CN114014581A - 高原复杂环境用混凝土防渗抗冻外加剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂及其制备方法，以质量分数计，其原材料组成为：十二烷基苯磺酸钠10～15％，亚硝酸钙7～10％，甲酸钙3～6％，甲醇5～8％，乙二醇4～7％，葡萄糖酸钠2～5％，聚丙烯酸钠1～3％，聚氧乙烯醚11～14％，余量为去离子水。本发明的防渗抗冻外加剂，既可以实现混凝土在低温和负温条件下的施工，延长混凝土可施工周期，又可以提高混凝土的早期强度，有效提高混凝土的耐久性和在高原复杂环境条件下的服役能力。

Description

高原复杂环境用混凝土防渗抗冻外加剂及制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种混凝土外加剂，具体涉及一种高原复杂环境用混凝土防渗抗冻外加剂及制备方法。

背景技术

随着基础设施建设向西部等地区的推进，高原复杂地区的工程占比越来越大，从而对混凝土的需求也越来越高；如，气候环境复杂，最低气温可达-30℃，最大温差可达50℃；极端的气候条件下，混凝土结构开裂及抗冻性差等问题频发，对混凝土及其结构物造成了很大的危害，严重缩短结构服役寿命，增大运营养护费用，甚至对社会经济发展和人身安全带来极大危害。此外，在高原复杂环境地区，常年低温偏低，可施工周期较短，严重制约工程建设进度。目前常用普通外加剂功能较为单一，不能同时解决混凝土开裂渗漏和抗冻耐久性差等问题，且无法实现在低温或负温条件下施工，不能有效延长可施工周期，无法适应于高原复杂环境。

因此，开发适应于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂，提升混凝土在高原复杂环境的服役能力，实现混凝土的低温或负温泵送施工，有效延长基础设施工程在高原复杂环境下的可施工周期，对于提升混凝土耐久性，降低运营养护费用，加快基础设施工程建设进度，促进区域经济发展具有重要的经济和社会意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高原复杂环境用混凝土防渗抗冻外加剂及制备方法，使其可有效解决混凝土在高原复杂环境下耐久性差、低温/负温无法施工的问题，提高混凝土在高原复杂环境下的耐久性，并延长其可施工周期，实现高原复杂环境地区基础设施工程建设高品质可持续发展。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种高原复杂环境用混凝土防渗抗冻外加剂，混凝土防渗抗冻外加剂的原料组成及质量百分比为：十二烷基苯磺酸钠10～15％，亚硝酸钙7～10％，甲酸钙3～6％，甲醇5～8％，乙二醇4～7％，葡萄糖酸钠2～5％，聚丙烯酸钠1～3％，聚氧乙烯醚11～14％，余量为去离子水。

所述的十二烷基苯磺酸钠分子量为348.48，分解温度450℃，密度1.02g/cm³；亚硝酸钙为无色或微黄色结晶，易溶于水，分子量为132.089；甲酸钙为白色结晶或粉末，溶于水，水溶液呈中性；甲醇为分析纯，无色透明液体；乙二醇分子量62.068，与水互溶，为分析纯；葡萄糖酸钠为白色结晶颗粒，易溶于水，分析纯；聚丙烯酸钠分子量小于10000，密度1.32g/cm³，白色粉末；聚氧乙烯醚为非离子白色粉末，分析纯，溶于水。

一种适应于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂制备方法，包括以下步骤：

1)按上述原材料的质量配比分别称量各原材料；

2)将亚硝酸钙和甲酸钙混合分散均匀，记为A；

3)将甲醇和乙二醇混合分散均匀，记为B；

4)将去离子水和聚氧乙烯醚加入烧杯中，在30～50℃下采用磁力搅拌器以30～50r/min的速度搅拌均匀，形成外加剂的母液，为水溶性非离子型表面活性剂，记为C；

5)依次将十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠、A和B缓慢加入C中，混合搅拌均匀，记为D；

6)最后将聚丙烯酸钠加入D中，采用磁力搅拌器以20～40r/min的速度搅拌混合均匀，即得到粘稠状的防渗抗冻外加剂。

本发明提出的一种高原复杂环境用混凝土防渗抗冻外加剂，与现有技术相比，具有以下有益的技术效果：

本发明针对混凝土在高原复杂环境下耐久性差、可施工周期短的问题，基于现代材料组成设计原理，充分利用化学改性技术，设计制备了一种具有减水、早强、防渗和抗冻等特点的外加剂，可有效提高混凝土在高原复杂环境条件下的力学性能和耐久性，延长有效施工周期。

