CN113929491B - 一种石灰石粉混凝土表面提强剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种石灰石粉混凝土表面提强剂及其制备方法与应用。该石灰石粉混凝土表面提强剂包括A组分和B组分,以质量百分数计,A组分由10%‑20%渗透膨胀组分、15‑25%硝酸钙、1‑3%助渗组分、10‑15%助结晶组分和余量的水组成;B组分由10‑20%渗透硬化组分、1‑2%防水组分和余量的水组成。本发明的混凝土表面提强剂具有提高混凝土的混凝土回弹强度、降低碳化深度、减弱碳化速度的效果,且制备和使用方法简单、成本低、适应性广。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土表面处理技术领域,尤其涉及一种石灰石粉混凝土表面提强剂及其制备方法与应用。
背景技术
混凝土是指用水泥作胶凝材料,砂、石作集料,与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合,经搅拌而得,广泛应用于土木工程。混凝土作为基础设施建设的大宗材料,所用原材料都是就地取材。目前,一直沿用水泥-矿粉-粉煤灰体系,但矿粉-粉煤灰的潜在火山灰活性会形成凝胶体系,使混凝土体系变的更加密实;并且随着大气环境治理的不断深入,煤电企业逐渐减少,作为煤电企业的副产品-煤灰日渐枯竭,面临无粉煤灰可用的状况。
人工砂石生产过程中产生的大量的石粉、石屑,将石灰石粉掺合到混凝土中,形成石灰石粉混凝土体系。不仅可以有效利用石粉石屑,降低生产成本,而且可以减少石粉、石屑带来的环境污染。在大掺量石灰石粉混凝土体系中,石灰石粉掺杂量可达到40%左右。但石灰石粉具有惰性,不易生成碳铝酸钙,会大幅度减弱混凝土体系密实度,从而使浆体表层富集碳酸钙,使该石灰石粉混凝土体系回弹强度低,碳化深度大幅度增加。而混凝土验收时主要是以回弹强度和碳化深度为验收凭证。
混凝土搅拌站企业为降低成本,将水泥用量用到很低,导致抗压强度一直富余系数不高,加之施工过程中工人乱加水及养护不到位等,导致混凝土回弹强度偏低,且碳化深度非常深,这就造成混凝土验收不合格情况屡屡发生,以C30及以下标号混凝土尤为严重。
专利CN108840595A使用石墨烯,会使混凝土表面变黑,色差很大。专利CN110482996A 要多次打磨后表层硬度自然提高,施工操作繁琐,并且使用毒性较强氟硅酸镁还会消耗部分氢氧化钙,影响碳化。专利CN111170765A借助海藻酸钠与钙离子形成凝胶特点,该表面增强剂体系引入海藻酸钠,设计浓度10-15%时,粘度会非常大不易使用,且硬化后孔道中溶解钙离子浓度非常低。同时体系中引入较大量的氟碳表面活性剂,其成本非常高。专利CN111269025A、CN111606736A分别加入较多的硫酸钠,溶解度较低,硫酸盐侵蚀风险增加,同时该表面增强剂施工养护周期太长。
因此,制备一种对大掺量石灰石粉混凝土适应性好的表面提强剂,既能提高密实度和回弹强度,又能减弱碳化速度和降低碳化深度,并且成本低廉,对于石灰石粉行业和石灰石粉基混凝土行业的长效发展有重要作用。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足,本发明提供了一种石灰石粉混凝土表面提强剂及其制备方法与应用,其解决了现有技术中存在的石灰石粉混凝土回弹强度低、碳化深度深的问题。
本发明一方面提供一种石灰石粉混凝土表面提强剂,包括A组分和B组分,以质量百分比计,A组分由10%-20%渗透膨胀组分、15-25%可溶性钙盐、1-3%助渗组分、10-15%助结晶组分溶液和余量的水组成;B组分由10-20%渗透硬化组分、1-2%防水组分和余量的水组成。
优选地,所述渗透膨胀组分为硝酸铁、亚硝酸铁、硫酸铁中的一种或两种。
优选地,所述可溶性钙盐为硝酸钙、亚硝酸钙、甲酸钙、亚硫酸氢钙中的一种。
优选地,所述助渗组分为AEO-3、OEP-70、磺化琥珀酸二辛酯钠盐中的一种或几种。
优选地,所述助结晶组分溶液中助结晶组分的化学结构通式如式Ⅰ所示:
式Ⅰ中,a、b、c、n均为整数;a:b:c=2-5:1:0.2-0.5;n=90-130;所述助结晶组分的粘均分子量为8000-20000,所述助结晶组分溶液的质量浓度为20%。
助结晶组分的粘均分子量在该范围内,可使得其与可溶性钙盐、渗透硬化组分形成的插层凝胶的纳米粒径在合适的范围内,约20nm-80nm左右;助结晶组分溶液的质量浓度高于20%会影响助结晶组分的结构,低于20%会影响其转化率。
优选地,所述渗透硬化组分由硅酸钠和硅酸锂的混合物组成,其中,硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式如式Ⅱ所示:
xNa2O·yLi2O·nSiO2 式Ⅱ
