CN111777353A - 一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂及其制备方法，包括纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、可溶性有机铁盐、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯。其中，纳米二氧化硅微珠可起到微集料填充效应，增加胶结浆体密实度，其活性可改善透水混凝土胶结浆体与骨料的界面区域提升粘接强度。玻璃化微珠可提高透水混凝土的流动性。可溶性有机铁盐利用有机酸的羧酸基团对铁离子的配位作用，提高铁离子在水中的溶解稳定性，防止铁离子与水溶液中的氢氧根反应形成絮状沉淀从而造成透水混凝土砼拌合物的假凝现象，而水化后期铁离子与透水混凝土中的氢氧根离子逐渐形成不溶性无定形沉淀，封堵水泥固化物中的微孔隙，提升耐久性及抑制范碱。

Description

一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体地，本发明涉及一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂及其制备方法。

背景技术

随着我国“海绵城市”城市建设的推广，透水混凝土路面铺装工程也越来越多。之前透水混凝土路面施工主要是现场搅拌生产为主，存在产量小，计量困难，现场拌合粉体污染大，对现场施工场地要求高，不同施工队生产质量不稳定等缺陷。随着市区工程的增多，许多施工现场不满足现场搅拌生产的条件，因此采用商混站预拌透水混凝土后运输到现场浇筑的施工方式。但是，商混站目前使用外加剂制作的透水混凝土普遍存在其拌合物为干硬性，并且凝结速度快，导致不能使用普通混凝土搅拌车运输与卸料。通常只能采用农用自卸式平板车运输，因此供料半径小，通常运输距离为拌合物出机半小时以内。极大的限制的商混站预拌透水混凝土的推广与发展。

基于上述缺陷，有必要提供一种外加剂以增加预拌透水混凝土的可施工时间。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种提高透水混凝土拌合物流动性与集料粘聚性，并且大幅增加预拌透水混凝土的可施工时间的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，包括以下组分：纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、可溶性有机铁盐、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述水性封闭多异氰酸酯为非离子型水性封闭多异氰酸酯，其NCO含量为5～6.2％，pH为6～10，粘度为≤400mPa.s。

在以上技术方案的基础上，优选的，水性封闭多异氰酸酯的解封温度为60～75℃。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述纳米二氧化硅微珠包括气相法二氧化硅、沉淀法白炭黑以及硅灰中的一种或多种。

在以上技术方案的基础上，优选的，玻璃化微珠包括200～600目的玻璃微珠和/或粉煤灰微珠。

在以上技术方案的基础上，优选的，水溶性高分子聚合物包括羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、文莱胶、卡波树脂和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括减水剂、引气剂、缓凝剂以及早强剂。

进一步优选的，减水剂包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、萘系减水剂，聚羧酸系减水剂与三聚氰胺类减水剂中的一种或几种；可溶性有机铁盐包括甲酸铁和/或乙酸铁；引气剂包括三萜皂苷、a-烯基磺酸钠、脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种；缓凝剂包括单氟磷酸钠、二乙醇单异丙醇胺、葡萄糖酸钠、2,3-二羟基丁二酸中的一种或几种；早强剂包括钼酸铵、三乙醇胺乙酸盐、三乙醇胺硫酸盐、硫氰酸钠中的一种或几种。

进一步优选的，纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯、减水剂、可溶性有机铁盐、引气剂、缓凝剂以及早强剂的质量比为60～70:10～20:0.2～1.2:5～6:5～10:2～3:0.1～0.2:0.5～2:1～5。

本发明还提供了一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂的制备方法，括以下步骤：

S1、将减水剂、水溶性高分子聚合物、可溶性有机铁盐、缓凝剂、早强剂搅拌混合后继续加入纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠，继续搅拌后加入水性封闭封闭多异氰酸酯即得增强外加剂。

本发明的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，包括纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、水溶性高分子聚合物以及水性封闭多异氰酸酯，其中，玻璃化微珠可提高透水混凝土的流动性，纳米二氧化硅微珠和水溶性高分子聚合物可提高透水混凝土的集料粘聚性，如此，可大幅增加预拌透水混凝土的可施工时间，生产的预拌高流态透水混凝土可实现普通混凝土搅拌车运输与卸料；

(2)本发明的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，在使用时，利用水泥搅拌过程中放热，水泥发生水合反应，CaO反应放热，为水性封闭多异氰酸酯的解封反应提供加热和碱性催化条件，封闭型多异氰酸酯解封，其分子相互之间及与水泥水化产物，如水化硅酸钙表面羟基发生交联，形成空间网状结构，大幅提高粘结强度，使透水混凝土也能够达到普通C20、C25、C30混凝土的强度，使透水混凝土的应用范围拓展，也提高了混凝土的利用率；

