CN109534716A - 一种自密实混凝土外加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自密实混凝土外加剂，包括以下组分：体积稳定组份、减水组份、润滑组份、引气组份、抗离析组份、消泡组份、分散组份，所述体积稳定组份包括水泥硬化前中期体积稳定组份、水泥硬化中后期体积稳定组份。利用偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二羧酸二乙酯中的一种或组合与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯及纳米氧化锌复合使水泥硬化前中期体积稳定，结合轻烧氧化镁，轻烧氧化钙或无水硫铝酸钙保持水泥硬化中后期体积稳定实现自密实混凝土全硬化周期的体积稳定，再配合其他组份大幅提升自密实混凝土的流动填充能力，实现优异的填充贴合性，提升混凝土表面光滑性减少表面缺陷。还能有效防止裂缝产生。

Description

一种自密实混凝土外加剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土外加剂，具体涉及一种自密实混凝土外加剂及其制备方法。

背景技术

目前我国混凝土外加剂行业处于高速发展的阶段，为了配合混凝土浇筑的新工艺、新要求，也对混凝土外加剂提出了新的功能需求。随着资深混凝土浇筑技术工人的稀缺，混凝土浇筑施工的人工成本逐渐提升，而建筑企业对混凝土浇筑施工效率与质量要求的不断提高，对混凝土提出了自密实的功能需求。但是目前减水外加剂还不能满足让混凝土实现自密实的性能，因此需要专用的自密实混凝土外加剂。

中国CN201810824610.1号专利公开了一种自密实混凝土外加剂及其制备方法，该自密实混凝土外加组份包括如下重量份数的组分：减水组份160-180；保坍组份120-155份；葡萄糖酸钠20-28份；羟丙基纤维素0.5-1.3份；增稠组份2-4份；引气组份1-1.9份；消泡组份0.2-0.7份；亚硝酸钠10-24份；水80-135份；减水组份包括聚羧酸减水组份、木质素磺酸钠减水组份中的至少一种；增稠组份包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的至少一种；引气组份包括烷基磺酸盐类引气组份、皂素类复合引气组份、改性松香热聚物类引气组份中的至少一种。本发明具有减少混凝土的离析和泌水现象的优点。该混凝土外加组份使混凝土全硬化周期的体积稳定差。

中国CN201710002055.X号专利提供了一种低水泥用量自密实混凝土，由以下成分组成：水泥100～220kg/m³、矿物掺合料50～200kg/m³、细骨料500～650kg/m³、粗骨料720～900kg/m³、混凝土外加组份15～40kg/m³、水60～240kg/m³；该自密实混凝土的制备方法，包括：(1)按配方量将细骨料、粗骨料、水泥、减水组份、水投入拌合机，成为水泥砂浆；(2)在水泥砂浆中投入矿物掺合料，拌合；(3)再投入其余混凝土外加组份和剩余的水拌合，搅拌均匀，即得自密实混凝土。该低水泥用量自密实混凝土能够大幅减少水泥用量，通过降低水灰比，减少收缩，提高混凝土的稳定性和强度，水泥用量的降低，减少了二氧化碳排放量，有利于节能、减排、降耗和环境的可持续发展。该混凝土外加组份的拌合性能较差。

现有的混凝土体积稳定组份能够起到抗裂的作用，但是部分体积稳定组份前期反应较快，导致其膨胀为无效膨胀，也存在部分混凝土前期膨胀较小，水泥硬化后期膨胀较大，易导致后期膨胀性能过大产生裂缝；上述两种情况均会导致混凝土全硬化周期的体积稳定差，混凝土的自密实能力差；现有的混凝土拌合性能差，在拌合过程中能耗较高，且拌合程度对混凝土的性能有较大影响。因此急需设计一种自密实混凝土外加剂及其制备方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种自密实混凝土外加剂及其制备方法，利用偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二羧酸二乙酯中的一种或组合与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯及纳米氧化锌复合使水泥硬化前中期体积稳定，结合轻烧氧化镁，轻烧氧化钙或无水硫铝酸钙保持水泥硬化中后期体积稳定实现自密实混凝土全硬化周期的体积稳定，实现优异的填充贴合性，提升混凝土表面光滑性减少表面缺陷。还能有效防止裂缝产生。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种自密实混凝土外加剂，包括以下质量百分比组分：体积稳定组份22-30％、减水组份0.2-0.5％、润滑组份40-55％、引气组份0.1-0.5％、抗离析组份22-29％、消泡组份0.05-0.1％、分散组份0.1-0.3％；