式Ⅱ中,x:y:n=0.2-0.5:1:1-3.5。
优选地,所述防水组分为甲基硅酸钠、甲基硅酸钾、多聚硅酸锂中的一种或两种。
本发明再一方面提供一种石灰石粉混凝土表面提强剂的制备方法,由如下步骤制备而成:
1)制备A组分:按配比分别称取A组分中原料,将原料混合后搅拌,得到A组分;
2)制备B组分:按配比分别称取B组分中原料,将原料混合后搅拌,得到B组分。
优选地,搅拌速度为10-300r/min,搅拌时间为10-30min。
本发明又一方面提供一种石灰石粉混凝土表面提强剂在石灰石粉混凝土中的应用。
优选地,所述石灰石粉混凝土表面提强剂在石灰石粉混凝土拆模后第2-10天使用;
使用时,先喷洒A组分,间隔10-30min后,再喷洒B组分,连续重复3-5次后,间隔1h后喷洒B组分1次。
本发明的技术原理:
1、渗透膨胀组分中的铁离子通过孔隙渗入混凝土内部,孔隙溶液受水泥水化影响显示强碱性,因此铁离子与孔隙溶液中氢氧根发生反应生成氢氧化铁凝胶;氢氧化铁凝胶膨胀堵塞毛细孔,不仅可增加混凝土的密实度,还会阻断混凝土碳化所需二氧化碳和水渗入混凝土内部,从而减弱碳化速度。
2、可溶性钙盐中钙离子渗入混凝土内部,使得孔隙溶液中钙离子浓度增加,伴随钙离子浓度不断增加,助结晶组分中的硅烷基和磺酸根富集钙离子形成钙-助结晶组分;随后,渗透硬化组分中的硅酸根渗入混凝土内部,硅酸根与钙-助结晶组分反应形成水化硅酸钙- 助结晶组分插层凝胶,该插层凝胶具有以下三方面的作用:
1)可提供水泥水化的晶核;
2)可促进硅酸根与钙-助结晶组份的沉淀反应;
以上两方面作用均可促进水泥-石灰石粉体系的水化,进而提高了混凝土的回弹强度和密实度;并且可使表面重新形成氢氧化钙,使得混凝土表面具备碱性环境,从而降低碳化深度;
3)可堵塞混凝土内部的毛细孔,不仅可增加混凝土的密实度,还会阻断混凝土碳化所需二氧化碳和水渗入混凝土内部,从而减弱碳化速度;
综上,该插层凝胶可抵消石灰石粉惰性材料的负面效应,增加混凝土的回弹强度和密实度,降低碳化深度,减弱碳化速度。
3、渗透硬化组分中的锂离子半径小,渗透能力强度,其水化产物不仅能堵塞毛细孔,而且锂离子还能加速水泥水化,从而进一步提高混凝土的回弹强度和密实度、降低碳化深度,减弱碳化速度。
4、防水组分不仅能有效降低水渗透,而且防水组分渗入毛细孔后的水化产物呈膨胀状态,进一步阻塞二氧化碳和水的进入,进一步减弱碳化速度。
5、助渗组分可加速钙离子、铁离子、硅酸根和锂离子的渗入,进而加速反应的进行。
综上,石灰石粉混凝土表面提强剂中的各组分在提高混凝土的回弹强度和密实度、降低碳化深度,减弱碳化速度方面具有协同增效。
由于采用上述技术方案,本发明具有以下有益效果:
1、本发明的混凝土表面提强剂具有提高混凝土的混凝土回弹强度、降低碳化深度、减弱碳化速度的效果;
2、助结晶组分和渗透硬化组分的复配,协同促进了水泥水化,从而进一步提高混凝土的回弹强度和密实度、降低碳化深度,减弱碳化速度;
3、本发明的制备和使用方法简单、成本低、适应性广,环保无毒、无甲醛、无挥发组分,混凝土表面喷涂后无色差、不起皮掉灰,在大掺量石灰石粉混凝土领域前景广阔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
实施例1石灰石粉混凝土表面增强剂的制备
A组分由10kg硝酸铁、15kg硝酸钙、1kg AEO-3(脂肪醇聚氧乙烯醚)、10kg助结晶组分溶液和64kg水组成;
B组分由10kg渗透硬化组分、1kg甲基硅酸钠和89kg水组成。
其中,助结晶组分溶液的质量浓度为20%,助结晶组分的粘均分子量为8050,其结构式为:
式中a:b:c=2:1:0.2,n=90;
渗透硬化组分由硅酸钠和硅酸锂的混合物组成,硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式为:
xNa2O·yLi2O·nSiO2
式中x:y:n=0.2:1:1。
助结晶组分的制备方法为:在常温下,将0.2mol异戊烯基聚氧乙烯醚和0.02mol甲基丙烯磺酸钠溶于3525g去离子水,然后在搅拌条件下一次性加入过硫酸铵5g,再滴加1g维生素C的水溶液(维生素C浓度为1%)于2h内滴完,期间将0.4molγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷平均分成9份,从开始滴加时,间隔15min加一份,直至加完,然后保温熟化1h即可。
渗透硬化组分的制备方法为:将0.2mol硅酸钠(以Na2O计)和1mol硅酸钾(以Li2O计) 混合得到。
制备方法:将称取的硝酸铁、硝酸钙、AEO-3、助结晶组分和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为150r/min,时间为15min,得到A组分;将称取的渗透硬化组分、甲基硅酸钠和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为150r/min,时间为15min,得到B组分。
