CN110451840B

CN110451840B - 一种复合式密实剂

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Publication number: CN110451840B
Application number: CN201910785841.0A
Authority: CN
Inventors: 王磊; 朱麟晨; 李现宾; 陶伟明; 周志刚; 吕东明; 廖余; 陈朗; 康芮; 何聪; 舒东利; 廖雄; 朱宏海
Original assignee: China Railway Eryuan Engineering Group Co Ltd CREEC
Current assignee: China Railway Eryuan Engineering Group Co Ltd CREEC
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2039-08-23
Also published as: CN110451840A

Abstract

本发明公开了一种复合式密实剂，包括重量百分比的以下成分：耐腐蚀组分：30.0‑40.0%；双膨胀源熟料：25.0‑35.0%；石膏：15.0‑20.0%；聚合物改性剂5.0‑10.0%；离子固化剂：5‑15.0%。本发明复合式密实剂能够很好的提高混凝土耐硫酸盐、海水腐蚀性能，固化了混凝土中硫酸根离子、氯离子有害离子、提高了严苛环境下工程寿命。所以，本发明的复合式密实剂是一种适用于复杂环境下混凝土耐腐蚀、高气密的复合式密实剂产品。

Description

一种复合式密实剂

技术领域

本发明涉及一种密实剂，具体涉及一种复合式密实剂，特别是适用于复杂环境下混凝土耐腐蚀性、气密性的复合式密实剂，属于建筑材料技术领域。

背景技术

我国正处在大规模的建设中，混凝土材料与结构运用于大量的桥梁、隧道、水利水电、核电、海洋、民用建筑等工程中。其中，有很多在建和将要建设的工程处于复杂环境中，包括港珠澳大桥、渤海湾隧道、南海岛礁机场，青藏铁路、兰新高铁等等。而混凝土结构在这些复杂环境中会面临严重的耐久性问题，例如高速铁路隧道在施工、使用过程中当线路穿越的山体中含有化学腐蚀性水质和有毒、有害的气体时，除了遭受自然界的风化及机械力的破坏外，还要考虑环境的化学腐蚀、有毒有害气体对结构的威胁等因素。因此，混凝土的抗腐蚀性、气密性、抗裂性、密实性不良成为制约工程安全性的重要因素。

针对硫酸盐、海水侵蚀的严苛条件，国内外通常采用抗硫酸硅酸盐水泥、海工硅酸盐水泥等耐腐蚀水泥，通过改变熟料的矿物组成即降低熟料中铝酸三钙含量，相应提高铁铝酸四钙含量来达到的抗硫酸盐、氯盐腐蚀的目的。但耐腐蚀水泥生产厂家较少，供应不足，物流运输量大，生产不灵活、使用不方便，制约了混凝土耐腐蚀的工程应用。

混凝土气密性通常采用在混凝土中掺加硅灰、粉煤灰和高效减水剂等材料措施，但由于材料质量波动大、现场计量复杂，容易造成气密性不稳定。

混凝土抗裂性、密实性主要采用包括膨胀剂、抗裂防水剂、抗裂密实防水剂和密实抗裂剂在内的混凝士膨胀类产品和减缩剂、纤维等材料。其中，包括膨胀剂、抗裂防水剂、抗裂密实防水剂和密实抗裂剂在内的膨胀类材料利用水化反应生成的膨胀性产物在约束作用下，混凝土内部建立一定的预压应力，可以抵消后期的干燥收缩，但由于传统硫铝酸钙类膨胀剂膨胀能低、不具有绝湿膨胀、膨胀与强度无法匹配等缺点，氧化钙类膨胀剂由于水化速度过快，容易因水化温升导致的温度开裂。以上两种膨胀类材料容易出现掺反而比未掺开裂更加严重；减缩剂可以减少混凝土干缩，纤维依靠其独特的抗拉强度、分散性，可以防止裂缝产生的发展，但存在抗裂性不稳定且价格均昂贵的缺点。

综上所述，现有产品由于存在的问题及不足，还无法满足重大工程安全性要求。因此，研制一种复杂环境下混凝土耐腐蚀、高气密的复合式密实剂就十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中，混凝土增强耐腐蚀性主要依赖于采用抗硫酸盐、氯盐的耐腐蚀水泥，蛋耐腐蚀水泥生产厂家较少，供应不足；同时，混凝土气密性主要依靠掺入硅灰、粉煤灰和高效减水剂等材料措施，存在材料质量波动大、计量复杂，容易造成气密性不稳定等问题，对此本发明提供一种新型的复合式密实剂。本发明提供的复合式密实剂满足复杂环境下混凝土耐腐蚀、高气密的性能要求，能够有效提高混凝土耐腐蚀、增加气密性，提高混凝土的耐久性和抗裂防渗性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种复合式密实剂，包括重量百分比的以下成分组成：

