CN111285633A

CN111285633A - 一种用于混凝土/砂浆的聚合物复合减缩剂

Info

Publication number: CN111285633A
Application number: CN202010090970.0A
Authority: CN
Inventors: 毛倩瑾; 齐文静; 王子明; 伍文文; 黄丽娜; 崔素萍
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2020-06-16

Abstract

一种用于混凝土/砂浆的聚合物复合减缩剂属于复合减缩剂领域。该减缩剂由吸水性聚合物和疏水性聚合物复合而成，具有亚微观半互穿/互穿网络结构，吸水性聚合物形成交联网络，疏水性聚合物填充在网络空隙中。该减缩剂吸水率为20％～150％(wt.)，掺入混凝土/砂浆中能够有效减少自收缩和干燥收缩。该减缩剂掺量为胶凝材料总质量的1.5wt％～9.5wt％，以干掺方式加入，不影响混凝土/砂浆工作性，对混凝土/砂浆力学强度影响小，可改善混凝土/砂浆的抗开裂及抗冻融性能，提高其耐久性。

Description

一种用于混凝土/砂浆的聚合物复合减缩剂

技术领域

本发明涉及一种用于混凝土/砂浆聚合物复合减缩剂，属于建筑材料技术领域。

背景技术

混凝土裂缝一直是影响混凝土及其结构耐久性的关键因素，现代混凝土高流动性和低水胶比的发展趋势，加剧了混凝土的收缩开裂风险。而混凝土的体积收缩是导致混凝土开裂的直接原因。因此，减少混凝土体积收缩对于提高混凝土的耐久性，延长其构筑物的使用寿命具有重要意义。

针对混凝土的收缩开裂问题，目前工程上的主要解决措施有：减少水泥用量减少收缩；加强混凝土养护；掺加膨胀剂补偿体积收缩；加入化学减缩剂降低毛细孔溶液表面张力以减少收缩。以上方法各有其优缺点和适用范围。其中，内养护措施能够有效改善混凝土的收缩开裂，高吸水性树脂(SAPs)是一类常见的内养护剂，其具有的吸水-释水特点，可以有效保持混凝土内部的相对湿度，减少混凝土的收缩。然而，SAPs存在快速大量吸水造成混凝土拌合物工作性损失、释水后产生大孔洞降低混凝土强度等问题。

本发明针对SAPs的上述问题，发明了一种新型的聚合物复合减缩剂，可以减缓SAPs吸水速率、调控吸水溶胀率。该减缩剂可以直接干掺入混凝土/砂浆中，既能较长时间维持基体内部的相对湿度、减少混凝土收缩，又不影响混凝土/砂浆的工作性和混凝土强度，改善混凝土的抗开裂及抗冻融性能，提高混凝土耐久性。

发明内容

本发明将吸水性聚合物与疏水性聚合物复合制备了一种聚合物复合减缩剂，将其加入混凝土/砂浆中，可以显著降低基体的收缩，有效改善基体的抗开裂及抗冻融性能。

1.一种用于混凝土/砂浆的聚合物复合减缩剂，是由一种吸水性聚合物包覆一种或多种疏水性聚合物制成，结构为半互穿或互穿网络结构。

2.进一步，该减缩剂结构中吸水性聚合物形成交联网络结构，疏水性聚合物填充于网络中或与其形成互穿网络。

3.进一步，所述吸水性聚合物为聚丙烯酸系、海藻酸盐系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系的一种；所述疏水性聚合物为环氧树脂、氟碳树脂，有机硅树脂中的一种或多种。

4.进一步，其制备过程如下：

将吸水性聚合物的单体和水按质量比0.5:100～4.5:100搅拌混合，按吸水性聚合物单体溶液质量的0.1wt％～0.3wt％加入乳化剂；还加入疏水性聚合物，恒温搅拌0.5h～2.5h，成型、固化后得到聚合物复合减缩剂。

5.进一步，吸水性聚合物与疏水性聚合物的质量比为1:2～1：10。

6.进一步，该减缩剂的吸水率为自身质量的20wt％～150wt％。

7.进一步，该减缩剂一般为球状或纤维状，粒径或横截面直径为0.05mm～1.5mm。

8.进一步，该减缩剂在混凝土/砂浆中的掺量为胶凝材料总质量的1.5wt％～9.5wt％。

9.进一步，该减缩剂以干掺方式加入水胶比(混凝土中水：胶凝材料总量)或水灰比(砂浆、净浆中水：水泥)为0.2～0.6的混凝土或砂浆中，可显著降低混凝土/砂浆自收缩和干燥收缩。

