分子尤其是二甘醇、聚醚胺可以用来增加聚羧酸高性能减水剂的分散性能，在较低的水胶比下效果尤为显著。非离子型小分子可以作为共分散组分与聚羧酸减水剂共同作用。并且小分子溶解在水泥孔隙液中，还可以作为润滑剂提供隔离效果，使水泥颗粒分散更加充分，增加混凝土的强度，同时能降低混凝土体系粘度、提高混凝土流速的效果。

发明人发现：界面增强组分中引入乳液改性后，界面增强组分中的离子进入到乳液中，形成更加稳定的胶体乳液，能够延缓水泥矿物的反应速度，随着水泥水化作用和水分的减少，在水泥孔特别是界面过度区形成无定形的凝胶膜，气孔很少、非常致密。能极大的提高界面过度区的强度，带来高强混凝土的强度提升。

发明人发现：炔二醇类分子控泡组分，在水性体系中具有消泡性和脱气性，但没有许多传统的泡沫控制剂通常具有的副作用。特别容易消除大的气泡、可以更好地保持微小气泡长期稳定的存在，具有长期的泡沫控制性、能够无缺陷地控制泡沫。微小的气泡在浆体和骨料间保持较好的润滑作用，混凝土气泡的平均孔径更小，在含气量相同的情况下能够有效提高混凝土的强度。

本发明的高强混凝土减胶剂中每一组份在各自发挥个体作用的同时，还可以产生协同叠加效应。一方面可以使高强混凝土在减少胶材用量5～10％的下，仍然能够达到原来的混凝土强度，混凝土的粘度降低，施工性能提高，混凝土的耐久性能也得到了改善。另一方面界面增强组分和乳化组分相互配合可形成稳定的胶体乳液，并在水泥孔界面过渡区形成致密的无定形的凝胶膜，并且由于混凝土中加入了共分散组分和控泡组分，抑制了大的气泡且使得界面增强组分和乳化组分与混凝土分散更均匀，各组分协同配合使得使得混凝土中形成均匀的、连续的、强度更好的凝胶膜，可以更好的抑制水分的损失，减少混凝土裂缝的产生，大幅提高混凝土的抗渗性和耐久性。

与现有技术相比，本发明的高强混凝土用减胶剂的有益效果为：

(1)本发明的高强混凝土减胶剂可以有效改善高强混凝土拌和物的粘度，提高混凝土的强度，在混凝土中掺量为0.6％，可使混凝土28d强度提高7–12Mpa,提升混凝土的综合性能。

