CN110776273B - 一种清水混凝土外加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种清水混凝土外加剂，涉及建筑材料领域，其特征在于，按照质量百分比，包括以下原料：聚羧酸减水剂15.0％～20％、纳米硅消泡剂0.1％～0.2％、表面活性剂1.0％～3.0％、改性合成增稠剂1％～2％、水70％～85％。本发明中，通过八甲基环四硅氧烷、四甲基含氢聚硅氧烷和丙烯基聚醚聚合得到的聚醚有机硅中，包括‑[Si(CH3)2O]‑链段、羟基、聚醚基等集团，亲水性和亲油性基团性能和数量均符合消泡剂的要求，进一步的加入纳米二氧化硅，可以进一步提高聚醚有机硅的分散性，并提高聚醚有机硅的疏水性，提高破泡能力，降低混凝土中的气泡，提高混凝土表面光滑度。

Description

一种清水混凝土外加剂
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其是一种清水混凝土外加剂。
背景技术
混凝土外加剂是在搅拌混凝土过程中掺入，占水泥质量5％以下的，能显著改善混凝土性能的化学物质。混凝土外加剂的特点是品种多、掺量小，对混凝土的性能影响较大，具有投资少、见效快、技术经济效益显著的特点。随着科学技术的不断进步，外加剂已越来越多地得到应用。
清水混凝土也称装饰混凝土，其浇置后，不在有任何涂装、贴瓷砖、贴石材等材料，直接表现混凝土原本颜色，向清水混凝土中加入外加剂是目前清水混凝土浇置的常用手段，由于清水混凝土的性能要求要高于传统钢筋配筋混凝土的要求，因此，除混凝土基本组分外，外加剂的种类和加入量是直接影响清水混凝土性能的主要因素。
混凝土外加剂常用的主要是萘系高效减水剂，聚羧酸高性能减水剂和脂肪族高效减水剂，这些混凝土外加剂应用于清水混凝土时，最终得到的清水混凝土会出现表面气泡较多，麻面、蜂窝、色差严重等表观质量问题，因此，常用的混凝土外加剂不能直接用于清水混凝土中，而关于专门针对清水混凝土用的外加剂的研究，目前还缺乏系统研究，并且，现有研究都主要集中在如何优化清水混凝土与外加剂配合比和如何改善清水混凝土的工作性，对外加剂如何提高清水混凝土的耐久性方面缺乏研究，而我国现有的清水混凝土建筑目前存在的主要问题是微裂纹多、抗裂等级下滑和耐久性较差，因此，亟需开发出一种能够保证清水混凝土抗裂等级和耐久性的并且能够适用于清水混凝土的外加剂。
关于外加剂对清水混凝土的影响，中国论文《外加剂对机制砂清水混凝土性能的影响》(梁远博，牟廷敏等人著，混凝土[J]，2015年第4期)较为详细地论述了减水剂、引气剂、增粘剂和减缩剂单独使用以及复配时，对清水混凝土性能的影响，并得到了一种适合机制砂清水混凝土(西南地区合格的天然砂缺乏，一般采用机制砂)的外加剂，掺入0.2‰引气剂、1.0‰减缩剂和2.0‰增粘剂，制备的混凝土粘聚性、匀质性好，色泽均匀、表观质量优异，微结构致密，28d干燥收缩率＜250×10-6，早期抗裂等级达IV，耐久性好。
然而，申请人在实际应用时发现，根据该文献所得到的清水混凝土建筑，虽然初检时能够达到合格要求，但是在3个月后，清水混凝土建筑依然会出现微裂纹，进而导致清水混凝土建筑出现早期抗裂等级下滑和耐久性下滑的问题，为此，该文献所提供的实施方案并不是最优的。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种清水混凝土外加剂，加入到清水混凝土中，可以显著减少浇注后的清水混凝土表面水纹和气泡量。
本发明采用的技术方案如下：
一种清水混凝土外加剂，其特征在于，按照质量百分比，包括以下原料：
聚羧酸减水剂15.0％～20％、纳米硅消泡剂0.1％～0.2％、表面活性剂1.0％～3.0％、改性合成增稠剂1％～2％、和水70％～85％。
进一步的，所述纳米硅消泡剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将八甲基环四硅氧烷与四甲基含氢聚硅氧烷混合，在氮气保护下加热至40～70℃，加入氯铂酸，反应得到端基型含氢硅油；