使用方法:混凝土拆模后第2天喷洒该表面提强剂,喷洒时先均匀喷洒A组分,间隔10min后,再喷洒B组分,连续重复3次,最后间隔1h后再喷洒B组分一次。
实施例2石灰石粉混凝土表面增强剂的制备
A组分由20kg亚硝酸铁、25kg亚硝酸钙、3kgOEP-70(耐碱渗透剂OEP-70)、15kg助结晶组分溶液和37kg水组成;
B组分由20kg渗透硬化组分、2kg甲基硅酸钾和78kg水组成。
其中,助结晶组分溶液的质量浓度为20%,助结晶组分的粘均分子量为20050,其结构式为:
式中a:b:c=5:1:0.5,n=130;
渗透硬化组分由硅酸钠和硅酸锂的混合物组成,硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式为:
xNa2O·yLi2O·nSiO2
式中x:y:n=0.5:1:3.5。
采用与实施例1相同的方法制备得到助结晶组分、渗透硬化组分。
制备方法:将称取的亚硝酸铁、亚硝酸钙、OEP-70、助结晶组分和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为10r/min,时间为30min,得到A组分;将称取的渗透硬化组分、甲基硅酸钾和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为10r/min,时间为30min,得到B组分。
使用方法:混凝土拆模后第10天喷洒该表面提强剂,喷洒时先均匀喷洒A组分,间隔30min后,再喷洒B组分,连续重复5次,最后间隔1h后再喷洒B组分一次。
实施例3石灰石粉混凝土表面增强剂的制备
A组分由15kg硫酸铁、20kg甲酸钙、2kg磺化琥珀酸二辛酯钠盐、13kg助结晶组分和50kg水组成。
B组分由15kg渗透硬化组分、1.5kg多聚硅酸锂和83.5kg水组成。
其中,助结晶组分溶液的质量浓度为20%,助结晶组分的粘均分子量为15600,其结构式为:
式中a:b:c=4:1:0.3,n=110;
渗透硬化组分由硅酸钠和硅酸锂的混合物组成,硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式为:
xNa2O·yLi2O·nSiO2
式中x:y:n=0.4:1:2。
采用与实施例1相同的方法制备得到助结晶组分、渗透硬化组分。
制备方法:将称取的硫酸铁、甲酸钙、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、助结晶组分和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为300r/min,时间为10min,得到A组分;将称取的渗透硬化组分、多聚硅酸锂和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为300r/min,时间为10min,得到B组分。
使用方法:混凝土拆模后第5天喷洒该表面提强剂,喷洒时先均匀喷洒A组分,间隔20min后,再喷洒B组分,连续重复4次,最后间隔1h后再喷洒B组分一次。
实施例4石灰石粉混凝土表面增强剂的制备
A组分由10kg硝酸铁、5kg亚硝酸铁、18kg硝酸钙、1kgAEO-3、1kgOEP-70、13kg 助结晶组分和52kg水组成。
B组分由15kg渗透硬化组分、1kg甲基硅酸钠、1kg甲基硅酸钾和83kg水组成。
其中,助结晶组分溶液的质量浓度为20%,助结晶组分的粘均分子量为18679,其结构式为:
式中a:b:c=3:1:0.4,n=120;
渗透硬化组分由硅酸钠和硅酸锂的混合物组成,硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式为:
xNa2O·yLi2O·nSiO2
式中x:y:n=0.4:1:2。
采用与实施例1相同的方法制备得到助结晶组分、渗透硬化组分。
制备方法:将称取的硝酸铁、亚硝酸铁、硝酸钙、AEO-3、OEP-70、助结晶组分和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为100r/min,时间为20min,得到A组分;将称取的渗透硬化组分、甲基硅酸钠、甲基硅酸钾和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为100r/min,时间为20min,得到B组分。
使用方法:混凝土拆模后第6天喷洒该表面提强剂,喷洒时先均匀喷洒A组分,间隔20min后,再喷洒B组分,连续重复5次,最后间隔1h后再喷洒B组分一次。