所述体积稳定组份包括水泥硬化前中期体积稳定组份、水泥硬化中后期体积稳定组份；所述水泥硬化前中期体积稳定组份由偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二羧酸二乙酯中的一种或组合与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯及纳米氧化锌复合而成；

所述水泥硬化中后期体积稳定组份为轻烧氧化镁、轻烧氧化钙、无水硫铝酸钙一种或混合。

所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯为一种乳化增溶表面活性组份，与所述偶氮二甲酸二异丙酯/偶氮二羧酸二乙酯复配，可将偶氮二甲酸二异丙酯与偶氮二羧酸二乙酯乳化分散增加其水溶性，氧化锌为活化催化组份，能降低偶氮二甲酸二异丙酯与偶氮二羧酸二乙酯的分解发泡膨胀温度，提高常温下的膨胀效率，采用液体发泡膨胀组份配合乳化增容组份，将液体发泡物质乳化分散成极微小的液滴有助于提高发泡膨胀质量。

所述水泥硬化中后期体积稳定组份为轻烧氧化镁，轻烧氧化钙，无水硫铝酸钙中的一种或组合。在水泥硬化中后期的强度增长阶段可形成膨胀性胶凝材料抵消混凝土中后期收缩，提升体积稳定性，提升自密实混凝土填充密实性，并防止中后期收缩裂缝产生。

所述偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二羧酸二乙酯中的一种或组合与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯及纳米氧化锌的质量比为100-200:1-5:10-20。

所述抗离析组份为纳米二氧化硅/硅灰/白炭黑、层链结构大比表面积材料与水溶性高分子化合物复配而成，所述层链结构大比表面积材料为水滑石、海泡石中的一种或组合。所述水溶性高分子化合物为黄单胞杆菌多糖、瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵、聚丙烯酰胺、纤维素醚一种或几种复配而成。

所述减水组份为聚羧酸减水组份与木质素磺酸钠/木质素磺酸钙复配而成。

所述减水组份的制备方法为：

(1)将甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、丙烯酸溶液混合，得到混合溶液，向混合溶液中加入引发组份，反应2-3h，调节溶液浓度为20-30％，得到聚羧酸减水组份溶液；

(2)向所述聚羧酸减水组份溶液中加入木质素磺酸盐，每10min升高反应温度5℃至60-80℃，保温2-3h，减压蒸馏得到复配木质素磺酸盐-聚羧酸减水组份。

步骤(2)中，所述聚羧酸减水组份与木质素磺酸盐的质量比为1：0.05-0.3。

通过上述制备方法将木质素磺酸盐接枝到聚羧酸减水组份上，使木质素磺酸盐-聚羧酸减水组份的静电斥力增加，提高木质素磺酸盐-聚羧酸减水组份的净浆流动度。

所述润滑组份由微珠粉煤灰、玻璃微珠组合而成；所述引气组份为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠、a-烯烃硫酸钠中的一种或组合；所述消泡组份为改性硅油；所述分散组份为六偏磷酸钠，二异丁基萘磺酸钠中的一种或组合。

引气组份引入适量无害微气泡，利用微气泡的滚珠效应，降低流动阻力，再进一步增强自密实混凝土的流动性；提升拌合物和易性，一定程度提升自密实混凝土拌合物抗离析性；大幅提升自密实混凝土抗冻融耐久性。

所述消泡组份，消除自密实混凝土拌合物中的有害大气泡，提升内部密实度，与引气组分配合使用，优化自密实混凝土拌合物中的气泡量与气泡质量，增加有益气泡减少有害气泡。

所述分散组份提升硅灰等超细粉体粉体材料在自密实混凝土中的分散性，防止分散不均产生的负面效果

以上各材料的合理运用，让自密实混凝土在达到高流动度的同时，保持优良的和易性，使其对复杂的构筑物模板内能在重力的作用下能自行紧密填充。

本发明还提供一种自密实混凝土外加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二羧酸二乙酯中的一种或组合与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯通过高速分散机充分混合，再加入纳米氧化锌二次混合均匀，得到水泥硬化前中期体积稳定组份；