本发明的有益效果为：

本发明的聚合物复合减缩剂在混凝土/砂浆中有明显的减缩效果：(1)可以调控减缩剂的吸收溶胀率，降低减缩剂的吸水速率，干掺时不影响混凝土的工作性；(2)该减缩剂可在混凝土/砂浆中具有较长时间的吸水-释水周期，可以保持基体较高的相对湿度，预防基体早期失水开裂，减少混凝土收缩；(3)该减缩剂对混凝土力学强度影响小，可提高砂浆早期强度，能够提高混凝土/砂浆的抗开裂和抗冻融性能；(4)该减缩剂具有长效的减缩作用，混凝土/砂浆在28d龄期后仍具有较高的减缩率，可有效降低混凝土/砂浆的自收缩和干燥收缩。

附图说明：

图1：不同掺量减缩剂对净浆流动度的影响

图2：不同掺量减缩剂对砂浆抗压强度的影响

图3：不同掺量减缩剂对水灰比0.29砂浆自收缩的影响

图4：不同掺量减缩剂对水灰比0.50砂浆自收缩的影响

图5：不同掺量减缩剂对水灰比0.29砂浆干燥收缩的影响

图6：不同掺量减缩剂对水灰比0.50砂浆干燥收缩的影响

图7：减缩剂对混凝土早期塑性收缩性能的影响

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细地说明，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，本发明的实施方式不限于此。

实施例1

将8.1g海藻酸钠加入450g去离子水中，在50℃恒温水浴锅中，搅拌使其完全溶解；将所得海藻酸钠溶液和0.46g乳化剂先后加入到四口烧瓶中，继续搅拌，乳化剂按照海藻酸钠溶液的0.1wt％配比；搅拌速度在500r/min，向烧瓶中加入16.2g环氧树脂，继续50℃恒温搅拌1h，冷却后得到混合溶液；使用锐孔装置成型、固化后得到聚合物复合减缩剂。

所得减缩剂的吸水率为自身质量的150wt％，平均粒径为0.75mm。

实施例2

将2.25g丙烯酸钠加入450g去离子水中，在55℃恒温水浴锅中，搅拌使其完全溶解；将所得丙烯酸钠溶液和0.9g乳化剂先后加入到四口烧瓶中，继续搅拌，乳化剂按照丙烯酸钠溶液的0.2wt％配比；搅拌速度在500r/min，向烧瓶中加入22.5g氟碳树脂，继续50℃恒温搅拌2.5h，冷却后得到混合溶液；使用锐孔装置成型、固化后得到聚合物复合减缩剂。

所得减缩剂的吸水率为自身质量的20wt％，平均粒径为1.5mm。

实施例3

将20.25g海藻酸钠加入450g去离子水中，在55℃恒温水浴锅中，搅拌使其完全溶解；将所得海藻酸钠溶液和1.4g乳化剂先后加入到四口烧瓶中，继续搅拌，乳化剂按照丙烯酸钠溶液的0.3wt％配比；搅拌速度在500r/min，向烧瓶中加入81g有机硅树脂，继续50℃恒温搅拌0.5h，冷却后得到混合溶液；使用锐孔装置成型、固化后得到聚合物复合减缩剂。

所得减缩剂的吸水率为自身质量的72wt％，平均粒径为0.05mm。

实施例4

称量300g硅酸盐水泥(P·I 42.5)、87g水(水灰比0.29)，分别以水泥质量的1.5％、3.5％、5.5％、7.5％和9.5％加入4.5g、10.5g、16.5g、22.5g、28.5g本发明的聚合物复合减缩剂，机械搅拌120s。该减缩剂掺量对水泥净浆初始流动度和1h流动度的影响，见图1。当水灰比为0.29，减缩剂掺量达到5.5％时，与空白参照组相比，初始流动度降低了约3％，1h流动度经时损失率约为10％，说明本发明的聚合物复合减缩剂基本不影响水泥浆体的工作性能。

实施例5

称量450g硅酸盐水泥(P·I 42.5)、1350g中国ISO标准砂、130.5g水(水灰比0.29)及1.35g聚醚型聚羧酸减水剂，分别以水泥质量的1.5％、3.5％、5.5％、7.5％、9.5％加入6.75g、15.75g、24.75g、33.75g、42.75g本发明的聚合物复合减缩剂，机械搅拌240s。将新拌砂浆倒入模具(40mm×40mm×160mm)中，标准养护条件下(相对湿度95％以上，温度20℃±2℃)养护24h。拆模，干燥养护(相对湿度60％±5％，温度20℃±5℃)至一定龄期。不同龄期砂浆的抗压强度测试结果，见图2。结果表明本发明的聚合物复合减缩剂掺量在7.5％以内时对砂浆抗压强度无负面影响。

实施例6

称量600g硅酸盐水泥(P·I 42.5)、1200g中国ISO标准砂、174g水(水灰比0.29)及1.2g聚醚型聚羧酸减水剂，分别以水泥质量的1.5％、3.5％加入9g、21g本发明的聚合物复合减缩剂，机械搅拌240s。将新拌砂浆倒入波纹管自收缩测定仪模具