(2)本发明的高强混凝土减胶剂在保证混凝土强度的前提下，在混凝土中掺量为0.6％，可以降低高强混凝土中胶凝材料用量5％～10％。

(3)本发明的高强混凝土减胶剂中各组分相互协同作用，可以显著降低混凝土养护过程中的水分损失，减少混凝土裂缝的产生，大幅提高混凝土的抗渗性和耐久性。

(4)本发明的高强混凝土减胶剂，制备方法简单，成本低，添加量少，减少胶材用量效果显著，具有显著的经济效益和社会效益。

具体实施方式

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

本实施例的一种高强混凝土减胶剂是由以下重量百分比的原料组成：二甘醇5％、苯乙烯乳液0.6％，硅酸钠8％，104PG-50控泡剂0.2％，余量为水；

一种高强混凝土用减胶剂的制备方法包含以下步骤：

a、界面增强密实组分改性

按比例称取硅酸钠、苯乙烯乳液、水加入到乳化罐中2000-3000rpm高速搅拌15～20分钟，停止搅拌即制得改性界面增强密实组分。

b、减胶剂制备

1、按比例称取104PG-50控泡剂加入到已经改性的界面增强密实组分中，进行500-600rpm中速搅拌10～15分钟，

2、按比例称取一定量的二甘醇缓慢加入步骤1中，进行200-400rpm均匀搅拌10～15分钟即制得高强混凝土用减胶剂A1。

实施例2

本实施例的一种高强混凝土减胶剂是由以下重量百分比的原料组成：聚醚胺7％、苯乙烯乳液0.7％，硅酸钾8％，DA740控泡剂0.3％，余量为水；

一种高强混凝土用减胶剂的制备方法包含以下步骤：

a、界面增强密实组分改性

按比例称取硅酸钾、苯乙烯乳液、水加入到乳化罐中高速搅拌15～20分钟，停止搅拌即制得改性界面增强密实组分。

b、减胶剂制备

1、按比例称取DA740控泡剂加入到已经改性的界面增强密实组分中，进行中速搅拌10～15分钟，

2、按比例称取一定量的聚醚胺缓慢加入步骤1中，进行均匀搅拌10～15分钟即制得高强混凝土用减胶剂A2。

实施例3

本实施例的一种高强混凝土减胶剂是由以下重量比的原料组成：二甘醇5％、丁二烯单体乳液0.5％，氟硅酸钠9％，104PG-50控泡剂0.15％，余量为水；

一种高强混凝土用减胶剂的制备方法包含以下步骤：

a、界面增强密实组分改性

按比例称取氟硅酸钠、丁二烯单体乳液、水加入到乳化罐中高速搅拌15～20分钟，停止搅拌即制得改性界面增强密实组分。

b、减胶剂制备

1、按比例称取104PG-50控泡剂加入到已经改性的界面增强密实组分中，进行中速搅拌10～15分钟，

2、按比例称取一定量的二甘醇缓慢加入步骤1中，进行均匀搅拌10～15分钟即制得高强混凝土用减胶剂A3。

实施例4

本实施例的一种高强混凝土减胶剂是由以下重量百分比的原料组成：聚醚胺9％、苯乙烯乳液0.6％，硅酸钠8％，Surfadol 541控泡剂0.2％，余量为水；

一种高强混凝土用减胶剂的制备方法包含以下步骤：

a、界面增强密实组分改性

按比例称取硅酸钠、苯乙烯乳液、水加入到乳化罐中高速搅拌15～20分钟，停止搅拌即制得改性界面增强密实组分。

b、减胶剂制备

1、按比例称取Surfadol 541控泡剂加入到已经改性的界面增强密实组分中，进行中速搅拌10～15分钟，

2、按比例称取一定量的聚醚胺缓慢加入步骤1中，进行均匀搅拌10～15分钟即制得高强混凝土用减胶剂A4。

实施例5

本实施例的一种高强混凝土减胶剂是由以下重量百分比的原料组成：聚醚胺8％、丁二烯单体乳液0.8％，硅酸锂9％，104PG-50控泡剂0.2％，余量为水；

一种高强混凝土用减胶剂的制备方法包含以下步骤：

a、界面增强密实组分改性

按比例称取硅酸锂、丁二烯单体乳液、水加入到乳化罐中高速搅拌15～20分钟，停止搅拌即制得改性界面增强密实组分。

b、减胶剂制备

1、按比例称取104PG-50控泡剂加入到已经改性的界面增强密实组分中，进行中速搅拌10～15分钟，

2、按比例称取一定量的聚醚胺缓慢加入步骤1中，进行均匀搅拌10～15分钟即制得高强混凝土用减胶剂A5。

实施例6

一种高强混凝土减胶剂是由以下重量比的原料组成：二甘醇7％、苯乙烯乳液0.75％，氟硅酸镁10％，DA740控泡剂0.15％，余量为水；

一种高强混凝土用减胶剂的制备方法包含以下步骤：

a、界面增强密实组分改性

按比例称取氟硅酸镁、苯乙烯乳液、水加入到乳化罐中高速搅拌15～20分钟，停止搅拌即制得改性界面增强密实组分。

b、减胶剂制备

1、按比例称取DA740控泡剂加入到已经改性的界面增强密实组分中，进行中速搅拌10～15分钟，

2、按比例称取一定量的二甘醇缓慢加入步骤1中，进行均匀搅拌10～15分钟即制得高强混凝土用减胶剂A6。

对比例1

相比实施例5，本对比例将实施例5中控泡组分104PG-50控泡剂等量替换为矿物油消泡剂，其它与实施例5相同，制得减胶剂B1。

对比例2

相比实施例5，本对比例将实施例5中共分散组分聚醚胺等量替换为乙二醇，其它与实施例5相同，制得减胶剂B2。

对比例3

相比实施例5，本对比例将实施例5中界面增强密实组分硅酸锂去掉，其它与实施例5相同，制得减胶剂B3。

对比例4