2)将减水组份、抗离析组份、引气组份、分散组份、所述水泥硬化前中期体积稳定组份进行预混合得到组合原料A；

3)将组合原料A与水泥硬化中后期体积稳定组份、润滑组份进行混合得到组合原料B；

4)将液体消泡组份采用喷淋的方式与组合原料B混合得到一种自密实混凝土外加剂。

采用小料预混合可使各精料混合更混匀，生产工艺过程中机械粘壁损失更少；使用喷淋设备添加液体消泡组分可使液体原料与粉体原料混合更混匀。提升产品质量稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯为一种乳化增溶表面活性组份，与所述偶氮二甲酸二异丙酯/偶氮二羧酸二乙酯复配，可将偶氮二甲酸二异丙酯与偶氮二羧酸二乙酯乳化分散增加其水溶性，氧化锌为活化催化组份，能降低偶氮二甲酸二异丙酯与偶氮二羧酸二乙酯的分解发泡膨胀温度，提高常温下的膨胀效率，采用液体发泡膨胀组份配合乳化增容组份，将液体发泡物质乳化分散成极微小的液滴有助于提高发泡膨胀质量；

(2)本发明所述抗离析组份能够通过活性微集料填充效应配合高分子溶液增黏作用，提升自密实混凝土拌合物粘度，抗离析；同时由于密实度提高提升强度与耐久性大幅提升自密实混凝土拌合物和易性，防止离析泌水；

(3)本发明将木质素磺酸盐接枝到聚羧酸减水组份上，使木质素磺酸盐-聚羧酸减水组份的静电斥力增加，提高木质素磺酸盐-聚羧酸减水组份的净浆流动度；

(4)本发明所述消泡组份消除自密实混凝土拌合物中的有害大气泡，提升内部密实度，与引气组分配合使用，优化自密实混凝土拌合物中的气泡量与气泡质量，增加有益气泡减少有害气泡；

(5)本发明采用小料预混合可使个精料混合更混匀，生产工艺过程中机械粘壁损失更少；使用喷淋设备添加液体消泡组分可使液体原料与粉体原料混合更混匀。提升产品质量稳定性。

具体实施方式

下面本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种自密实混凝土外加剂，包括以下质量百分比组分：体积稳定组份25％、减水组份0.4、润滑组份50％、引气组份0.4％、抗离析组份24％、消泡组份0.1％、分散组份0.1％；

所述体积稳定组份包括水泥硬化前中期体积稳定组份、水泥硬化中后期体积稳定组份；所述水泥硬化前中期体积稳定组份由偶氮二甲酸二异丙酯与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯及纳米氧化锌复合而成，所述偶氮二甲酸二异丙酯与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯及纳米氧化锌的质量比为100:1:10；所述抗离析组份为纳米二氧化硅。

所述减水组份为聚羧酸减水组份。

所述润滑组份为由微珠粉煤灰、玻璃微珠按质量比3:1组合而成。

所述引气组份为十二烷基苯磺酸钠、脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠按质量比1:1组合而成。

所述消泡组份为改性硅油。

所述分散组份为六偏磷酸钠，二异丁基萘磺酸钠按质量比1:1组合而成。

本实施例还提供一种自密实混凝土外加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将偶氮二甲酸二异丙酯与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯通过高速分散机充分混合，再加入纳米氧化锌二次混合均匀，得到水泥硬化前中期体积稳定组份；

2)将减水组份、抗离析组份、引气组份、分散组份、所述水泥硬化前中期体积稳定组份进行预混合得到组合原料A；

3)将组合原料A与水泥硬化中后期体积稳定组份、润滑组份进行混合得到组合原料B；

4)将液体消泡组份采用喷淋的方式与组合原料B混合得到一种自密实混凝土外加剂。

实施例2

本实施例提供一种自密实混凝土外加剂，与实施例1相比，不同之处在于，所述偶氮二甲酸二异丙酯与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯及纳米氧化锌的质量比为200:3:15。