(3)本发明的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，还包括可溶性有机铁盐，可溶性有机铁盐利用有机酸的羧酸基团对铁离子的配位作用，提高铁离子在水中的溶解稳定性，防止铁离子迅速与水溶液中的氢氧根反应形成絮状沉淀从而造成植生砼拌合物的假凝现象，可在预拌高流态透水混凝土水化的初期不影响砼的施工性能。有机铁盐中的铁离子通过有机酸的缓释作用，持续的与水泥水化产物中的微溶性氢氧化钙反应，有效抑制表面泛碱及增加密实度；

(4)本发明的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠的协同滚珠润滑效应，有效降低骨料间的摩擦阻力，实现高流态效果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，包括以下组分：纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯、减水剂、可溶性有机铁盐、引气剂、缓凝剂以及早强剂；其中，纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯、减水剂、可溶性有机铁盐、引气剂、缓凝剂以及早强剂的质量比为60:10:0.2:5:5:2:0.1:0.5:1；

上述水性封闭多异氰酸酯为非离子型水性封闭多异氰酸酯，其NCO含量为5％，pH为6，粘度为250mPa.s。实际中，水性封闭多异氰酸酯NCO含量在5～6.2％能有效的相互交联固化但又不至于反应速度过快过于剧烈，pH为6～10不影响水泥水化固化，粘度为≤400mPa.s粘度较稀易于混合。

上述水性封闭多异氰酸酯的解封温度为60℃。水性封闭多异氰酸酯的解封温度为60～75℃。较低的解封温度有利于在利用混凝土水泥水化的放热逐渐缓慢解封，释放出异氰酸NCO基团，NCO在遇水后相互之间产生交联固化反应。

上述纳米二氧化硅微珠包括气相法二氧化硅、沉淀法白炭黑以及硅灰中的一种或多种；在本实施例中纳米二氧化硅微珠为气相法二氧化硅；

上述玻璃化微珠为200～600目的玻璃微珠。

上述水溶性高分子聚合物包括羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、文莱胶、卡波树脂和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。在本实施例中水溶性高分子聚合物采用羟丙基甲基纤维素。

上述减水剂包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、萘系减水剂，聚羧酸系减水剂与三聚氰胺类减水剂中的一种或几种；在本实施例中减水剂采用聚羧酸系减水剂，在实际中萘系减水剂不与聚羧酸系减水剂同时使用；

上述可溶性有机铁盐为甲酸铁；

上述引气剂包括三萜皂苷、a-烯基磺酸钠、脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种；在本实施例中引气剂采用三萜皂苷；

上述缓凝剂包括单氟磷酸钠、二乙醇单异丙醇胺、葡萄糖酸钠、2,3-二羟基丁二酸中的一种或几种；在本实施例中缓凝剂采用单氟磷酸钠；

上述早强剂包括钼酸铵、三乙醇胺乙酸盐、三乙醇胺硫酸盐、硫氰酸钠中的一种或几种；在本实施例中早强剂采用钼酸铵；

上述用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、按质量比将减水剂、水溶性高分子聚合物、可溶性有机铁盐、缓凝剂、早强剂搅拌混合后继续加入纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠，继续搅拌后加入水性封闭封闭多异氰酸酯即得增强外加剂。

实施例2

一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，包括以下组分：纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯、减水剂、可溶性有机铁盐、引气剂、缓凝剂以及早强剂；其中，纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯、减水剂、可溶性有机铁盐、引气剂、缓凝剂以及早强剂的质量比为65:15:1:5:9:3:0.2:0.8:1；

上述水性封闭多异氰酸酯为非离子型水性封闭多异氰酸酯，其NCO含量为5.5％，pH为7，粘度为350mPa.s。

上述水性封闭多异氰酸酯的解封温度为65℃。

上述纳米二氧化硅微珠包括气相法二氧化硅、沉淀法白炭黑以及硅灰中的一种或多种；在本实施例中纳米二氧化硅微珠为沉淀法白炭黑以及硅灰；

上述玻璃化微珠为粉煤灰微珠。

上述水溶性高分子聚合物包括羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、文莱胶、卡波树脂和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。在本实施例中水溶性高分子聚合物采用羧甲基纤维素与文莱胶的混合物。

上述减水剂包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、萘系减水剂，聚羧酸系减水剂与三聚氰胺类减水剂中的一种或几种；在本实施例中减水剂采用木质素磺酸钠与萘系减水剂的混合物，在实际中萘系减水剂不与聚羧酸系减水剂同时使用；