耐腐蚀组分：30.0-40.0％；

双膨胀源熟料：25.0-35.0％；

石膏：15.0-20.0％；

聚合物改性剂5.0-10.0％；

离子固化剂：5-15.0％。

本发明复合式密实剂在现有的密实剂的基础上优化改进提出，特别筛选以耐腐蚀组分为基础原料，添加应用双膨胀源熟料和石膏构建连续的混凝土填充密实相，然后应用聚合物改性剂作为补充，实现混凝土的抗裂防渗性能增强。由于无极相密实效果突出，结合聚合物改性剂的辅助增强，混凝土密实剂的总体密实性能非常优秀，不仅可以做到大幅度改善密实性，还可以保证混凝土结构的长期稳定密实性，即使在极端恶劣的环境下也能够很好的维持混凝土结构的密实性，适用于复杂环境下混凝土耐腐蚀、高气密性的施工作业。

进一步，复合式密实剂中，所述耐腐蚀组分为硅灰、超细矿渣微粉、粉煤灰微珠中的至少一种。耐腐蚀组分的主要成分均为二氧化硅、硅铝酸盐精细微珠或具有超细微孔结构的硅酸盐熔融物，这些组分具有良好的耐腐蚀稳定性和微观致密性，可以配合实现密实剂的连续致密化结构，达到优秀的密实效果，对于腐蚀性氯离子、硫酸根离子具有很好的阻隔作用。

优选的，所述耐腐蚀组分的重量百分比为32-40％。例如，可以是34％、36％、38％等。优选调整耐腐蚀组分使之和其他成分的配合效果更好，更能够形成致密化的密实结构。

优选地，所述硅灰是二氧化硅含量大于85％、比表面积大于15000m²/kg、需水量比小于 125％的硅灰。优选地，所述硅灰的7天活性指数大于105％。

优选地，所述超细矿渣微粉为磨细水淬高炉矿渣粉，比表面积为500-600m²/kg，需水量小于95％。优选地，所述超细矿渣微粉的28天活性指数大于105％。.

优选的，所述粉煤灰微珠的细度d₅₀≤3μm，需水量小于90％。优选的，所述粉煤灰微珠的28天活性指数大于110％。

在优选地情况下，精选高品质的硅灰、超细矿渣微粉、粉煤灰微珠，选择高比表面积的原料成分，同时控制耐腐蚀组分的需水量，实现对于其中杂质成分含量的控制限定。

进一步，复合式密实剂中，所述双膨胀源熟料为石膏和氧化钙熔融包裹体的双膨胀源的膨胀熟料。优选地，所述双膨胀源熟料的烧成温度1250-1350℃，比表面积200-320m²/kg，限制膨胀率0.15-0.17％，湿膨胀率0.12-0.14％。双膨胀源熟料独特的包裹体结构使得其在混凝土结构中，水化过程能够补偿试块的收缩，改善微观孔结构的，使之更加密实，既可以提高强度，又可以增强混凝土的密实性。

优选地，所述双膨胀源熟料的重量百分比为26-34％。例如，可以是28％、30％、32％等。

进一步，所述耐腐蚀组分和双膨胀源熟料的重量份配合比例为5-8:6，最佳选择为7:6。优选耐腐蚀组分和双膨胀源熟料的配合比例关系，保持膨胀补偿和混凝土试块的微观孔隙结构的相互协调性，避免膨胀率过大造成微观裂缝，促进耐腐蚀组分在混凝土结构中连续分散形成优秀致密的隔膜结构。

进一步，复合式密实剂中，所述石膏为硬石膏、二水石膏和脱硫脱硝石膏中的至少一种，比表面积为300-450m²/kg。优选的，所述石膏的重量百分比为16-20％。例如，可以是17％、 18％、19％等。石膏具有一定的缓慢凝结、硬化特性，但石膏硬化后强度、耐磨性、耐水性都非常好，配料使用可以很好的协同保证密实剂的性能。

进一步，复合式密实剂中，所述聚合物改性剂为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/ 叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物水溶性可再分散粉末中的至少一种。

聚合物改性剂选用能够连续成膜且水分阻隔性能优秀的成分，配合密实剂中其他组分能够形成致密化的连续阻隔膜层结构，具有非常优秀的结构连续性和阻隔性。其中，所述醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物是醋酸乙烯酯叔碳酸乙烯酯乳液共聚得到的产物，具有耐水、耐碱等优良特性，离子阻隔性能非常优秀。

优选地，所述聚合物改性剂的固含量大于98％。优选地，所述聚合物改性剂的灰分含量 8-12％。聚合物改性剂是聚合物气密改性剂，不仅能够提升密实剂的整体致密性，还能够增强混凝土结构强度和密度，减少孔隙，提升气密、耐蚀性能。

