CN113603385A

CN113603385A - 一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂及其制备方法

Info

Publication number: CN113603385A
Application number: CN202110909750.0A
Authority: CN
Inventors: 程福星; 辜振睿; 邓小旭; 张兆楠; 王海龙
Original assignee: Wuhan Sanyuan Speical Building Materials Co Ltd
Current assignee: Wuhan Sanyuan Speical Building Materials Co Ltd
Priority date: 2021-08-09
Filing date: 2021-08-09
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2041-08-09
Also published as: CN113603385B

Abstract

本发明公开了一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂及其制备方法，原料包括膨胀组分30～50wt％，防水组分35～55wt％，抑温组分5～15wt％；所述膨胀组分为三膨胀源膨胀剂，膨胀源包括氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙；所述防水组分包括钠基膨润土30～50wt％、矿物材增强剂34～67wt％、纳米二氧化硅1～8wt％、硬脂酸钙1～5wt％、保坍型聚羧酸减水剂1～3wt％；所述抑温组分包括温控组分50～90wt％和温控促进剂10～50wt％；所述温控组分为多糖水解改性制得；所述温控促进剂为硫酸盐。本发明的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，能有效降低混凝土温度裂缝的产生并补偿混凝土自身收缩带来的开裂风险，还能改善混凝土孔隙结构，提高密实度，提升混凝土的防水性能。

Description

一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料混凝土外加剂领域，具体涉及一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂及其制备方法。

背景技术

混凝土作为现代建筑物的主要材料，具有强度高、施工方便、原材料廉价易得等诸多优点，但该材料的缺点亦非常明显。水泥作为混凝土的主要胶凝材料，其水化过程中会产生大量热能，而混凝土作为一种传热的不良体，散热效果较差。当构筑物最小结构尺寸大于1m时，混凝土内部温度会急剧上升，最高可超过80℃，然而环境温度一般不会超过40℃，当混凝土内外温差大于25℃时，会导致温度裂缝的产生。相关研究表明，温度裂缝是当前混凝土结构物产生裂缝的主要原因，除此之外，水泥水化过程中产生的自身体积收缩也是导致裂缝产生的关键因素。裂缝作为混凝土材料的主要缺点，其不仅会影响建筑物结构安全性、美观性和耐久性，还会引起渗漏的发生，尤其对于地下结构、邻水建筑、防水功能建筑对裂缝的控制就显得尤为重要，此外，混凝土材料的密实度对其抗渗性能也十分重要。

水化热抑制剂能有效降低水泥的水化放热速率，减小混凝土内部温峰值，从而预防温度裂缝的产生，是一种新型有效的混凝土防裂技术手段。但当前水化热抑制剂大规模推广应用较少，主要原因是其在使用过程中存在易导致超缓凝、水化热抑制效果差、抑温材料服役环境温度敏感性大、混凝土早期强度低、成本高等问题。因此，针对上述问题，急需开发新型水化热抑制型材料。同时，针对混凝土自身体积收缩问题，膨胀剂可起到有效补偿收缩的作用，进一步降低混凝土裂缝的产生，但传统单一氧化钙、硫铝酸钙类膨胀源膨胀剂存在膨胀能发展迅速、后期膨胀量小、需水量大、水化产物不稳定等问题，而氧化镁膨胀剂存在膨胀量小、后期膨胀持续时间过长、降低混凝土强度、价格昂贵等问题，开发多膨胀源膨胀剂可有效改善上述问题。

此外，混凝土作为一种非匀质性材料，其内部有大量的孔隙，当密实度达不到要求时，会引起水渗漏的产生。因此，混凝土要满足较高的抗渗性能，必须同时满足抗裂和密实两个要求，基于此，开发一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂来改善混凝土开裂和渗漏的问题，并可工业化批量使用是当前建筑行业发展的迫切需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，解决混凝土构筑物易出现温度裂缝和渗漏的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，原料包括膨胀组分30～50wt％，防水组分35～55wt％，抑温组分5～15wt％；所述膨胀组分为三膨胀源膨胀剂，膨胀源包括氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙；所述防水组分包括钠基膨润土30～50wt％、矿物材增强剂34～67wt％、纳米二氧化硅1～8wt％、硬脂酸钙1～5wt％、保坍型聚羧酸减水剂1～3wt％；所述抑温组分包括温控组分50～90wt％和温控促进剂10～50wt％；所述温控组分为多糖水解改性制得；所述温控促进剂为硫酸盐。