(2)向步骤(1)中得到的端基型含氢硅油中加入丙烯基聚醚，在氮气保护下加热至90～110℃，再加入氯铂酸，反应得到聚醚有机硅；
(3)将步骤(2)得到的聚醚有机硅中加入纳米二氧化硅，至于高压反应釜中，在300～450℃的条件下反应2～4小时，得到纳米硅消泡剂。
优异消泡性能的物质，应该是在起泡液中溶解性小，而分散性大的物质，溶解度大及分散性大的物质破泡能力强，抑泡弱。而用于消泡、抑泡的聚醚聚硅氧烷共聚物必需具备一定的疏水性，而氢硅油相对分子量太小，但是相对分子质量太大，粘度大，反应活性差。本发明采用的不足以保证共聚物具有足够的亲油性。在本发明中，通过八甲基环四硅氧烷、四甲基含氢聚硅氧烷和丙烯基聚醚聚合得到的聚醚有机硅中，包括-[Si(CH3)2O]-链段、羟基、聚醚基等集团，该聚醚有机硅中链段长度适宜，亲水性和亲油性基团性能和数量均符合消泡剂的要求。
进一步，在本发明中加入纳米二氧化硅，二氧化硅为无机物，其可以进一步提高聚醚有机硅的分散性，同时二氧化硅在高温高压下与聚醚有机硅反应，将其改性可以进一步提高聚醚有机硅的疏水性，提高破泡能力，降低混凝土中的气泡，提高混凝土表面光滑度。
进一步的，所述步骤(1)中八甲基环四硅氧烷与四甲基含氢聚硅氧烷按照体积比1～1.2∶3～4混合。
进一步的，所述步骤(2)中丙烯基聚醚的添加量为八甲基环四硅氧烷体积的35～50％。
进一步的，所述步骤(3)中纳米二氧化硅添加量为30～50g/L。
进一步的，所述步骤(1)和步骤(2)中氯铂酸的添加量分别为0.003～0.005mL/L和0.001～0.003mL/L。
进一步的，所述聚羧酸减水剂按照质量份，包括以下原料：马来酸酐30～35份、甲基烯丙基聚乙烯醚5～15份、过硫酸铵5～8份、丙烯酸20～25份、NaOH 18～25份、引发剂2～4份。
进一步的，所述聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、向NaOH水溶液中加入马来酸酐和甲基烯丙基聚乙烯醚，混合均匀，备用；
步骤二、向步骤一得到的混合溶液中同时加入过硫酸铵水溶液，将混合溶液加热，备用；
步骤三、加热步骤二的混合溶液80℃，同时向混合溶液中滴入引发剂和丙烯酸；
步骤四、将步骤三的混合溶液持续加温至90℃，保持1h，得到聚羧酸减水剂。
进一步的，所述步骤三中的引发剂的滴加速率为0.41mL/min，所述步骤三中的丙烯酸滴加速率为0.60mL/min。
进一步的，所述步骤一中的NaOH水溶液的浓度为0.15～0.20g/mL，所述步骤二中的过硫酸铵水溶液的浓度为0.2g/mL。
由于采用上述技术方案，制备得到清水混凝土可以显著消除水纹和气泡，但是浇注得到的清水混凝土容易沉积沉淀。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、在本发明中，通过八甲基环四硅氧烷、四甲基含氢聚硅氧烷和丙烯基聚醚聚合得到的聚醚有机硅中，包括-[Si(CH3)2O]-链段、羟基、聚醚基等集团，亲水性和亲油性基团性能和数量均符合消泡剂的要求，进一步的加入纳米二氧化硅，可以进一步提高聚醚有机硅的分散性，并提高聚醚有机硅的疏水性，提高破泡能力，降低混凝土中的气泡，提高混凝土表面光滑度。
2.、本发明采用的聚羧酸减水剂解决由于使用消泡剂中含有二氧化硅，其容易产生沉淀，造成表面不光滑的问题。可显著改善新拌清水混凝土的和易性及保塑性。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
本实施例提供了一种纳米硅消泡剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取200mL八甲基环四硅氧烷和600mL的四甲基含氢聚硅氧烷混合，在氮气保护下加热至40℃，加入0.003mL/L的氯铂酸，不断搅拌反应5h得到端基型含氢硅油；
(2)向步骤(1)中得到的端基型含氢硅油中加入100mL的丙烯基聚醚，在氮气保护下加热至90℃，再加入0.001mL/L的氯铂酸，反应4h得到聚醚有机硅；