进一步，所述耐腐蚀组分和聚合物改性剂的重量份配合比例为4-6:1，最佳选择为5:1。优选耐腐蚀组分和聚合物改性剂的添加配合比例关系，实现两者良好的协同作用，在应用过程中构建无机-有机连续阻隔层结构，并保持混凝土试块的整体结构强度在较高水平。

进一步，复合式密实剂中，所述离子固化剂为沸石粉、硅藻土、膨润土的至少一种。

优选地，所述离子固化剂的比表面积为500-700m²/kg。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明复合式密实剂能够很好的提高混凝土耐硫酸盐、海水腐蚀性能，固化了混凝土中硫酸根离子、氯离子有害离子、提高了严苛环境下工程寿命。所以，本发明的复合式密实剂是一种适用于复杂环境下混凝土耐腐蚀、高气密的复合式密实剂产品。

(2)本发明复合式密实剂能够很好的增加了混凝土的气密性，保证了高瓦斯渗透地区的铁路、公路、隧道混凝土工程和有毒气体渗漏的混凝土工程的安全性。

(3)本发明复合式密实剂能够很好的提高混凝土的抗裂防渗性能，保证了建筑物的使用功能和耐久性。

(4)本发明复合式密实剂使用大量粉煤灰、粒化高炉矿渣、脱硫脱硝石膏等工业废渣，材料来源广泛、成本低廉，利废节能减排，对减少雾霾、保护环境意义重大，具有显著的社会效益和经济效益。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的复杂环境下混凝土耐腐蚀、高气密的复合式密实剂其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

<实施例1>

复合式密实剂

称取原料成分如下：硅灰(比表面积大于16000m²/kg)300g、双膨胀源熟料(比表面积为300m²/kg)250g、硬石膏(比表面积为400m²/kg)200g、乙烯醋酸乙烯酯的共聚物100g、沸石粉(比表面积为500m²/kg)150g。将称取得到的各个原料混合搅拌均匀，配制成密实剂。

制备混凝土试块

称取水泥9.2kg、砂10.2kg、石子25.0kg、水6.2kg。先将水、泥砂投入搅拌机中，搅拌混合均匀；加入石子，搅拌均匀，加水搅拌30-50秒，倒入模具制成，标准养护，制成标准试块B，作为标准混凝土试块参比样。

称取上述制备得到的密实剂200g、水泥9.2kg、砂10.2kg、石子25.0kg、水6.2kg。先将水、泥砂投入搅拌机中，搅拌混合均匀，然后加入密实剂，搅拌均匀，加入石子，搅拌均匀，加水搅拌30-50秒，倒入模具制成，标准养护，制成标准试块A1。

<实施例2>

一种复合式密实剂，称取原料成分如下：磨细水淬高炉矿渣粉(比表面积为600m²/kg) 350g、双膨胀源熟料(比表面积为250m²/kg)350g、石膏(比表面积为400m²/kg)150g、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物50g、硅藻土(比表面积为600m²/kg)100g。

按照实施例1相同的方式制备混凝土标准试块A2。

<实施例3>

复合式密实剂，按照下表中的数值进行各个原料成分的称取，将称取得到的各个原料混合搅拌均匀，配制成密实剂产品。

表1密实剂中各种原料成分的配合比例(单位克)

其中，耐腐蚀组分为超细矿渣微粉，比表面积为500m²/kg，双膨胀源熟料比表面积为240 m²/kg：石膏为二水石膏，比表面积为450m²/kg：聚合物气密改性剂为醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物；离子固化剂为沸石粉，比表面积为700m²/kg。

采用上述密实剂M31-M35分别按照实施例1相同的方法制备得到混凝土标准试块A31、 A32、A33、A34、A35。

<性能测试>

将上述实施例1-3制备得到的混凝土标准试块和标准混凝土试块参比样B，进行性能测试，测试方法如下：按照标准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7天和28天抗压强度。

按照JC474--2008《砂浆、混凝土防水剂》中5.2.7测试48h吸水量比、砼渗透高度比。采用FA-RCM-10混凝土氯离子扩散系数测定仪测试混凝土试块的氯离子扩散系数。

48h吸水量比：是指受检砂浆的吸水量与基准砂浆的吸水量之比。

砼渗透高度比：是指受检混凝土抗渗高度与基准混凝土抗渗高度之比。

测试结果如下

实施例1-3制备得到的混凝土标准试块A1、A2、A31、A32、A33、A34、A35进行性能测试，具体结果如下表所示。

表2混凝土试块性能测试结果

测试结果显示采用本发明的复合密实剂添加应用于常规混凝土试块中可以一定程度提高混凝土试块的结构强度，并很好的降低混凝土试块的吸水量、氯离子扩散系数等，显著提升混凝土的耐腐蚀性能。特别是其中耐腐蚀组分和聚合物改性剂的重量份配合比例为4-6:1的配方制成的密实剂，对于混凝土试块的综合性能改善尤为显著。

