CN111718145B - 用于提高混凝土密实性的掺和料及其加工工艺和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑防水技术领域，具体公开了用于提高混凝土密实性的掺和料，包括互相混合的防水粉料和防水纤维料；防水粉料以重量百分比计，包括68～78％活性二氧化硅、8～16％碱溶性三氧化二铝、其余为助剂，所述助剂包括Fe2O3、NaCl和MgO；防水纤维料包括若干个线性排列的裂缝修复球和包覆在所述裂缝修复球外用于固定裂缝修复球的纤维丝，裂缝修复球包括遇水降解的囊壁和包裹在所述囊壁外的阻水保护壁，所述囊壁内填充有所述防水粉料。采用本发明能够实现混凝土结构自防水，减少混凝土裂缝的产生，且即使产生了裂缝或裂纹，也能在水的作用下能自动愈合，实现混凝土躯体或砂浆体自身防水效果持久，无需再做其它防水层，提高了经济效益。

Description

用于提高混凝土密实性的掺和料及其加工工艺和施工方法

技术领域

本发明属于建筑防水技术领域，具体涉及用于提高混凝土密实性的掺和料及其加工工艺和施工方法。

背景技术

在户外建筑中，如海上码头、高速公路桥面，日晒雨淋，特别是夏天高温暴雨，混凝土中氢氧化钙极易溢出，使钢筋混凝土疏松而强度降低，在桥柱和梁底形成白霜或钙钟乳，混凝土出现中性化和老化，致使桥梁等达不到设计使用年限，丽需维修和加固补强，大大增加了工作强度和修复成本。

另外，海洋工程的建筑由于混凝土受海水的流动而产生的摩擦及波涛的冲击，混凝土的损害最为明显。因为氢氧化钙弱溶于水，它的渗出会引起混凝土寿命缩短、强度降低等病态的出现，同时，也是水从混凝土中渗漏的主要原因。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何实现混凝土结构自防水，减少混凝土裂缝的产生，且即使产生了裂缝或裂纹，也能在水的作用下能自动愈合，实现混凝土躯体或砂浆体自身防水效果持久，无需再做其它防水层，提高了经济效益。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

用于提高混凝土密实性的掺和料，包括互相混合的防水粉料和防水纤维料；

所述防水粉料以重量百分比计，包括68～78％活性二氧化硅、8～16％碱溶性三氧化二铝、其余为助剂，所述助剂包括Fe2O3、NaCl和MgO；

所述防水纤维料包括若干个线性排列的裂缝修复球和包覆在所述裂缝修复球外用于固定裂缝修复球的纤维丝，裂缝修复球包括遇水降解的囊壁和包裹在所述囊壁外的阻水保护壁，所述囊壁内填充有所述防水粉料。

进一步，所述纤维丝外表面均敷设有用于定型纤维丝的胶凝材料。

进一步，所述防水纤维料的长度为2～4cm，所述裂缝修复球的直径为0.3-0.6mm。

本发明的原理：

1、防水粉料的防水原理：

本发明选用活性二氧化硅作为防水粉料的母料，原因在于：在高倍显微镜下观察，普通二氧硅的分子结构是线型，而活性二氧化硅分子，呈无定型状态，可180度的范围旋转，呈针状，能跟碱起反应，因此活性SiO2是防水粉料的母料。

利用AL₂0₃、Si0₂，是两性氧化物，与碱反应的原理，即混凝土或砂浆的主要材料是水泥，水泥里一般含氧化钙，含量在20-30％，不同的水泥中氧化钙含量不同，在混凝土或砂浆制造过程中，原料中Al₂0₃(三氧化二铝)基本反应完毕，吸收了小部份水化的氧化钙，大部份的二氧化硅存在混凝土中，只要有水，混凝土就有水化反应，而加入了掺和料的混凝土，前期只反应了20％左右的掺和料，余下的存积在混凝土中，其中活性二氧化硅的缓慢反应，和混凝土发生水化反应，并多次渗透结晶达到愈合裂缝防水的目的。

掺和料中含有大量天然无定形的二氧化硅分子、少量三氧化二铝，在和水泥、水的化合反应中吸收氢氧化钙，反应生成硅酸钙胶体。在这个反应过程中，掺和料发挥了它无定形的二氧化硅特殊性，减少干燥收缩，增强中后期强度，促进了界面活性，大面积、大角度的繁殖作用，填补混凝土中水份及空气所占有的空隙部分。切断了空气与水流的通道，增加了混凝土或砂浆的密实度，从而达到了结构防水的目的。化学反应方程式如下所示：