(3)将步骤(2)得到的聚醚有机硅中加入27g的纳米二氧化硅，至于高压反应釜中，在300℃，的条件下反应4小时，得到纳米硅消泡剂。
实施例2
本实施例提供了一种纳米硅消泡剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取200mL八甲基环四硅氧烷和700mL的四甲基含氢聚硅氧烷混合，在氮气保护下加热至55℃，加入0.004mL/L的氯铂酸，不断搅拌反应5h得到端基型含氢硅油；
(2)向步骤(1)中得到的端基型含氢硅油中加入100mL的丙烯基聚醚，在氮气保护下加热至100℃，再加入0.002mL/L的氯铂酸，反应4h得到聚醚有机硅；
(3)将步骤(2)得到的聚醚有机硅中加入40g的纳米二氧化硅，至于高压反应釜中，在400℃，的条件下反应3小时，得到纳米硅消泡剂。
实施例3
本实施例提供了一种纳米硅消泡剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取240mL八甲基环四硅氧烷和800mL的四甲基含氢聚硅氧烷混合，在氮气保护下加热至70℃，加入0.005mL/L的氯铂酸，不断搅拌反应4h得到端基型含氢硅油；
(2)向步骤(1)中得到的端基型含氢硅油中加入70mL的丙烯基聚醚，在氮气保护下加热至110℃，再加入0.003mL/L的氯铂酸，反应4h得到聚醚有机硅；
(3)将步骤(2)得到的聚醚有机硅中加入50g的纳米二氧化硅，至于高压反应釜中，在450℃，的条件下反应4小时，得到纳米硅消泡剂。
实施例4
本实施例提供了一种聚羧酸减水剂的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、向浓度为NaOH水溶液中加入马来酸酐30份和甲基烯丙基聚乙烯醚5份，混合均匀，备用；
步骤二、向步骤一得到的混合溶液中同时加入过硫酸铵水溶液5份，将混合溶液加热，备用；
步骤三、加热步骤二的混合溶液80℃，同时向混合溶液中滴入引发剂2份和丙烯酸20份，其滴加速率分别为0.41mL/min和0.60mL/min；
步骤四、将步骤三的混合溶液持续加温至90℃，保持1h，得到聚羧酸减水剂。
实施例5
本实施例提供了一种聚羧酸减水剂的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、向浓度为NaOH水溶液中加入马来酸酐32份和甲基烯丙基聚乙烯醚8份，混合均匀，备用；
步骤二、向步骤一得到的混合溶液中同时加入过硫酸铵水溶液6份，将混合溶液加热，备用；
步骤三、加热步骤二的混合溶液80℃，同时向混合溶液中滴入引发剂3份和丙烯酸23份，其滴加速率分别为0.41mL/min和0.60mL/min；
步骤四、将步骤三的混合溶液持续加温至90℃，保持1h，得到聚羧酸减水剂。
实施例6
本实施例提供了一种聚羧酸减水剂的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、向浓度为NaOH水溶液中加入马来酸酐35份和甲基烯丙基聚乙烯醚15份，混合均匀，备用；
步骤二、向步骤一得到的混合溶液中同时加入过硫酸铵水溶液8份，将混合溶液加热，备用；
步骤三、加热步骤二的混合溶液80℃，同时向混合溶液中滴入引发剂4份和丙烯酸25份，其滴加速率分别为0.41mL/min和0.60mL/min；
步骤四、将步骤三的混合溶液持续加温至90℃，保持1h，得到聚羧酸减水剂。
实施例7
本实施例提供了一种混凝土外加剂的制备方法，包括以下步骤：
将聚羧酸减水剂与纳米硅消泡剂、表面活性剂、改性合成增稠剂和水，按照质量比15.0％：0.1％：1.0％：1.0％：80％混合。
实施例8
将实施例中的聚羧酸减水剂与纳米硅消泡剂、表面活性剂、改性合成增稠剂和水，按照质量比18％：0.2％：1.5％：1.5：75％混合。
实施例9
将聚羧酸减水剂与纳米硅消泡剂、表面活性剂、改性合成增稠剂和水，按照质量比20％：0.15：3.0％：2％：70％混合。