实施例5石灰石粉混凝土表面增强剂的制备
A组分由5kg硝酸铁、8kg硫酸铁、19kg硝酸钙、0.5kgAEO-3、0.9kg磺化琥珀酸二辛酯钠盐、15kg助结晶组分和51.6kg水组成。
B组分由11kg渗透硬化组分、0.6kg甲基硅酸钠、0.8kg多聚硅酸锂和87.6kg水组成。
其中,助结晶组分溶液的质量浓度为20%,助结晶组分的粘均分子量为16665,其结构式为:
式中a:b:c=4:1:0.5,n=100;
渗透硬化组分由硅酸钠和硅酸锂的混合物组成,硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式为:
xNa2O·yLi2O·nSiO2
式中x:y:n=0.3:1:2.5。
采用与实施例1相同的方法制备得到助结晶组分、渗透硬化组分。
制备方法:将称取的硝酸铁、硫酸铁、硝酸钙、AEO-3、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、助结晶组分和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为115r/min,时间为18min,得到A组分;将称取的渗透硬化组分、甲基硅酸钠、多聚硅酸锂和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为115r/min,时间为18min,得到B组分。
使用方法:混凝土拆模后第4天喷洒该表面提强剂,喷洒时先均匀喷洒A组分,间隔20min后,再喷洒B组分,连续重复4次,最后间隔1h后再喷洒B组分一次。
实施例6石灰石粉混凝土表面增强剂的制备
A组分由9kg亚硝酸铁、5kg硫酸铁、18kg硝酸钙、1kgOEP-70、2kg磺化琥珀酸二辛酯钠盐、10kg助结晶组分和55kg水组成。
B组分由14kg渗透硬化组分、0.5kg甲基硅酸钾、0.7kg多聚硅酸锂和84.8kg水组成。
其中,助结晶组分溶液的质量浓度为20%,助结晶组分的粘均分子量为15565,其结构式为:
式中a:b:c=4:1:0.3,n=95;
渗透硬化组分由硅酸钠和硅酸锂的混合物组成,硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式为:
xNa2O·yLi2O·nSiO2
式中x:y:n=0.4:1:3.5。
采用与实施例1相同的方法制备得到助结晶组分、渗透硬化组分。
制备方法:将称取的亚硝酸铁、硫酸铁、硝酸钙、OEP-70、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、助结晶组分和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为150r/min,时间为15min,得到A组分;将称取的渗透硬化组分、甲基硅酸钾、多聚硅酸锂和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为150r/min,时间为15min,得到B组分。
使用方法:混凝土拆模后第6天喷洒该表面提强剂,喷洒时先均匀喷洒A组分,间隔25min后,再喷洒B组分,连续重复5次,最后间隔1h后再喷洒B组分一次。
实施例7石灰石粉混凝土表面增强剂的制备
A组分由10kg硝酸铁、5kg亚硝酸铁、17kg硝酸钙、1kgAEO-3、1kgOEP-70、1kg磺化琥珀酸二辛酯钠盐、15kg助结晶组分和50kg水组成。
B组分由16kg渗透硬化组分、2kg甲基硅酸钠和82kg水组成。
其中,助结晶组分溶液的质量浓度为20%,助结晶组分的粘均分子量为18776,其结构式为:
式中a:b:c=4:1:0.4,n=115;
渗透硬化组分由硅酸钠和硅酸锂的混合物组成,硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式为:
xNa2O·yLi2O·nSiO2
式中x:y:n=0.4:1:3。
采用与实施例1相同的方法制备得到助结晶组分、渗透硬化组分。
制备方法:将称取的硝酸铁、亚硝酸铁、硝酸钙、AEO-3、OEP-70、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、助结晶组分和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为150r/min,时间为15min,得到A 组分;将称取的渗透硬化组分、甲基硅酸钠和水混合后搅拌溶解,搅拌速度为150r/min,时间为15min,得到B组分。
使用方法:混凝土拆模后第7天喷洒该表面提强剂,喷洒时先均匀喷洒A组分,间隔20min后,再喷洒B组分,连续重复3次,最后间隔1h后再喷洒B组分一次。
