CN111847976B - 一种混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用，其主要组分为：硬脂酸钠、偶联剂、膨润土、高岭土、改性硅灰和改性聚酯纤维。通过硬脂酸钠提升混凝土的抗裂性能的同时，引入硅烷偶联剂提升其抗渗性能，另外多种矿物组份，可有效调节水泥的水化进程、改善混凝土孔隙结构和机械力学性能，提高混凝土抗裂性能的同时，提升混凝土的抗渗性能。与此同时，采用改性聚酯纤维，提高混凝土的韧性，限制了外力作用下的混凝土裂缝的扩展，可有效避免混凝土的收缩开裂和自收缩开裂。新型混凝土抗裂防渗复合添加具有经济性能好、性能优异及绿色环保等特点，可以带来显著地经济和社会效益。

Description

一种混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种混凝土添加剂，尤其涉及一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用。

背景技术

作为最大宗的建筑材料，混凝土具有优异的力学性能、耐久性能和可塑性，已被广泛应用于各类建筑工程中，如公路、桥梁、隧道、地下室、管道、水池、水塔等。然而，随着混凝土结构向高性能方向发展，低水胶比混凝土的高收缩性导致混凝土的开裂、渗漏问题日益突出。据资料统计表明，当前我国城市建筑物的渗水率约为60%，竣工的漏水房屋高达37%，每年城市建筑物渗漏维修费用高达12亿元以上。

为了解决混凝土的渗漏问题，我国先后开发了级配集料防水混凝土、富砂浆防水混凝土和外加剂防水混凝土，试图通过增加混凝土的密实性来解决自防水问题。然而，由于普通混凝土脆性大，其的抗拉强度仅为抗压强度的1/10~1/20,存在易收缩开裂的致命弱点，虽然一般防水混凝土的抗渗等级可达S6～S12，但往往达不到整体防水效果，其症结不在于混凝土本身的抗渗等级，而在于能混凝土抗裂，混凝土不开裂或把裂缝控制在无害程度（宽度小于0.1mm）范围内，整体防水才能得到保证。因此，影响混凝土耐久性的重要因素是混凝土的开裂问题，它是水泥混凝土百余年来都未能很好解决的技术难题。

混凝土的开裂主要是由于混凝土体积发生变化引起，而混凝土的体积变化是一个复杂的物理、化学和物理化学过程。为减小和消除混凝土裂缝，提高混凝土的抗裂防渗性能，应尽量保持混凝土体积的稳定性。就混凝土材料而言，可以通过提高混凝土自身的抗拉强度和拉伸极限应变实现，例如，采用多功能抗裂防渗剂的减缩降温或高弹性模量合成纤维(钢纤维、碳纤维或合成纤维)提高混凝土的整体抗拉应力、改善混凝土的抗裂防渗性能。钢纤维、碳纤维的价格昂贵，高弹性模量合成纤维的抗拉强度又较低，且纤维在混凝土中易打结、难以达到均匀分散，因此纤维混凝土的使用受到一定限制。

基于现有混凝土抗裂防渗技术存在的诸多问题，本发明拟提出一种新型的混凝土复合抗裂添加剂的制备方法，该添加剂属于非膨胀型抗裂剂，可通过采用混凝土抗裂防渗增强剂与常规原材料和优化配合比相结合，达到了减缩降温、抗裂防渗的双重目的。另外，新型混凝土抗裂防渗添加剂还具有绿色环保、制备简单、易操作、掺量低、经济廉价等优点，能够带来显著的社会和经济效益。

发明内容

发明目的：基于现有混凝土抗裂防渗技术存在的诸多问题，本发明拟提出一种制备工艺简单、成本较低的新型的混凝土复合抗裂添加剂，通过采用新型添加剂与常规混凝土原材料进行优化配合，达到了减缩降温、抗裂防渗的双重目的。本发明的目的是提供该添加剂的制备及应用方法。

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用，其中包含的主要组分为：硬脂酸钠、偶联剂、膨润土、高岭土、改性硅灰和改性聚酯纤维。

具体的，本发明所述的添加剂，按质量百分比计，各组分含量为：20-50份硬脂酸钠、20-30份偶联剂、5-20份膨润土、5-20份高岭土、5-10份改性硅灰和10-20份改性聚酯纤维。

所述硬脂酸钠为白色粉末或固体颗粒，其作用是在水泥水化过程中，与水发生反应产生絮状凝胶，粘结水泥水化产物水化硅酸钙、水化铝酸钙等凝胶体，是混凝土形成一个凝胶整体，提升混凝土的抗裂性能。