CaO+H₂0＝Ca(OH)₂

A1₂0₃+Ca(OH)₂＝Ca(A10₂)₂+H₂0

Si0₂+Ca(OH)₂＝CaSi0₃↓(胶体)+H₂0

2、防水纤维料的防水作用：

防水纤维料增加混凝土的抗拉强度和抗剪强度，因此能够减少混凝土裂缝的产生，提高了工程质量和寿命。

当混凝土产生微裂缝后，裂缝拉裂裂缝修复球外的阻水保护壁，露出裂缝修复球的囊壁，裂缝修复球的囊壁遇水降解，由于囊壁内的防水粉料中含有大量天然无定形的二氧化硅分子、少量三氧化二铝，在和水泥、水的化合反应中吸收氢氧化钙，反应生成硅酸钙胶体，填充混凝土的微裂缝，从而起到修复裂缝的效果。裂缝处将裂缝修复球拉裂后，会存在较大量的防水粉料，能够精准、迅速修复裂缝。

裂缝修复球采用在防水粉料外包裹囊壁和阻水保护壁两层结构，目的在于：通过遇水降解的囊壁和脆性的阻水保护壁之间的配合，一方面能够保证在混凝土裂缝产生时，裂缝能够顺利将阻水保护壁拉裂，同时又避免了在混凝土拌合过程中一旦阻水保护壁被破坏后，防水粉料仍有囊壁的保护而不至于在短时间内渗入混凝土中，因此能够保证囊壁内的防水粉料在混凝土产生裂缝时起到修补裂缝的作用。

有益效果：

本发明的掺和料具有优越的防水、防侵蚀、防老化的作用；制备的混凝土，强度高，而且即便产生了裂缝或裂纹，也能在水的作用下能自动愈合，实现混凝土躯体或砂浆体自身防水效果持久，无需再做其它防水层，提高了经济效益。

本发明还提供一种用于提高混凝土密实性的掺和料的加工工艺，包括如下步骤：

制作防水粉料；

制作防水纤维料；

将防水粉料和防水纤维料混合均匀，即制得所述掺和料；

其中，所述防水粉料的制作步骤具体包括：将粉状或者颗粒状的活性二氧化硅、碱溶性三氧化二铝和助剂混合在一起，即得到所述防水粉料，所述助剂包括Fe₂O₃、NaCl和MgO；

所述防水纤维料的制作步骤具体包括：

S1、制作裂缝修复球；

S2、将多根纤维丝包裹在各个裂缝修复球外，形成长段的长纤维段，实现各个裂缝修复球的固定，固定后各个裂缝修复球呈线性排列；

S3、将长纤维段切割成2～4cm的小段，得到防水纤维料。

进一步，所述防水纤维料的制作步骤中，纤维丝包裹裂缝修复球之前，纤维丝采用未凝固的胶凝材料包裹在其外表面，当带有胶凝材料的纤维丝包裹裂缝修复球后，将包裹有裂缝修复球的纤维丝放置一段时间，至胶凝材料凝固。

进一步，其特征在于，所述囊壁采用糯米纸材料制成。

本发明还提供一种用于提高混凝土密实性的掺和料的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

将掺和料掺入水泥中，并混合均匀；

将混有所述掺和料的水泥拌合成混凝土使用。

进一步，其特征在于，所述掺和料相对水泥的掺入百分比为x％，0＜x≤50。

进一步，其特征在于，所述掺和料相对水泥的掺入百分比为x％，0＜x≤20。

进一步，其特征在于，所述掺和料相对水泥的掺入百分比为6％。

附图说明

图1为本发明中防水纤维料的结构示意图。

图2为图1中裂缝修复球的剖面图。

图3为本发明模具一的结构示意图。

图4为本发明模具二的结构示意图。

图5为本发明穿线装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。

本发明提供用于提高混凝土密实性的掺和料，包括互相混合的防水粉料和防水纤维料，防水纤维料在掺入料中的掺入百分比为20％～50％。

防水粉料以重量百分比计，包括68～78％活性二氧化硅、8～16％碱溶性三氧化二铝、其余为助剂，助剂包括Fe₂O₃、NaCl和MgO。

防水纤维料的结构如图1所示，包括若干个线性排列的裂缝修复球2和包覆在裂缝修复球2外用于固定裂缝修复球2的纤维丝1，防水纤维料的长度为2～4cm，裂缝修复球2的宽度为0.3-0.6mm。