进一步的，所述膨胀组分含有CaO 43.2～48.5wt％，MgO 21.8～25.4wt％，SO₃10.2～14.3wt％。

进一步的，所述膨胀组分由如下质量份数的生料原料制成：白云石粉80份，铁渣粉3份，铝矾土粉6份，磷石膏粉11份。

进一步的，所述膨胀组分的制备方法如下：

S1.将所述生料原料混合均匀，加水制成生料颗粒，于105℃下烘干；

S2.将生料颗粒置于高温炉中，经升温1h至1350℃，煅烧0.5h后自然冷却；

S3.将煅烧产物粉磨至比表面积为200～350m²/kg，即得成品。

所述膨胀组分为三膨胀源体系膨胀剂，该膨胀剂不仅可发挥氧化钙、硫铝酸钙类膨胀剂的早期膨胀快、抗裂效果明显的特点，还能利用氧化镁膨胀剂产生的延续膨胀的作用，使得混凝土内部产生持续微膨胀，降低结构物收缩开裂的风险，同时，该膨胀剂充分利用低品位富镁矿产，扩大了原材料的来源，该三源体系膨胀剂能有效克服单组分膨胀剂存在的需水量大、水化产物稳定性差、膨胀窗口期短、膨胀能低、价格昂贵等不足，且其对混凝土力学性和工作性能无负面影响。

进一步的，所述钠基膨润土的比表面积≥400m²/kg、含水量≤10％、碱含量≤4.0％。

进一步的，所述矿物材增强剂由如下质量份数的原料制成：超细矿粉40份，硬石膏5份，粉煤灰54.999份，激发剂0.001份，所述激发剂为聚丙烯酰胺。

所述防水组分的防水功能由钠基膨润土、矿物材增强剂、纳米二氧化硅、硬脂酸钙和保坍型聚羧酸减水剂协同体现，其中钠基膨润土具有良好的保水性能，可降低混凝土自由水的散失，改善混凝土泌水性能，能显著减少有害孔道的产生；矿物材增强剂可利用其活性增强作用，在其水化过程中生成更多的水化产物，提高混凝土的密实性能；纳米二氧化硅主要起到晶核作用和堵塞胶凝孔的作用，可进一步提高混凝土的密实性能；硬脂酸钙作为一种良好的憎水材料，可起到降低静压下水的渗透速率；保坍型聚羧酸减水剂主要是满足混凝土工作性要求，同时也能进一步降低用水量，减少有害孔的产生，上述材料协同作用，增强混凝土材料的密实度，可极大提高防水效果。

进一步的，所述温控组分为多糖水解改性制得，所述多糖为醇羟基淀粉、羟丙基麦芽糊精、羟乙基纤维素中的一种。

进一步的，所述温控组分的制备方法如下：

S1.按质量份将所述多糖1份分散于50份1mol/L的盐酸溶液中，在20～30℃的条件下，均匀搅拌48h，后静置24h；

S2.滤除上层清液，下层固体置于40～80℃的真空干燥箱中烘干至恒重，得固体颗粒；

S3.将固体颗粒粉磨至比表面积为50～150m²/kg，即得成品。

进一步的，所述温控促进剂为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝中的一种。

所述温控组分主要经高分子有机物改性而来，经改性后，抑温效果大大提升；温控促进剂主要功能是激发温控组分的抑温效果，显著降低温控组分的掺量，不仅可有效避免抑温材料因掺量过大而导致的超缓凝现象，还能提高混凝土早期强度，提升产品的实用性。

本发明还提供一种上述水化热抑制型混凝土抗裂防水剂的制备方法，将30～50wt％的膨胀组分，35～55wt％的防水组分，5～15wt％的抑温组分分别加入干混搅拌机中搅拌均匀，即得水化热抑制型混凝土抗裂防水剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)掺入本发明的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂后，在不影响混凝土原本工作性能的前提下，可显著降低混凝土水化放热速率，减小内部温峰值，进而防止温度裂缝的产生，同时，混凝土7d抗压强度比大于95％、28d抗压强度比大于100％。

(2)本发明的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂温度敏感性好，在高温季节施工条件下，不影响工作性能和抑温效果。

(3)本发明的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂可使得混凝土内部产生持续微膨胀，降低结构物全生命周期的收缩开裂风险，同时可改善混凝土孔隙结构，极大提高混凝土的密实度，从而显著提升其防水性能。