采用实施例1所述的制备方法制备得到所述自密实混凝土外加组份。

实施例3

本实施例提供一种自密实混凝土外加剂，与实施例1相比，不同之处在于，所述抗离析组份为纳米二氧化硅、水滑石与水溶性高分子化合物按质量比1:1:1复配而成。

采用实施例1所述的制备方法制备得到所述自密实混凝土外加组份。

实施例4

本实施例提供一种自密实混凝土外加剂，与实施例1相比，不同之处在于，所述减水组份为聚羧酸减水组份与木质素磺酸钠按质量比2:1混合而成。

采用实施例1所述的制备方法制备得到所述自密实混凝土外加组份。

实施例5

本实施例提供一种自密实混凝土外加剂，与实施例1相比，不同之处在于，所述减水组份的制备方法为：

(1)将甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、丙烯酸溶液混合，得到混合溶液，向混合溶液中加入引发组份，反应2-3h，调节溶液浓度为20-30％，得到聚羧酸减水组份溶液；

(2)向所述聚羧酸减水组份溶液中加入木质素磺酸盐，每10min升高反应温度5℃至60-80℃，保温2-3h，减压蒸馏得到复配木质素磺酸钠-聚羧酸减水组份。

步骤(2)中，所述聚羧酸减水组份与木质素磺酸盐的质量比为10：1。

采用实施例1所述的制备方法制备得到所述自密实混凝土外加组份。

对比例1

本对比例提供一种自密实混凝土外加剂，与实施例1相比，不同之处在于，所述体积稳定组份为偶氮二甲酸胺、甲苯磺酰肼中的一种或组合。

采用实施例1所述的制备方法制备得到所述自密实混凝土外加组份。

性能测试

1.坍落流动度试验

试验方法：

试验样品的制备：P.O42.5水泥0.35t、II级粉煤灰0.10t、中砂0.54m、粒径为4.75mm-31.5mm的石子0.594m、水0.170m，分别加入实施例1-5、对比例1中制备得到的所述自密实混凝土外加组份8.1kg，搅拌均匀后，检测初始坍落流动度及1.5小时坍落扩展度。

试验结果：实施例1-5、对比例1的坍落流动度如表1所示。

表1坍落扩展度

编号	初始坍落度扩展度(mm))	1.5h坍落扩展度
			实施例1	755	730
实施例2	740	720
			实施例3	755	730
实施例4	755	730
			实施例5	750	735
对比例1	690	660

由表1可知，实施例1-5的制备得到的自密实混凝土外加组份的初始坍落度扩展度较高，且1.5h扩展度损失小，而对比例1中坍落度较大。对比例1采用偶氮二甲酸胺、甲苯磺酰肼作为体积稳定组份，偶氮二甲酸胺、甲苯磺酰肼为水溶性较差的固体发泡膨胀组份，气泡均匀性及气泡大小容易受到固体粉体颗粒的影响，颗粒越大气泡均匀性差且单个气泡大，而要求气泡均匀单个气泡小才不会对混凝土强度造成负面影响。

2.抗压强度试验

试验样品的制备：采用P.O42.5水泥0.35t、II级粉煤灰0.10t、中砂0.54m、粒径为4.75mm-31.5mm的石子0.594m、水0.170m，分别加入实施例1-5、对比例1中制备得到的所述自密实混凝土外加组份8.1kg，再加入并成型100mm×100mm×100mm混凝土试件，在室温静置一天后脱模，在标准养护室养护至各龄期。

试验结果：实施例1-5、对比例1的抗压强度如表2所示。

表2抗压强度

编号	28d抗压强度(MPa)
		实施例1	49.8
实施例2	48.4
		实施例3	49.3
实施例4	47.5
		实施例5	48.2
对比例1	43.6

由表2可知，实施例1-5中的抗压强度较好，自密实混凝土外加组份与混凝土中的水泥等组分形成较好的连接，促进整体的混合，搅拌时较易混合，可随着自密实混凝土的自身重力作用而形成较好的混合作用，增加混凝土的自密实性，提高凝结后的混凝土的抗压强度。

3.抗渗水能力试验

试验方法：采用抗压强度试验中的方法，制作出顶面直径为175mm，底面直径为185mm，高度为150mm的圆柱体试件，且每个实施例1-5和对比例1分别准备6个对应的试件，且养护28天后，清理实施例1-5和对比例1表面达到清洁后，在实施例1-5中的试件和对比例1中的试件的侧面均滚涂一层熔化的密封材料，并装入抗渗仪中按照标准抗渗试验。试验的水压从0.2Mpa开始，每隔2h增加0.025Mpa水压并随时记录试件端面渗水情况，一直加到实施例1-5、对比例1中，每组有3个试件的表面发现渗水，记下此时的水压力即为当前实施例1-5和对比例1的抗渗等级。