纤维丝1采用菠萝纤维或者香蕉纤维，菠萝纤维和香蕉纤维均属于环保性较高的天然纤维。菠萝纤维提取自菠萝科的菠萝叶，现有技术中菠萝纤维经深加工后，外观洁白、柔软爽滑、抗湿性强。香蕉纤维是从香蕉茎中取出柔软的纤维内皮，经过干燥、精练、解纤而制成的纤维。菠萝纤维和香蕉纤维具有抗拉伸强度高、坚韧性强、耐水性强的特点，并且由于菠萝纤维和香蕉纤维吸湿后强度比干态强度更高，因此，菠萝纤维和香蕉纤维添加到混凝土中能够增加菠萝纤维和香蕉纤维以及混凝土之间的拉扯力，从而增强混凝土的强度，减少混凝土裂缝的产生。

裂缝修复球2的结构如图2所示，包括遇水降解的囊壁22和包裹在囊壁外的阻水保护壁21，囊壁22内填充有上述防水粉料21。囊壁22采用能够遇水降解的材料，如糯米纸等材料，当混凝土中产生裂缝，囊壁22与水接触，囊壁22能够遇水后降解。阻水保护壁21采用环氧树脂材料：环氧树脂固化剂按照1:0.75的比例制成，环氧树脂为脆性大的材料，因此当混凝土产生裂缝，裂缝拉扯纤维丝1，纤维丝1挤压阻水保护壁21，能够顺利将阻水保护壁21拉裂，暴露出囊壁22，使得囊壁22能够与水接触发生降解，从而使得囊壁22内的防水粉料23与水接触，在和水泥、水的化合反应中吸收氢氧化钙，反应生成硅酸钙胶体，达到修复裂缝的效果。

纤维丝1外表面均敷设有用于定型纤维丝1的胶凝材料，胶凝材料采用在环氧树脂中添加增韧剂或者选用聚氨酯改性的环氧树脂，以改善环氧树脂的脆性。胶凝材料作用：一方面对纤维丝1进行定型，避免纤维丝1移位造成裂缝修复球2移位甚至跑出纤维丝1外，另一方面还能通过胶凝材料的粘结作用将裂缝修复球2和纤维丝1黏在一起，保持两者的固定和定型。

用于提高混凝土密实性的掺和料的加工工艺如下：

第一步：制作防水粉料，将粉状或者颗粒状的活性二氧化硅、碱溶性三氧化二铝和助剂混合在一起，即得到所述防水粉料。

第二步：制作防水纤维料。

第三步：将防水粉料和防水纤维料混合均匀，即制得上述掺和料。

其中第二步中，防水纤维料的制作步骤具体包括：

S1、制作裂缝修复球2

a1、采用如图3所示的模具一3进行制作，模具一3上密布有若干个球形孔洞4，将一小张方形的糯米纸铺设在球形孔洞4内，然后将防水粉料依次倒入各个球形孔洞4中的糯米纸上，最后将糯米纸用胶水封口，将包裹有糯米纸的防水粉料球从球形孔洞4中取出。

a2、事先在如图4所示的模具二5的各个方形孔洞6的内壁上涂上脱模剂(或者放上脱模纸)，然后将环氧树脂和固化剂的混合物倒入各个方形孔洞6内，再将包裹有糯米纸的防水粉料球投入各个方形孔洞6内，环氧树脂和固化剂的混合物包裹防水粉料球，将模具二5送入烘干机内进行烘干，方形孔洞5内即形成防水修复球2，将防水修复球2从各个方形孔洞6中取出。

S2、制作长段纤维：

采用如图5所示的穿线装置进行制作：穿线装置包括倾斜放置的套筒7，套筒7的壁上开设有数个轴孔，将多根纤维丝1从各个轴孔的高端穿入、再从各个轴孔的低端穿出，向各个轴孔的高端灌入胶凝材料，使得各根纤维丝1被胶凝材料包裹。套筒7内放入多个裂缝修复球2，人工在套筒7的低端将各根纤维丝1拉出并使得多股纤维丝1包裹住裂缝修复球2，然后于套筒7低端将多股纤维丝1拧成一股，每包裹一个裂缝修复球2便拧一次纤维丝1，最终使得纤维丝1包裹住各个裂缝修复球2后形成一个长段纤维的结构。