中，自收缩率测试结果，见图3。当水灰比为0.29时，与空白试样相比，本发明的减缩剂掺量为3.5％的砂浆试样3d自收缩率降低了约85％，7d自收缩率降低了约83％。说明本发明的聚合物复合减缩剂能有效降低水灰比为0.29的砂浆试样的自收缩率。

实施例7

称量600g硅酸盐水泥(P·I 42.5)、1200g中国ISO标准砂、300g水(水灰比0.50)，分别以水泥质量的1.5％、3.5％加入9g、21g本发明的聚合物复合减缩剂，机械搅拌240s。将新拌砂浆倒入波纹管自收缩测定仪模具

中，自收缩率测试结果，见图4。当水灰比为0.50时，与空白试样相比，本发明的减缩剂掺加量为3.5％的砂浆试样3d自收缩率降低了约72％，7d自收缩率降低了约70％。说明本发明的聚合物复合减缩剂能有效降低水灰比为0.50的砂浆试样的自收缩率。

实施例8

称量500g硅酸盐水泥(P·I 42.5)、1000g中国ISO标准砂、145g水(水灰比0.29)及1.0g聚醚型聚羧酸减水剂，分别以水泥质量的1.5％、3.5％加入7.5g、17.5g本发明的聚合物复合减缩剂，机械搅拌240s。将砂浆倒入模具(25mm×25mm×280mm)中，标准养护条件下(相对湿度95％以上，温度20±2℃)养护24h。拆模，试样在水中养护两天后，取出，用湿布擦去表面水分，将其放入恒温恒湿试验室(相对湿度60±5％以上，温度20±2℃)，测定其干燥收缩量，收缩率见图5。当水灰比为0.29时，与空白试样对比，掺加本发明减缩剂的砂浆试样干缩收缩率明显下降，掺量为3.5％时，14d减缩率约为33％，28d减缩率约为30％。

实施例9

称量500g硅酸盐水泥(P·I 42.5)、1000g中国ISO标准砂、250g水(水灰比0.50)，分别以水泥质量的1.5％、3.5％加入7.5g、17.5g本发明的聚合物复合减缩剂，机械搅拌240s。将砂浆倒入模具(25mm×25mm×280mm)中，标准养护条件下(相对湿度95％以上，温度20±2℃)养护24h。拆模，样在水中养护两天后，取出，用湿布擦去表面水分，将其放入恒温恒湿试验室(相对湿度60±5％以上，温度20±2℃)，测定其干燥收缩量，收缩率见图6。当水灰比为0.50时，与空白试样对比，掺加本发明减缩剂的砂浆试样干缩收缩率明显下降，掺量为3.5％时，14d减缩率约为66％，28d减缩率约为42％。

实施例10

混凝土试验采用C30强度等级混凝土，混凝土配合比见表1。

表1 C30混凝土配合比(单位，kg/m³)

上述水泥采用P.O 42.5水泥，砂子采用质量比7:3的中与细天然砂，碎石采用质量比4:6的5-16mm和16-31.5mm碎石，矿物掺合料为石灰石粉，减水剂采用聚羧酸高性能减水剂。

混凝土塑性收缩试验方法依据《普通混凝土长期和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)，试验结果见图7。在混凝土减少水泥用量的基础上，使用本发明聚合物复合减缩剂能进一步减少混凝土体积收缩，掺加本发明减缩剂的配合比3的12h、24h、48h和72h收缩率与对应同龄期配合比2(石粉)相比收缩率降低15％～30％，与对应同龄期配合比1(基准)相比收缩率降低30％～33％。

Claims

1.一种用于混凝土/砂浆的聚合物复合减缩剂，其特征在于，该减缩剂由一种吸水性聚合物包覆一种或多种疏水性聚合物制成，吸水性聚合物形成交联网络结构，疏水性聚合物填充于网络中或与其形成互穿网络；所述吸水性聚合物为聚丙烯酸系、海藻酸盐系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系的一种；所述疏水性聚合物为环氧树脂、氟碳树脂，有机硅树脂中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的减缩剂，其特征是减缩剂的制备过程如下：

将吸水性聚合物的单体和水按质量比0.5:100～4.5:100搅拌混合，按吸水性聚合物单体溶液质量的0.1wt％～0.3wt％加入乳化剂；还加入疏水性聚合物，吸水性聚合物与疏水性聚合物的质量比为1:2～1：10；恒温搅拌0.5h～2.5h，成型、固化后得到聚合物复合减缩剂。

3.应用如权利要求1所述的减缩剂的方法，其特征是：减缩剂在混凝土/砂浆中的掺量为胶凝材料总质量的1.5wt％～9.5wt％。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是减缩剂以干掺方式加入水胶比或水灰比为0.2～0.6的混凝土或砂浆中。