将上述制得的外加剂溶液掺入清水混凝土中进行测试，清水混凝土养护时间为28天，测试方法采用国家标准试验方法，实验结果如表1所示，其中，清水混凝土配合比为：
水泥：250kg
机制细砂：700Kg
石子(5-25mm)：1000kg
粉煤灰：100kg
水：200Kg
外加剂：5.0kg
Figure BDA0002287190550000061
由表1得到，使用本发明的外加剂后，得到的清水混凝土的抗裂等级下降问题得到有效解决，在4个月后其抗裂等级依然保持在Ⅳ级，同时，清水混凝土的初始裂缝产生时间由原来的250-360min(传统清水混凝土)延长至425-510min，由此说明了清水混凝土早期抗裂能力得到了提高，在耐久性方面，抗冻和抗渗等级合格，单位面积的总开裂面积在28天时，其检测数据不超过150mm2/m2，120天后依然保持在250mm2/m2以内，由此说明了其耐久性良好，原清水混凝土耐久性下降的问题得到了有效解决。因此，本发明的外加剂成功解决了清水混凝土出现早期抗裂等级下滑和耐久性下滑的问题，维持了清水混凝土的整体性能，克服了现有技术的不足。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种清水混凝土外加剂，其特征在于，按照质量百分比，包括以下原料：
聚羧酸减水剂15.0％~20％、纳米硅消泡剂0.1％~0.2％、表面活性剂1.0％~3.0％、改性合成增稠剂1%~2%和水70％~80％；所述聚羧酸减水剂按照质量份，包括以下原料：马来酸酐30~35份、甲基烯丙基聚乙烯醚5~15份、过硫酸铵5~8份、丙烯酸20~25份、NaOH 18~25份、引发剂2~4份；
所述纳米硅消泡剂的制备方法包括以下步骤：
（1）将八甲基环四硅氧烷与四甲基含氢聚硅氧烷混合，在氮气保护下加热至40~70℃，加入氯铂酸，反应得到端基型含氢硅油；
（2）向步骤（1）中得到的端基型含氢硅油中加入丙烯基聚醚，在氮气保护下加热至90~110℃，再加入氯铂酸，反应得到聚醚有机硅；
（3）将步骤（2）得到的聚醚有机硅中加入纳米二氧化硅，至于高压反应釜中，在300~450℃的条件下反应2~4小时，得到纳米硅消泡剂。
2.根据权利要求1所述的清水混凝土外加剂，其特征在于，所述步骤（1）中八甲基环四硅氧烷与四甲基含氢聚硅氧烷按照体积比1~1.2∶3~4混合。
3.根据权利要求1所述的清水混凝土外加剂，其特征在于，所述步骤（2）中丙烯基聚醚的添加量为八甲基环四硅氧烷体积的35~50%。
4.根据权利要求1所述的清水混凝土外加剂，其特征在于，所述步骤（3）中纳米二氧化硅的添加量为30~50g/L。
5.根据权利要求1所述的清水混凝土外加剂，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（2）中氯铂酸的添加量分别为0.003~0.005mL/L和0.001~0.003mL/L。
6.根据权利要求5所述的清水混凝土外加剂，其特征在于，所述聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、向NaOH水溶液中加入马来酸酐和甲基烯丙基聚乙烯醚，混合均匀，备用；
步骤二、向步骤一得到的混合溶液中同时加入过硫酸铵水溶液，将混合溶液加热，备用；
步骤三、加热步骤二的混合溶液80℃，同时向混合溶液中滴入引发剂和丙烯酸；
步骤四、将步骤三的混合溶液持续加温至90℃，保持1h，得到聚羧酸减水剂。
7.根据权利要求6所述的清水混凝土外加剂，其特征在于，所述步骤三中的引发剂的滴加速率为0.41mL/min，所述步骤三中的丙烯酸滴加速率为0.60mL/min。
8.根据权利要求6所述的清水混凝土外加剂，其特征在于，所述步骤一中的NaOH水溶液的浓度为0.15~0.20g/mL，所述步骤二中的过硫酸铵水溶液的浓度为0.2g/mL。
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