上述可溶性有机铁盐为乙酸铁；

上述引气剂包括三萜皂苷、a-烯基磺酸钠、脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种；在本实施例中引气剂采用a-烯基磺酸钠与脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠的混合物；

上述缓凝剂包括单氟磷酸钠、二乙醇单异丙醇胺、葡萄糖酸钠、2,3-二羟基丁二酸中的一种或几种；在本实施例中缓凝剂采用二乙醇单异丙醇胺与葡萄糖酸钠的混合物；

上述早强剂包括钼酸铵、三乙醇胺乙酸盐、三乙醇胺硫酸盐、硫氰酸钠中的一种或几种；在本实施例中早强剂采用三乙醇胺乙酸盐与三乙醇胺硫酸盐的混合物；

上述用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、按质量比将减水剂、水溶性高分子聚合物、可溶性有机铁盐、缓凝剂、早强剂搅拌混合后继续加入纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠，继续搅拌后加入水性封闭封闭多异氰酸酯即得增强外加剂。

实施例3

一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，包括以下组分：纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯、减水剂、可溶性有机铁盐、引气剂、缓凝剂以及早强剂；其中，纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯、减水剂、可溶性有机铁盐、引气剂、缓凝剂以及早强剂的质量比为70:20:1.2:6:10:3:0.2:2:5；

上述水性封闭多异氰酸酯为非离子型水性封闭多异氰酸酯，其NCO含量为6.2％，pH为8，粘度为400mPa.s。

上述水性封闭多异氰酸酯的解封温度为75℃。

上述纳米二氧化硅微珠包括气相法二氧化硅、沉淀法白炭黑以及硅灰中的一种或多种；在本实施例中纳米二氧化硅微珠为沉淀法白炭黑以及硅灰；

上述玻璃化微珠为粉煤灰微珠。

上述水溶性高分子聚合物包括羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、文莱胶、卡波树脂和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。在本实施例中水溶性高分子聚合物采用卡波树脂和聚乙烯吡咯烷酮。

上述减水剂包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、萘系减水剂，聚羧酸系减水剂与三聚氰胺类减水剂中的一种或几种；在本实施例中减水剂采用三聚氰胺类减水剂，聚羧酸系减水剂的混合物，在实际中萘系减水剂不与聚羧酸系减水剂同时使用；

上述可溶性有机铁盐为乙酸铁；

上述引气剂包括三萜皂苷、a-烯基磺酸钠、脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种；在本实施例中引气剂采用脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠；

上述缓凝剂包括单氟磷酸钠、二乙醇单异丙醇胺、葡萄糖酸钠、2,3-二羟基丁二酸中的一种或几种；在本实施例中缓凝剂采用葡萄糖酸钠、2,3-二羟基丁二酸的混合物；

上述早强剂包括钼酸铵、三乙醇胺乙酸盐、三乙醇胺硫酸盐、硫氰酸钠中的一种或几种；在本实施例中早强剂采用三乙醇胺硫酸盐与硫氰酸钠的混合物；

上述用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、按质量比将减水剂、水溶性高分子聚合物、可溶性有机铁盐、缓凝剂、早强剂搅拌混合后继续加入纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠，继续搅拌后加入水性封闭封闭多异氰酸酯即得增强外加剂。

上述用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂的使用方法为：

S1、预拌高流态透水混凝土投料按配合比进行，按照1650份石子骨料，360份水泥添加14～18份增强剂的比例进行；

S2、在搅拌机料斗中先投一部分石子，再投水泥、增强外加剂，然后再投剩下的石子，即保持水泥、增强剂放置在石子中间位置；

S3、按照100份水泥加入28～35份的水，先在空机中放用水量的20～40％，空机搅拌，再提升料斗进料，在搅拌中分多次加水，直到水灰比完成计量，搅拌均匀，手松开后，浆体包裹完全，骨料间有一定的滑动性；

S4、从投料到出料，SJ350型搅拌机为4分钟；SJ500型强制式搅拌机为3.5分钟；

S5、搅拌好的成品料出机后应及时使用混凝土搅拌车运到施工现场，1小时以内运到现场施工为宜。

对比例1

一种增强外加剂，包括以下组分：纳米二氧化硅微珠、减水剂、引气剂、缓凝剂以及早强剂；其中，纳米二氧化硅微珠、减水剂、引气剂、缓凝剂以及早强剂的质量比为90:8:0.2:0.8:1；

上述减水剂包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、萘系减水剂，聚羧酸系减水剂与三聚氰胺类减水剂中的一种或几种；在本实施例中减水剂采用萘系减水剂，木质素磺酸钙的混合物，在实际中萘系减水剂不与聚羧酸系减水剂同时使用；