附图说明

图1为本发明空白组与实施例1、对比例1、对比例2、对比例3的水泥净浆半绝热温升图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，包括膨胀组分40wt％、防水组分50wt％和抑温组分10wt％；其中膨胀组分为三膨胀源膨胀剂，防水组分包括钠基膨润土30wt％、矿物材增强剂63wt％、纳米二氧化硅3wt％、硬脂酸钙2wt％、保坍型聚羧酸减水剂2wt％，抑温组分包括温控组分60wt％和温控促进剂40wt％。

所述膨胀组分的制备方法如下：

S1.按质量份将白云石粉80份，铁渣粉3份，铝矾土粉6份，磷石膏粉11份混合均匀，加水15份制成生料颗粒，于105℃下烘干；

S3.将煅烧产物粉磨至比表面积为200～350m²/kg，即得成品。

所述矿物材增强剂包括超细矿粉40份，硬石膏5份，粉煤灰54.999份，激发剂0.001份，所述激发剂为聚丙烯酰胺。

所述温控组分为醇羟基淀粉水解改性制得，制备方法如下：

S1.按质量份将醇羟基淀粉1份分散于50份1mol/L的盐酸溶液中，在20～30℃的条件下，均匀搅拌48h，后静置24h；

S3.将固体颗粒粉磨至比表面积为50～150m²/kg，即得成品。

所述温控促进剂为硫酸钠。

将上述膨胀组分、防水组分、抑温组分分别加入干混搅拌机中搅拌均匀，即得水化热抑制型混凝土抗裂防水剂。

实施例2

一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于包括膨胀组分30wt％、防水组分55wt％和抑温组分15wt％，温控促进剂为硫酸钙。

实施例3

一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于包括膨胀组分50wt％、防水组分45wt％和抑温组分5wt％，温控组分为羟丙基麦芽糊精水解改性制得，温控促进剂为硫酸铝。

实施例4

一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于抑温组分包括温控组分90wt％和温控促进剂10wt％，温控组分为羟乙基纤维素水解改性制得，温控促进剂为硫酸镁。

实施例5

一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于防水组分包括40wt％钠基膨润土、49wt％矿物材增强剂、4wt％纳米二氧化硅、5wt％硬脂酸钙、2wt％保坍型聚羧酸减水剂。

实施例6

一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于防水组分包括50wt％钠基膨润土、45wt％矿物材增强剂、1wt％纳米二氧化硅、1wt％硬脂酸钙、3wt％保坍型聚羧酸减水剂。

对比例1

一种混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于温控组分为未经水解改性处理的醇羟基淀粉。

对比例2

一种混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于温控激发剂替换为惰性材双飞粉。

对比例3

一种混凝土抗裂防水剂，与实施例2的区别在于抑温组分为100wt％温控组分，无温控激发剂。

对比例4

一种混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于抑温组分替换为惰性材双飞粉。

对比例5

一种混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于膨胀组分替换为惰性材双飞粉。

对比例6

一种混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于防水组分替换为惰性材双飞粉。

对比例7

一种混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于膨胀组分替换为市售氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂。

对比例8

一种混凝土抗裂防水剂，与实施例1的区别在于膨胀组分替换为市售氧化镁膨胀剂。

对上述实施例1～6和对比例1～8制备的混凝土抗裂防水剂进行性能测试，包括：水泥净浆半绝热温升试验，混凝土工作性能及力学性能试验，膨胀性能试验和混凝土抗渗性能试验。参考的标准为团体标准《混凝土抑温抗裂防水剂》(征求意见稿)、国家标准GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、国家标准GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、国家标准GB/T23439-2017《混凝土膨胀剂》、行业标准JC/T474-2008《砂浆、混凝土防水剂》。

水泥净浆试验按照P·O 52.5水泥1415份、拌和水566份、防水剂70.5份制备。

砂浆限制膨胀率试验按照基准水泥450份、拌和水270份、标准砂1350份、防水剂45份制备。

混凝土试验按照拌合水175份、水泥190份、S95矿粉65份、II级粉煤灰85份、河砂777份、碎石1023份、减水剂6份、防水剂17.5份，其中，水泥为市售普通硅酸盐水泥，强度等级为P·O 42.5；河砂的含泥量为1.21％，泥块含量0.12％；碎石采用5～31.5mm连续级配，含泥量为0.38％。