比较例1
A组分:15kg氟硅酸镁和85kg水混合均匀,B组分:20kg硅酸钠与80kg水混合均匀。
比较例2
A组分:20kg硫酸铝和80kg水混合均匀,B组分:30kg硅酸钠与70kg水混合均匀。
比较例3
与实施例1的不同之处在于:A组分中不包括助结晶组分。
比较例4
与实施例1的不同之处在于:B组分中不包括渗透硬化组分。
试验例
C30大掺量石灰石粉混凝土配合比为水泥:石灰石粉:砂:石:水= 230:100:850:1150:165,其中,砂为石灰石基砂,筛低为8%。28d、60d和90d回弹强度、碳化深度和混凝土色差结果如表1所示,空白组为不喷洒表面提强剂组。碳化试验按照 GBJ82.85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行。回弹测试标准参照 JGJ/T23-2001《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》。
表1大掺量石灰石粉混凝土专用表面提强剂效果检测
综合上述,大掺量石灰石粉混凝土专用表面提强剂体系应用结果,表明本发明产品在大掺量石灰石粉混凝土体系中在表面增强效果好、抗碳化性能好、混凝土表观无色差,而且产品综合性能优异,且性能稳定性好,应用前景广阔。比较例1和比较例2为市售常用的混凝土表面提强剂,由结果可知,比较例1和比较例2的混凝土,其回弹强度低,碳化深度深,并且表面存在明显色差,其效果明显不如本发明实施例1-7中的混凝土表面提强剂。比较例3和比较例4为未添加助结晶组分或渗透硬化组分的混凝土表面提强剂,由结果可知,助结晶组分和渗透硬化组分具有协同增强提强剂的回弹强度,降低碳化深度的作用。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明/发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明/发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明/发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明/发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明/发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种石灰石粉混凝土表面提强剂,其特征在于:包括A组分和B组分,以质量百分比计,A组分由10%-20%渗透膨胀组分、15-25%可溶性钙盐、1-3%助渗组分、10-15%助结晶组分溶液和余量的水组成;B组分由10-20%渗透硬化组分、1-2%防水组分和余量的水组成;
所述渗透膨胀组分为硝酸铁、亚硝酸铁、硫酸铁中的一种或两种;
所述助结晶组分溶液中助结晶组分的化学结构通式如式Ⅰ所示:
式Ⅰ中,a、b、c、n均为整数;a:b:c=2-5:1:0.2-0.5;n=90-130;所述助结晶组分的粘均分子量为8000-20000,所述助结晶组分溶液的质量浓度为20%;
所述渗透硬化组分由硅酸钠和硅酸锂的混合物组成,其中,硅酸钠和硅酸锂的混合物的通式如式Ⅱ所示:
xNa2O·yLi2O·nSiO2 式Ⅱ
式Ⅱ中,x:y:n=0.2-0.5:1:1-3.5。
2.如权利要求1所述的一种石灰石粉混凝土表面提强剂,其特征在于:所述可溶性钙盐为硝酸钙、亚硝酸钙、甲酸钙、亚硫酸氢钙中的一种。
3.如权利要求1所述的一种石灰石粉混凝土表面提强剂,其特征在于:所述助渗组分为AEO-3、OEP-70、磺化琥珀酸二辛酯钠盐中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种石灰石粉混凝土表面提强剂,其特征在于:所述防水组分为甲基硅酸钠、甲基硅酸钾、多聚硅酸锂中的一种或两种。
5.权利要求1-4任一项所述的一种石灰石粉混凝土表面提强剂的制备方法,其特征在于:由如下步骤制备而成:
1)制备A组分:按配比分别称取A组分中原料,将原料混合后搅拌,得到A组分;
2)制备B组分:按配比分别称取B组分中原料,将原料混合后搅拌,得到B组分。
6.权利要求1-4任一项所述的一种石灰石粉混凝土表面提强剂在石灰石粉混凝土中的应用。
7.如权利要求6所述的一种石灰石粉混凝土表面提强剂在石灰石粉混凝土中的应用,其特征在于:所述石灰石粉混凝土表面提强剂在石灰石粉混凝土拆模后第2-10天使用;
使用时,先喷洒A组分,间隔10-30min后,再喷洒B组分,连续重复3-5次后,间隔1h后喷洒B组分1次。
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