相比实施例5，本对比例将实施例5中乳化组分丁二烯单体乳液替换为有机硅乳液，其它与实施例5相同，制得减胶剂B4。

对比例5

相比实施例5，本对比例与实施例5的减胶剂的组成相同，制备方法如下：

按比例称取聚醚胺、硅酸锂、丁二烯单体乳液、104PG-50控泡剂、水加入到乳化罐中高速搅拌40～50分钟，即制得减胶剂B5。

实验测试

按照如下方法将实施例1-6和对比例1-3制备的减胶剂应用到混凝土中，实验以C50高强混凝土为例，水泥采用海螺PO42.5水泥，砂子为河砂(细度模数为2.5)，石子为5-25mm的连续级配碎石。混凝土拌合物性能按照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行检验；混凝土强度按照GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检验,按照JGJ 281—2012《高强混凝土应用技术规程》进行高强混凝土拌合物性能测试，按照GB50108-2008《地下工程防水技术规范》进行抗渗等级测试；水分蒸发抑制率按照国家标准JG/T447-2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》要求测定；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；采用倒坍落度桶测试混凝土拌合物的排空时间来表征高强混凝土混凝土黏度。

混凝土配比见表1，C50基准混凝土配比；不改变混凝土配合比，加入混凝土减胶剂；基准配比中减少5％胶材用量，添加减胶剂；基准配比中减少10％胶材用量，添加减胶剂。各配合比中混凝土拌和物性能及力学性能测试结果见表2。

表1测试混凝土配比(单位：kg/cm³)

从表2数据可以看出加入本发明实施例的混凝土减胶剂(A1～A6)，混凝土的初始坍落度略有改善，7d、28d强度有明显增长，其中28d强度可增长7～11MPa,混凝土的粘度明显下降；并且加入减胶剂后的混凝土相对基准混凝土的水分蒸发抑制率超过30％，有较显著的水分抑制效果，并且可以显著降低基准混凝土的裂缝，提高其抗渗等级；尤其是实施例5的减胶剂对混凝土的综合性能的改善效果最佳。

从表2数据还可以看出加入本发明实施例减胶剂的同时减少10％胶材用量，对混凝土的初始坍落度影响不大，7d、28d强度有所提高，其中28d强度可增长0～3MPa,混凝土的粘度有明显下降，并且相对基准混凝土仍然具有较好的水分抑制效果，且明显提高其抗裂和抗渗性能。

表2各配合比中混凝土性能测试结果

单独对比实施例5的减胶剂(A5)和对比例1～5的减胶剂(B1～B5)对基准混凝土的影响可以看出，当单独替换或去掉本发明的控泡组分、分散组分、界面增强密实组分、乳化组分中的任意一种，或者改变本发明减胶剂的制备方法，都会大大降低减胶剂的效果，使其对基准混凝土的性能提高并不明显，相对实施例5的性能大大降低。这是由于本发明中各组分具有协同作用，只有在本发明的范围内各组分相互配合才能发挥较好的效果，显著提高混凝土的强度、降低其养护过程中水分损失，并同时改善混凝土的抗裂抗渗性能。

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 (8)

1.一种高强混凝土用减胶剂，其特征在于，由如下质量百分比的原料组成：共分散组分5％～10％、界面增强密实组分8％～10％、乳化组分0.5～1％、控泡组分0.1～0.5％、余量为水。

2.根据权利要求1所述的高强混凝土用减胶剂，其特征在于，所述共分散组分为非离子型小分子。

3.根据权利要求2所述的高强混凝土用减胶剂，其特征在于，所述共分散组分为二甘醇、聚醚胺中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的高强混凝土用减胶剂，其特征在于，所述界面增强密实组分为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、氟硅酸钾、氟硅酸钠、氟硅酸镁中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高强混凝土用减胶剂，其特征在于，所述乳化组分为苯乙烯乳液、丁二烯单体乳液中至少一种。

6.根据权利要求1所述的高强混凝土用减胶剂，其特征在于，所述控泡组分为炔二醇类分子消泡剂。

7.根据权利要求6所述的高强混凝土用减胶剂，其特征在于，所述控泡组分为赢创104PG-50、空气化学DA740、艾克米公司surfadol541中的至少一种。

8.权利要求1到7任一项所述的高强混凝土用减胶剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(S1)界面增强密实组分改性：

按比例称取界面增强密实组分、乳化组分、水加入到乳化罐中高速搅拌15～20分钟，停止搅拌即制得改性界面增强密实组分；

(S2)减胶剂制备：

(1)按比例称取控泡组分加入到已经改性的界面增强密实组分中，进行中速搅拌10～15分钟；

(2)按比例称取一定量的共分散组分缓慢加入步骤(1)中，进行均匀搅拌10～15分钟即制得高强混凝土用减胶剂。