将制作出的长段纤维结构送入烘干机内进行烘干，使得长段纤维实现定型。

S3、将长纤维段切割成2～4cm的小段，得到如图1所示的防水纤维料。

用于提高混凝土密实性的掺和料的施工方法如下：

第一步、将上述掺和料掺入水泥中，并混合均匀。

第二步、将混有所述掺和料的水泥拌合成混凝土使用。

【实施例1】

用于提高混凝土密实性的掺和料，包括防水粉料和防水纤维料。其中防水粉料由以下重量百分比的原料组成：活性二氧化硅68％、碱溶性三氧化二铝8％、助剂为24％，助剂由Fe₂O₃、NaCl和MgO混合制成；防水纤维料在掺入料中的掺入百分比为20％。

【实施例2】

用于提高混凝土密实性的掺和料，包括防水粉料和防水纤维料。其中防水粉料由以下重量百分比的原料组成：活性二氧化硅78％、碱溶性三氧化二铝9.5％、助剂为12.5％，助剂由Fe₂O₃、NaCl和MgO混合制成。防水纤维料在掺入料中的掺入百分比为30％。

【实施例3】

用于提高混凝土密实性的掺和料，包括防水粉料和防水纤维料。其中防水粉料由以下重量百分比的原料组成：活性二氧化硅74.5％、碱溶性三氧化二铝16％、助剂为9.5％。所述助剂由Fe2O3、NaCl和MgO混合制成。防水纤维料在掺入料中的掺入百分比为50％。

对比例1：与实施例1相比，对比例1的掺和料中不含防水纤维料。

对比例2：与实施例2相比，对比例2的掺和料中不含防水纤维料。

对比例3：与实施例3相比，对比例3的掺和料中不含防水纤维料。

对比例4：与实施例1-3相比，对比例4的混凝土中不含掺和料。

实验及使用材料如下：

1.水泥：五羊牌普通硅酸盐水泥；

2.细砂：罗岗石厂(ρ＝2.50，FM＝2.44)；

3.混合材：混凝土掺和料；

配制条件：W/C 0.65C：S 1：3FLOW 240±10；

【C:470S:1433W:306】

试块尺寸：直径10×10cm；

裂纹宽度：0.1mm-0.4mm；

掺入百分比：0-12％；

水头压力：10-20cm；

试验期：2016年-2017年(一年)。

一、混凝土强度试验、裂纹自愈测试对比以及透水对比测试

将上述各实施例和对比例的掺和料与水泥的掺入百分比分别按3％、6％、12％、20％、30％、50％的比例制备混凝土，并测定混凝土强度、裂纹自愈时间以及高压透水量。

结果如表1所示：

表1混凝土强度试验、裂纹自愈测试对比以及透水对比测试表

由表1可知：

(1)掺和料相对水泥掺入百分比小于或等于20％时，添加掺和料的混凝土强度都有明显增强；而掺入百分比在20～50％时，虽然强度上看不出显著的增强，掺与不掺相比，强度变化也不明显，但是掺和料对强度上不会造成不良影响。

(2)添加有掺和料的混凝土中的0.4mm裂缝都能在20多天左右完成自愈。

(3)掺和料掺入百分比在小于或等于20％时，随着掺和料的添加，透水系数降低，说明掺和料具有很强的防水作用。

(4)掺和料中加入防水纤维料后，与掺和料中未加入防水纤维料相比，混凝土的强度增加，表明防水纤维料能够进一步增强混凝土的强度；裂缝自愈时间缩短，表明防水纤维料能够进一步增强混凝土的自愈能力；高压透水量稍有增加，但是变化不是特别明显，表明防水纤维料不会对混凝土的高压透水能力造成不良影响。

二、耐碱试验

根据广东省建筑科学研究院试验中，对海水中最有苛刻性的Mgcl₂对混凝土侵害数据：

饱和态溶液中的Mgcl₂(氯化镁)的溶解度为：100克的H₂O中为64.5g，海水中的Mgcl₂在1000克中溶解度只有8.807克，饱和溶液的溶解度因为是饱和极限状态。将添加有掺和料的混凝土经养护后投入饱和的Mgcl₂溶液中浸泡，然后观察混凝土在溶液的试块出水或不出水。