上述引气剂包括三萜皂苷、a-烯基磺酸钠、脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种；在本实施例中引气剂采用脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠；

上述缓凝剂包括单氟磷酸钠、二乙醇单异丙醇胺、葡萄糖酸钠、2,3-二羟基丁二酸中的一种或几种；在本实施例中缓凝剂采用葡萄糖酸钠、2,3-二羟基丁二酸的混合物；

上述早强剂包括钼酸铵、三乙醇胺乙酸盐、三乙醇胺硫酸盐、硫氰酸钠中的一种或几种；在本实施例中早强剂采用三乙醇胺硫酸盐与硫氰酸钠的混合物；

上述对比增强外加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、按质量比将减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂搅拌混合后继续加入纳米二氧化硅微珠即得增强外加剂。

上述对比增强外加剂的使用方法为：

S1、预拌透水混凝土投料按配合比进行，按照1650份石子骨料，360份水泥添加14～18份增强剂的比例进行；

S2、在搅拌机料斗中先投一部分石子，再投水泥、增强外加剂，然后再投剩下的石子，即保持水泥、增强剂放置在石子中间位置；

S3、按照100份水泥加入30～40份的水，先在空机中放用水量的20～40％，空机搅拌，再提升料斗进料，在搅拌中分多次加水，直到水灰比完成计量，搅拌均匀，手松开后，浆体包裹完全，骨料间有一定的粘聚性可手捏成团；

S4、从投料到出料，SJ350型搅拌机为4分钟；SJ500型强制式搅拌机为3.5分钟；

S5、搅拌好的成品料出机后应及时使用翻斗自卸运输车运到施工现场，0.5小时以内运到现场施工为宜。

将上述实施例1～3以及对比例1制备得到的增强外加剂，按照石子：水泥：增强外加剂：水质量比为1650:360:15:126进行混合使用，并分别测试其坍落度(mm)、28d抗压强度(Mpa)以及28d抗折强度(Mpa)，实验结果如下表1所示。

表1-不同实施例制备得到的增强外加剂的性能

由上述实施例可知本发明制备得到的增强外加剂与石子、水泥混合使用后可增加混凝土的坍落度、抗压强度以及抗折强度，进而提高混凝土性能，且实施例中增强外加剂在配置混凝土过程中可使用搅拌罐车运输，而对比例则使用翻斗自卸车运输。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，其特征在于，包括以下组分：纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、可溶性有机铁盐、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯。

2.如权利要求1所述的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，其特征在于：所述水性封闭多异氰酸酯为非离子型水性封闭多异氰酸酯，其NCO含量为5～6.2％，pH为6～10，粘度为≤400mPa.s。

3.如权利要求1所述的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，其特征在于：水性封闭多异氰酸酯的解封温度为60～75℃。

4.如权利要求1所述的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，其特征在于：所述纳米二氧化硅微珠包括气相法二氧化硅、沉淀法白炭黑以及硅灰中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，其特征在于：玻璃化微珠包括200～600目的玻璃微珠和/或粉煤灰微珠。

6.如权利要求1所述的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，其特征在于：水溶性高分子聚合物包括羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、文莱胶、卡波树脂和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

7.如权利要求1所述的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，其特征在于：还包括减水剂、引气剂、缓凝剂以及早强剂。

8.如权利要求7所述的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，其特征在于：减水剂包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、萘系减水剂，聚羧酸系减水剂与三聚氰胺类减水剂中的一种或几种；可溶性有机铁盐包括甲酸铁和/或乙酸铁；引气剂包括三萜皂苷、a-烯基磺酸钠、脂肪族聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种；缓凝剂包括单氟磷酸钠、二乙醇单异丙醇胺、葡萄糖酸钠、2,3-二羟基丁二酸中的一种或几种；早强剂包括钼酸铵、三乙醇胺乙酸盐、三乙醇胺硫酸盐、硫氰酸钠中的一种或几种。

9.如权利要求6所述的用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂，其特征在于：纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠、水溶性高分子聚合物、水性封闭多异氰酸酯、减水剂、可溶性有机铁盐、引气剂、缓凝剂以及早强剂的质量比为60～70:10～20:0.2～1.2:5～6:5～10:2～3:0.1～0.2:0.5～2:1～5。

10.一种用于预拌高流态透水混凝土的增强外加剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将减水剂、水溶性高分子聚合物、可溶性有机铁盐、缓凝剂、早强剂搅拌混合后继续加入纳米二氧化硅微珠、玻璃化微珠，继续搅拌后加入水性封闭多异氰酸酯即得增强外加剂。