各实施例和对比例的水泥净浆半绝热温升试验测试结果见表1，砂浆限制膨胀率结果见表2，混凝土工作性、力学性及抗渗性能结果见表3。其中空白组为不加防水剂试验。

表1水泥净浆半绝热温升试验结果

从表1和图1可以看出，掺入本发明的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，水泥净浆抑温率超过40％，温升5℃延迟时间均在10h以内，与空白组延迟时间相差5h以内。由实施例1与对比例2可以看出，温控激发剂可显著提高抑温率，由25.7％提高至46.4％。由实施例2与对比例3可以看出，当温控组分掺量提高时，极易导致超缓凝现象，不利于产品的正常使用，而温控激发剂不仅可提高抑温效果，还能解决超缓凝问题，节约成本。

表2砂浆限制膨胀率试验结果

从表2可以看出，本发明的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂有微膨胀功能，可弥补混凝土收缩带来开裂的风险。由实施例1与对比例7可以看出，三膨胀源膨胀剂相较于单一氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂，膨胀量相对较小，但不同的是膨胀周期较长，在180d龄期膨胀率还有增长，有利于持续补偿收缩，降低开裂风险，而后者在28d龄期后几乎无膨胀；由实施例1与对比例8可以看出，三膨胀源膨胀剂相较于单一氧化镁膨胀剂，膨胀量较大，有利于起到补偿收缩的作用。可见，本发明的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂有利于控制混凝土结构物开裂的发生。

表3混凝土性能测试试验结果

从表3可以看出，掺入本发明的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，在相同配合比下，坍落度相差不大；与空白组相比，本发明实施例的混凝土力学性能满足7d抗压强度比大于95％、28d抗压强度比大于100％，说明本发明的防水剂对混凝土力学性能无明显负面影响，可正常使用。与空白组相比，本发明实施例的混凝土渗透高度比小于40％，说明掺入本发明的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂可显著提高混凝土密实度，改善混凝土抗渗性能。

综上所述，掺入本发明的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂对混凝土的工作性能和力学性能无负面影响，不会导致超缓凝现象；可显著降低水化热，极大减小温度裂缝的产生概率；可提供持续微膨胀，降低混凝土收缩开裂的风险；可显著提高混凝土的密实性能，增强防水性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，其特征在于，原料包括膨胀组分30～50wt％，防水组分35～55wt％，抑温组分5～15wt％；

所述膨胀组分为三膨胀源膨胀剂，膨胀源包括氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙；

所述防水组分包括钠基膨润土30～50wt％、矿物材增强剂34～67wt％、纳米二氧化硅1～8wt％、硬脂酸钙1～5wt％、保坍型聚羧酸减水剂1～3wt％；

所述抑温组分包括温控组分50～90wt％和温控促进剂10～50wt％；所述温控组分为多糖水解改性制得；所述温控促进剂为硫酸盐。

2.根据权利要求1所述的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，其特征在于，所述膨胀组分含有CaO 43.2～48.5wt％，MgO 21.8～25.4wt％，SO₃ 10.2～14.3wt％。

3.根据权利要求1或2所述的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，其特征在于，所述膨胀组分由如下质量份数的生料原料制成：白云石粉80份，铁渣粉3份，铝矾土粉6份，磷石膏粉11份。

4.根据权利要求3所述的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，其特征在于，所述膨胀组分的制备方法如下：

S3.将煅烧产物粉磨至比表面积为200～350m²/kg，即得成品。

5.根据权利要求1所述的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，其特征在于，所述钠基膨润土的比表面积≥400m²/kg、含水量≤10％、碱含量≤4.0％。

6.根据权利要求1所述的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，其特征在于，所述矿物材增强剂由如下质量份数的原料制成：超细矿粉40份，硬石膏5份，粉煤灰54.999份，激发剂0.001份，所述激发剂为聚丙烯酰胺。

7.根据权利要求1所述的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，其特征在于，所述温控组分为多糖水解改性制得，所述多糖为醇羟基淀粉、羟丙基麦芽糊精、羟乙基纤维素中的一种。

8.根据权利要求1或7所述的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，其特征在于，所述温控组分的制备方法如下：

S3.将固体颗粒粉磨至比表面积为50～150m²/kg，即得成品。

9.根据权利要求1所述的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂，其特征在于，所述温控促进剂为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝中的一种。

10.权利要求1所述的水化热抑制型混凝土抗裂防水剂的制备方法，其特征在于，将30～50wt％的膨胀组分，35～55wt％的防水组分，5～15wt％的抑温组分分别加入干混搅拌机中搅拌均匀，即得水化热抑制型混凝土抗裂防水剂。