混凝土外加剂的复配制备受到分子链聚合度、类型、长度及官能团等因素的影响，单体的直接应用很难发挥效果，组分之间的复配会造成混凝土性能发生较大变化，如果复配效果不佳，甚至造成与混凝土不适应等问题，适得其反；本发明中聚氧乙烯醚溶于去离子水后形成外加剂的母液，为水溶性非离子型表面活性剂，与其他物质复配后，不影响单体效果，可在较低掺量下分散水泥颗粒，起到高效减水的效果；亚硝酸钙和甲酸钙可促进水化产物钙矾石的形成，提升混凝土早期强度，而对后期强度几乎没有负面影响；十二烷基苯磺酸钠的“两极”效应不仅可以在水泥浆体中形成稳定的气泡，还可以在混凝土中产生润滑的作用，提升混凝土的抗冻性和工作性；甲醇和乙二醇减少早期水化热，降低水泥浆中溶液的冰点，两种物质的复合使用可使溶液在-10℃条件下不产生结冰现象；葡萄糖酸钠自身为水泥缓凝剂，与聚氧乙烯醚复配后可提高聚氧乙烯醚的分散性，即起到缓凝和减水的双重效果；聚丙烯酸钠可提升混凝土的保水性和粘聚性，同时还可以维持混凝土内部相对湿度，促进水泥后期水化，提高水泥水化程度和密实度，提高混凝土的抗渗性，并使其具有自养生效应。此外，该外加剂无氯无碱，对钢筋无锈蚀作用，且对环境无污染，生态环保。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

一种适应于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂，以质量分数计，包含以下原材料：十二烷基苯磺酸钠10～15％，亚硝酸钙7～10％，甲酸钙3～6％，甲醇5～8％，乙二醇4～7％，葡萄糖酸钠2～5％，聚丙烯酸钠1～3％，聚氧乙烯醚11～14％，余量为去离子水；原料的质量分数之和为100％。

其中，原材料规格如下：

所述的十二烷基苯磺酸钠分子量为348.48，分解温度450℃，密度1.02g/cm³；亚硝酸钙为无色或微黄色结晶，易溶于水，分子量为132.089；甲酸钙为白色结晶或粉末，溶于水，水溶液呈中性；甲醇为分析纯，无色透明液体；乙二醇分子量62.068，与水互溶，为分析纯；葡萄糖酸钠为白色结晶颗粒，易溶于水，分析纯；聚丙烯酸钠分子量小于10000，密度1.32g/cm³，白色粉末；聚氧乙烯醚为非离子白色粉末，分析纯，溶于水。

一种适应于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂制备方法，包括以下步骤：

1)按上述原材料的质量配比分别称量各原材料；

2)将亚硝酸钙和甲酸钙混合分散均匀，记为A；

3)将甲醇和乙二醇混合分散均匀，记为B；

4)将去离子水和聚氧乙烯醚加入烧杯中，在30～50℃下采用磁力搅拌器以30～50r/min的速度搅拌均匀，记为C；

5)依次将十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠、A和B缓慢加入C中，混合搅拌均匀，记为D；

6)最后将聚丙烯酸钠加入D中，采用磁力搅拌器以20～40r/min的速度搅拌混合均匀，即得到粘稠状的防渗抗冻外加剂。

实施例1：

本实施例给出的一种适应于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂，以重量百分数计，由以下原材料组成：

十二烷基苯磺酸钠12％，亚硝酸钙8％，甲酸钙4.5％，甲醇5.7％，乙二醇5.4％，葡萄糖酸钠3.2％，聚丙烯酸钠2.3％，聚氧乙烯醚12.5％，去离子水46.4％。原材料的重量百分数之和为100％。

上述一种适应于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂制备方法，按照以下步骤执行：

步骤一、按上述原材料的质量配比分别称量各原材料；

步骤二、将亚硝酸钙和甲酸钙混合分散均匀，记为A，备用；

步骤三、将甲醇和乙二醇混合分散均匀，记为B，备用；

步骤四、将去离子水和聚氧乙烯醚加入烧杯中，在30～50℃下采用磁力搅拌器以30～50r/min的速度搅拌均匀，记为C，备用；

步骤五、依次将十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠、A和B缓慢加入C中，混合搅拌均匀，记为D；

步骤六、最后将聚丙烯酸钠加入D中，采用磁力搅拌器以20～40r/min的速度搅拌混合均匀，即得到粘稠状的防渗抗冻外加剂。

实施例2：

本实施例与上述实施例1的差别仅在于各原材料的配比不同。所述的一种适应于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂，以重量百分数计，由以下原材料组成：十二烷基苯磺酸钠10％，亚硝酸钙10％，甲酸钙6％，甲醇5％，乙二醇4％，葡萄糖酸钠2％，聚丙烯酸钠3％，聚氧乙烯醚14％，离子水46％。原材料的重量百分数之和为100％。

实施例3：

本实施例与上述实施例1的差别仅在于各原材料的配比不同。所述的一种适应于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂，以重量百分数计，由以下原材料组成：十二烷基苯磺酸钠15％，亚硝酸钙7％，甲酸钙3％，甲醇8％，乙二醇7％，葡萄糖酸钠5％，聚丙烯酸钠1％，聚氧乙烯醚11％，去离子水43％。原材料的重量百分数之和为100％。