所述偶联剂为乙烯基十八烷基硅酸酯固态偶联剂。该偶联剂的硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。在混凝土中，偶联剂的极性基团可有效与水化硅酸钙相连接，非极性基团朝外排布，在混凝土孔隙中起到抑制水分传输的作用，可有效提高混凝土的抗渗性。

所述膨润土，细度要求小于1µm，其中蒙脱石含量大于80%，所述高岭土为纳米高岭土或偏高岭土，比表面积大于400m²/kg，膨润土和偏高岭土的作用是改善水泥水化，提高混凝土密实性和机械力学性能，提高混凝土抗裂性和抗渗性能。

所述改性硅灰，比表面积大于500m²/kg，活性二氧化硅含量大于50%，其作用是与水泥的水化产物氢氧化钙在水的作用下发生反应，形成水化硅酸钙凝胶体，填充已经形成的混凝土孔隙，进一步提高混凝土的密实性，增强混凝土的抗渗性和强度。

所述的改性聚酯纤维，其长度范围为10-20mm，直径范围为5µm-20µm，改性的目的是在聚酯大分子中引入具有一定亲水功能的极性基团，以增强纤维在混凝土中的相容性，提高纤维与水泥浆体之间的粘结力。改性纤维在混凝土的整体目的是提高混凝土的韧性，在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展，降低混凝土收缩开裂的风险。

本发明提供了一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用，其特点在于：将计量好的硬脂酸钠、偶联剂、膨润土、高岭土、改性硅灰送入搅拌机进行增压、升温混合，根据需要计量分配到包装袋中，再将所需改性聚酯纤维计量投入已装好粉剂袋中封口即可。

本发明还提供了一种新型的混凝土复合抗裂添加剂在混凝土中应用，其掺量为混凝土胶凝材料总质量的5%~10%。

效果和优势：与现有技术相比，本发明提出的增韧抗渗添加剂，在发挥硬脂酸钠抗裂性能的同时，通过引入硅烷偶联剂提升混凝土的抗渗性能，同时还掺入了多种矿物成分，可有效调节水泥的水化进程、改善混凝土孔隙结构和机械力学性能，提高混凝土抗裂性能的同时，提升混凝土的抗渗性能。与此同时，采用改性聚酯纤维，提高混凝土的韧性，限制了外力作用下的混凝土裂缝的扩展，可有效避免混凝土的收缩开裂和自收缩开裂。除此之外，新型混凝土抗裂防渗复合添加还具有经济性能好、性能优异及绿色环保等优点。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用，各组分及其质量百分比如下：

20份白色粉末状硬脂酸钠；30份乙烯基十八烷基硅酸酯；5份膨润土,细度为0.8µm，其中蒙脱石含量大于87%；20份高岭土，比表面积为470m²/kg；5份改性硅灰，比表面积为550 m²/kg；20份改性聚酯纤维，长度为10mm，纤维直径为5µm。

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加的制备方法如下：

将计量好的硬脂酸钠、偶联剂、膨润土、高岭土、改性硅灰送入搅拌机进行增压0.5MPa、升温至45℃混合，根据需要计量分配到包装袋中，再将所需改性聚酯纤维计量投入已装好粉剂袋中封口备用。

实施例2

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用，各组分及其质量百分比如下：

30份白色粉末状硬脂酸钠；20份乙烯基十八烷基硅酸酯；20份膨润土,细度为0.8µm，其中蒙脱石含量大于87%；10份高岭土，比表面积为470m²/kg；10份改性硅灰，比表面积为550 m²/kg；10份改性聚酯纤维，长度为10mm，纤维直径为5µm。

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加的制备方法如下：

将计量好的硬脂酸钠、偶联剂、膨润土、高岭土、改性硅灰送入搅拌机进行增压0.3MPa、升温至48℃混合，根据需要计量分配到包装袋中，再将所需改性聚酯纤维计量投入已装好粉剂袋中封口备用。

实施例3

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用，各组分及其质量百分比如下：

40份白色粉末状硬脂酸钠；20份乙烯基十八烷基硅酸酯；10份膨润土,细度为0.8µm，其中蒙脱石含量大于87%；5份高岭土，比表面积为470m²/kg；15份改性硅灰，比表面积为550 m²/kg；10份改性聚酯纤维，长度为15mm，纤维直径为10µm。

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加的制备方法如下：

将计量好的硬脂酸钠、偶联剂、膨润土、高岭土、改性硅灰送入搅拌机进行增压0.1MPa、升温至55℃混合，根据需要计量分配到包装袋中，再将所需改性聚酯纤维计量投入已装好粉剂袋中封口备用。