<实施例4>

一种复合式密实剂，称取原料成分如下：粉煤灰微珠(细度d50＝1.5μm)400g、双膨胀源熟料(比表面积为320m²/kg)300g、脱硫脱硝石膏(比表面积为300m²/kg)170g、丙烯酸共聚物80g、膨润土(比表面积为500m²/kg)50g。将称取得到的各个原料混合搅拌均匀，配制成密实剂。

<实施例5>

一种复合式密实剂，称取原料成分如下：硅灰(比表面积18000m²/kg)380g、双膨胀源熟料(比表面积为220m²/kg)260g、硬石膏(比表面积为350m²/kg)180g、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物100g、沸石粉(比表面积为700m²/kg)80g。将称取得到的各个原料混合搅拌均匀，配制成密实剂。

<实施例6>

复合式密实剂，按照下表所示配合比例称取原料。将称取得到的各个原料混合搅拌均匀，配制成密实剂。

表3密实剂中各种原料成分的配合比例(单位克)

其中，耐腐蚀组分是粉煤灰微珠(d₅₀＝2.0μm)350g、双膨胀源熟料(比表面积为240m²/kg) 300g、二水石膏(比表面积为350m²/kg)190g、聚合物改性剂是醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物70g、硅藻土(比表面积为700m²/kg)70g。

采用上述密实剂M61-M65分别按照实施例1相同的方法制备得到混凝土标准试块A61、 A62、A63、A64、A65。

表4混凝土试块性能测试结果

测试结果显示采用本发明的复合密实剂添加应用于常规混凝土试块中可以一定程度提高混凝土试块的结构强度，同时大幅度改善混凝土结构的防水性能，同时对于氯离子扩散系数也有显著的降低作用。其中，尤其以耐腐蚀组分/双膨胀源熟料比例为7:6-8:6的密实剂配方性能最佳。

<实施例7>

一种复合式密实剂，称取原料成分如下：粉煤灰微珠(d₅₀＝2.0μm)345g、双膨胀源熟料 (比表面积为240m²/kg)320g、二水石膏(比表面积为350m²/kg)190g、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物66g、硅藻土(比表面积为700m²/kg)70g。将称取得到的各个原料混合搅拌均匀，配制成密实剂。

<实施例8>

一种复合式密实剂，称取原料成分如下：粉煤灰微珠(d₅₀＝2.0μm)330g、双膨胀源熟料 (比表面积为300m²/kg)285g、二水石膏(比表面积为350m²/kg)190g、丙烯酸共聚物64g、硅藻土(比表面积为700m²/kg)70g。将称取得到的各个原料混合搅拌均匀，配制成密实剂。

以上所述，仅是本发明较佳实施例或者研究验证实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明技创新思路对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种复合式密实剂，其特征在于，包括重量百分比的以下成分组成：

耐腐蚀组分：30.0-40.0%；

双膨胀源熟料：25.0-35.0%；

石膏：15.0-20.0%；

聚合物改性剂5.0-10.0%；

离子固化剂：5-15.0%；

所述聚合物改性剂为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物水溶性可再分散粉末中的至少一种；

所述耐腐蚀组分和聚合物改性剂的重量份配合比例为4-6:1；

所述耐腐蚀组分为硅灰、超细矿渣微粉、粉煤灰微珠中的至少一种；

所述硅灰是二氧化硅含量大于85%、比表面积大于15000m²/kg、需水量比小于125%的硅灰；

所述超细矿渣微粉为磨细水淬高炉矿渣粉，比表面积为500-600 m²/kg，需水量小于95%；

所述粉煤灰微珠的细度d₅₀≤3μm，需水量小于90%；

所述双膨胀源熟料为石膏和氧化钙熔融包裹体的双膨胀源的膨胀熟料；

所述离子固化剂为沸石粉、硅藻土、膨润土的至少一种。

2.如权利要求1所述复合式密实剂，其特征在于，所述粉煤灰微珠的28天活性指数大于110%。

3.如权利要求1所述复合式密实剂，其特征在于，所述双膨胀源熟料的烧成温度1250-1350℃，比表面积200-320 m²/kg，限制膨胀率0.15-0.17%，湿膨胀率0.12-0.14%。

4.如权利要求1所述复合式密实剂，其特征在于，所述耐腐蚀组分和双膨胀源熟料的重量份配合比例为5-8:6。

5.如权利要求1所述复合式密实剂，其特征在于，复合式密实剂中，所述石膏为硬石膏、二水石膏和脱硫脱硝石膏中的至少一种，比表面积为300-450 m²/kg。