实施例4：

本实施例与上述实施例1的差别仅在于各原材料的配比不同，且不含甲醇。所述的一种适应于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂，以重量百分数计，由以下原材料组成：十二烷基苯磺酸钠13.6％，亚硝酸钙8.8％，甲酸钙4.7％，乙二醇7％，葡萄糖酸钠2.8％，聚丙烯酸钠1.9％，聚氧乙烯醚13.5％，去离子水47.7％。原材料的重量百分数之和为100％。

对比例1：

对比例为市售复合型防冻抗渗泵送剂，为淡黄色液体，无氯低碱，主要成分为亚硝酸盐，厂家推荐掺量为凝胶材料质量的0.5％～2.5％掺加，减水率为25％～40％。

分别对上述对比例1和实施例1～4进行性能测试，对比例和实施例掺量均为胶凝材料质量的1.5％，负温养护温度为-10℃。测试性能包括：减水率、含气量、凝结时间之差、坍落度1h经时变化量、抗压强度比、收缩率比、抗渗等级和相对耐久性指数，具体试验方法和规定值参照《混凝土外加剂》(GB/T 8076-2008)和《混凝土防冻泵送剂》(JG/T 377-2012)执行。

测试结果如表1所示。从表1可以看出，本发明的一种适应于高原复杂环境的混凝土防渗抗冻外加剂的实施例1、实施例2和实施例3均满足《混凝土外加剂》(GB/T 8076-2008)和《混凝土防冻泵送剂》(JG/T 377-2012)要求，对比例和实施例4的指标中，除R-7和R-7+28不满足要求外，其它均符合要求。综合分析可知，实施例1～3性能更为优异，其力学性能较其它组别在负温条件下更为优异，说明本发明的外加剂可实现混凝土在低温或负温条件下施工，有效延长可施工周期；实施例的减水率虽然低于对比例，但其它性能更为优异，说明降低减水率可降低外加剂的敏感性，提高外加剂的适应性；对实施例4分析可发现，其没有使用甲醇，导致该组混凝土在负温条件下的力学性能较差，其它性能也均低于实施例1～3，说明了外加剂合理复配的重要性和必要性。

表1对比例及实施例性能测试结果

综合来看，本发明既实现了外加剂减水的作用，又具有早强、防渗、抗冻和减缩的作用，同时本发明在混凝土中的应用还可提高混凝土在负温条件下的性能。即本发明在解决高原复杂环境条件下混凝土防渗抗冻性能不佳等问题的同时，还有效提升了混凝土早期强度，减小了收缩开裂风险，延长了混凝土在高原复杂环境条件下的可施工周期，简单实用且环保无害，具有重要的现实意义和工程应用价值。

Claims (3)

1.一种高原复杂环境用混凝土防渗抗冻外加剂，其特征在于：混凝土防渗抗冻外加剂的原料组成及质量百分比为：十二烷基苯磺酸钠10～15％，亚硝酸钙7～10％，甲酸钙3～6％，甲醇5～8％，乙二醇4～7％，葡萄糖酸钠2～5％，聚丙烯酸钠1～3％，聚氧乙烯醚11～14％，余量为去离子水。

2.如权利要求1所述的一种高原复杂环境用混凝土防渗抗冻外加剂，其特征在于：所述的十二烷基苯磺酸钠分子量为348.48，分解温度450℃，密度1.02g/cm³；亚硝酸钙为无色或微黄色结晶，易溶于水，分子量为132.089；甲酸钙为白色结晶或粉末，溶于水，水溶液呈中性；甲醇为分析纯，无色透明液体；乙二醇分子量62.068，与水互溶，为分析纯；葡萄糖酸钠为白色结晶颗粒，易溶于水，分析纯；聚丙烯酸钠分子量小于10000，密度1.32g/cm³，白色粉末；聚氧乙烯醚为非离子白色粉末，分析纯，溶于水。

3.制备权利要求1或2任一所述一种高原复杂环境用混凝土防渗抗冻外加剂的制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：

1)按上述原材料的质量配比分别称量各原材料；

2)将亚硝酸钙和甲酸钙混合分散均匀，记为A；

3)将甲醇和乙二醇混合分散均匀，记为B；

4)将去离子水和聚氧乙烯醚加入烧杯中，在30～50℃下采用磁力搅拌器以30～50r/min的速度搅拌均匀，形成外加剂的母液，为水溶性非离子型表面活性剂，记为C；

5)依次将十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠、A和B缓慢加入C中，混合搅拌均匀，记为D；

6)最后将聚丙烯酸钠加入D中，采用磁力搅拌器以20～40r/min的速度搅拌混合均匀，即得到粘稠状的防渗抗冻外加剂。