实施例4

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用，各组分及其质量百分比如下：

50份白色粉末状硬脂酸钠；20份乙烯基十八烷基硅酸酯；5份膨润土,细度为0.8µm，其中蒙脱石含量大于87%；5份高岭土，比表面积为470m²/kg；10份改性硅灰，比表面积为550 m²/kg；10份改性聚酯纤维，长度为20mm，纤维直径为20µm。

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加的制备方法如下：

将计量好的硬脂酸钠、偶联剂、膨润土、高岭土、改性硅灰送入搅拌机进行增压0.5MPa、升温至45℃混合，根据需要计量分配到包装袋中，再将所需改性聚酯纤维计量投入已装好粉剂袋中封口备用。

实施例5

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备及应用，各组分及其质量百分比如下：

30份白色粉末状硬脂酸钠；20份乙烯基十八烷基硅酸酯；15份膨润土,细度为0.8µm，其中蒙脱石含量大于87%；15份高岭土，比表面积为470m²/kg；15份改性硅灰，比表面积为550 m²/kg；5份改性聚酯纤维，长度为15mm，纤维直径为10µm。

一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的制备方法如下：

将计量好的硬脂酸钠、偶联剂、膨润土、高岭土、改性硅灰送入搅拌机进行增压0.5MPa、升温至40℃混合，根据需要计量分配到包装袋中，再将所需改性聚酯纤维计量投入已装好粉剂袋中封口备用。

为了测试实施例1-5新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的性能，各实施例所制备的混凝土抗裂防渗复合添加剂掺量为混凝土中胶凝材料总的5%掺入，然后对混凝土各样品进行测试，混凝土样品测试按照国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB∕T50082-2009）中规定的方法进行，性能试验结果见表1。

表1实施例1-5新型混凝土抗裂防渗复合添加剂掺量5%的性能测试结果

试验项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						抗裂性能	>P12	>P12	>P12	>P12	>P12
降低自收缩	35%	40%	38%	30%	45%
						渗水高度	9cm	7cm	6.5cm	10cm	6cm
抗压强度比	110%	120%	120%	105%	135%

为了测试实施例1-5新型混凝土抗裂防渗复合添加剂的性能，各实施例所制备的混凝土抗裂防渗复合添加剂掺量为混凝土中胶凝材料总的10%掺入，然后对混凝土各样品进行测试，混凝土样品测试按照国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB∕T50082-2009）中规定的方法进行，性能试验结果见表2。

表2实施例1-5新型混凝土抗裂防渗复合添加剂掺量10%的性能测试结果

试验项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						抗裂性能	>P12	>P12	>P12	>P12	>P12
降低自收缩	39%	48%	42%	33%	55%
						渗水高度	7cm	5cm	4.5cm	9cm	3cm
抗压强度比	140%	170%	150%	125%	185%

从表1和表2中结果可以看出，掺加本发明提供的添加剂的混凝土抗裂性能和抗渗性能均有所提升，混凝土自收缩率明显降低，抗压强度明显增大，且随着掺量的增加，混凝土的各项性能均有所改善，说明本发明提供的一种新型混凝土抗裂防渗复合添加剂具有良好的效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种混凝土复合抗裂防渗添加剂的制备方法，其特种在于：将20-50份硬脂酸钠、20-30份乙烯基十八烷基硅酸酯固态偶联剂、5-20份膨润土、5-20份偏高岭土和5-10份改性硅灰依次送入搅拌机进行增压、升温混合，根据需要计量分配到包装袋中，再将所需10-20份改性聚酯纤维计量投入封装。

2.如权利要求1所述的一种混凝土复合抗裂防渗添加剂，其特征在于，硬脂酸钠为白色粉末或固体颗粒。

3.如权利要求1所述的一种混凝土复合抗裂防渗添加剂，其特征在于，膨润土细度要求小于1µm，其中蒙脱石含量大于80%。

4.如权利要求1所述的一种混凝土复合抗裂防渗添加剂，其特征在于，偏高岭土比表面积大于400m²/kg。

5.如权利要求1所述的一种混凝土复合抗裂防渗添加剂，其特征在于，改性硅灰比表面积大于500m²/kg，活性二氧化硅含量大于50%。

6.如权利要求1所述的一种混凝土复合抗裂防渗添加剂，其特征在于，改性聚酯纤维长度范围为10-20mm，直径范围为5µm-20µm。

7.权利要求1~6中任意一项所述的一种混凝土复合抗裂添加剂制备方法制备的添加剂的应用，其特征在于，添加剂掺量为混凝土胶凝材料总质量的5%~10%。