结果及说明：观察结果是混凝土试块不漏水，说明反应产生的CaSiO₃与海水中酸盐类(其中最苛性的Mgcl₂)却不发生反应，因此该掺和料制备的混凝土具有防止海水侵蚀的效果和耐碱效果。

综上所述：掺和料在应用中对混凝土具有很高的增强作用，具体体现在强度、防水效果和裂纹自愈，特别是裂纹自愈，能有效地增强中混凝土中后期强度，促进了界面活性，大面积、大角度的繁殖作用，填补混凝土中水份及空气所占有的空隙部分。切断了空气与水流的通道，增加了混凝土或砂浆的密实度，从而达到了结构防水的目的，而掺和料的添加了从实验中可以得出，为了保证强度、防水、防海水侵蚀、耐碱及裂纹自愈的优异效果，同时考虑经济节约，不浪费资源，合理的选择掺和料相对水泥的掺入百分比，其最佳为6％。

以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。

Claims (10)

1.用于提高混凝土密实性的掺和料，其特征在于，

包括互相混合的防水粉料和防水纤维料；

所述防水粉料以重量百分比计，包括68～78％活性二氧化硅、8～16％碱溶性三氧化二铝、其余为助剂，所述助剂包括Fe₂O₃、NaCl和MgO；

所述防水纤维料包括若干个线性排列的裂缝修复球和多根包覆在所述裂缝修复球外用于固定裂缝修复球的纤维丝，裂缝修复球包括遇水降解的囊壁和包裹在所述囊壁外的阻水保护壁，所述囊壁内填充有所述防水粉料。

2.根据权利要求1所述的用于提高混凝土密实性的掺和料，其特征在于，所述纤维丝外表面均敷设有用于定型纤维丝的胶凝材料。

3.根据权利要求1所述的用于提高混凝土密实性的掺和料，其特征在于，所述防水纤维料的长度为2～4cm，所述裂缝修复球的直径为0.3-0.6mm。

4.用于提高混凝土密实性的掺和料的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

制作防水粉料；

制作防水纤维料；

将防水粉料和防水纤维料混合均匀，即制得所述掺和料；

其中，所述防水粉料的制作步骤具体包括：将粉状或者颗粒状的活性二氧化硅、碱溶性三氧化二铝和助剂混合在一起，即得到所述防水粉料，所述防水粉料以重量百分比计，包括68～78％活性二氧化硅、8～16％碱溶性三氧化二铝、其余为助剂，所述助剂包括Fe₂O₃、NaCl和MgO；

所述防水纤维料的制作步骤具体包括：

S1、制作裂缝修复球，所述裂缝修复球包括遇水降解的囊壁和包裹在所述囊壁外的阻水保护壁，所述囊壁内填充有所述防水粉料；

S2、将多根纤维丝包裹在各个裂缝修复球外，形成长段的长纤维段，实现各个裂缝修复球的固定，固定后各个裂缝修复球呈线性排列；

S3、将长纤维段切割成2～4cm的小段，得到防水纤维料。

5.根据权利要求4所述的用于提高混凝土密实性的掺和料的加工工艺，其特征在于，所述防水纤维料的制作步骤中，纤维丝包裹裂缝修复球之前，纤维丝采用未凝固的胶凝材料包裹在其外表面，当带有胶凝材料的纤维丝包裹裂缝修复球后，将包裹有裂缝修复球的纤维丝放置一段时间，至胶凝材料凝固。

6.根据权利要求4所述的用于提高混凝土密实性的掺和料的加工工艺，其特征在于，所述囊壁采用糯米纸材料制成。

7.用于提高混凝土密实性的掺和料的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

将如权利要求1所述的掺和料掺入水泥中，并混合均匀；

将混有所述掺和料的水泥拌合成混凝土使用。

8.根据权利要求7所述的用于提高混凝土密实性的掺和料的施工方法，其特征在于，所述掺和料相对水泥的掺入重量百分比为x％，0＜x≤50。

9.根据权利要求8所述的用于提高混凝土密实性的掺和料的施工方法，其特征在于，所述掺和料相对水泥的掺入重量百分比为x％，0＜x≤20。

10.根据权利要求9所述的用于提高混凝土密实性的掺和料的施工方法，其特征在于，所述掺和料相对水泥的掺入重量百分比为6％。

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