试验结果：可承受的最大水压如表3所示。

表3可承受的最大水压

编号	可承受的最大水压(MPa)
		实施例1	1.2
实施例2	1.4
		实施例3	1.3
实施例4	1.3
		实施例5	1.2
对比例1	0.8

由表3可知，实施例1-5可承受的的最大水压力较高，而对比例1可承受最大水压则相对较低，说明混凝土密实度低，降低其抗渗性，本发明所述的自密实混凝土外加组份能够增加混凝土的自密实性，提高混凝土硬化后的混凝土的抗渗性能。

偶氮二甲酸胺、甲苯磺酰肼为水溶性较差的固体发泡膨胀组份，气泡均匀性及气泡大小容易受到固体粉体颗粒的影响，颗粒越大气泡均匀性差且单个气泡大，而要求气泡均匀单个气泡小才不会对混凝土强度造成负面影响。

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 (9)

1.一种自密实混凝土外加剂，其特征在于，包括以下质量百分比组分：体积稳定组份22-30％、减水组份0.2-0.5％、润滑组份40-55％、引气组份0.1-0.5％、抗离析组份22-29％、消泡组份0.05-0.1％、分散组份0.1-0.3％；

所述体积稳定组份包括水泥硬化前中期体积稳定组份、水泥硬化中后期体积稳定组份；所述水泥硬化前中期体积稳定组份由偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二羧酸二乙酯中的一种或组合与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯及纳米氧化锌复合而成；

所述水泥硬化中后期体积稳定组份为轻烧氧化镁、轻烧氧化钙、无水硫铝酸钙一种或混合。

2.根据权利要1所述的一种自密实混凝土外加剂，其特征在于，所述偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二羧酸二乙酯中的一种或组合与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯及纳米氧化锌的质量比为100-200:1-5:10-20。

3.根据权利要1所述的一种自密实混凝土外加剂，其特征在于，所述抗离析组份为纳米二氧化硅、层链结构大比表面积材料与水溶性高分子化合物复配而成，所述层链结构大比表面积材料为水滑石、海泡石中的一种或组合。

4.根据权利要3所述的一种自密实混凝土外加剂，其特征在于，所述水溶性高分子化合物为黄单胞杆菌多糖、瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵、聚丙烯酰胺、纤维素醚中一种或几种复配而成。

5.根据权利要1所述的一种自密实混凝土外加剂，其特征在于，所述减水组份为聚羧酸减水组份与木质素磺酸钠/木质素磺酸钙复配而成。

6.根据权利要5所述的一种自密实混凝土外加剂，其特征在于，所述减水组份的制备方法为：

(1)将甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、丙烯酸溶液混合，向混合溶液中加入引发组份，反应2-3h，调节溶液浓度为20-30％，得到聚羧酸减水组份溶液；

(2)向所述聚羧酸减水组份溶液中加入木质素磺酸盐，每5-10min升高反应温度5℃至60-80℃，保温2-3h，减压蒸馏得到复配木质素磺酸盐-聚羧酸减水组份。

7.根据权利要6所述的一种自密实混凝土外加剂，其特征在于，步骤(2)中，所述聚羧酸减水组份与木质素磺酸盐的质量比为1：0.05-0.3。

8.根据权利要1所述的一种自密实混凝土外加剂，其特征在于，所述润滑组份由微珠粉煤灰、玻璃微珠组合而成；所述引气组份为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠、a-烯烃硫酸钠中的一种或组合；所述消泡组份为改性硅油；所述分散组份为六偏磷酸钠，二异丁基萘磺酸钠中的一种或组合。

9.权利要求1-8任一项所述一种自密实混凝土外加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二羧酸二乙酯中的一种或组合与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪油酸酯通过高速分散机充分混合，再加入纳米氧化锌二次混合均匀，得到水泥硬化前中期体积稳定组份；

2)将减水组份、抗离析组份、引气组份、分散组份、所述水泥硬化前中期体积稳定组份进行预混合得到组合原料A；

3)将组合原料A与水泥硬化中后期体积稳定组份、润滑组份进行混合得到组合原料B；

4)将液体消泡组份采用喷淋的方式与组合原料B混合得到一种自密实混凝土外加剂。