CN114315216B

CN114315216B - 一种混凝土抗分散剂及其在混凝土中的应用

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Publication number: CN114315216B
Application number: CN202210250645.5A
Authority: CN
Inventors: 马骏
Original assignee: China Railway 18th Bureau Group Co Ltd; Fourth Engineering Co Ltd of China Railway 18th Bureau Group Co Ltd
Current assignee: China Railway 18th Bureau Group Co Ltd; Fourth Engineering Co Ltd of China Railway 18th Bureau Group Co Ltd
Priority date: 2022-03-15
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2042-03-15
Also published as: CN114315216A

Abstract

本发明公开了一种混凝土抗分散剂，其特征在于：包括重量份数如下的组分：聚丙烯酰胺2‑4份；羟丙基甲基纤维素8‑10份；减水剂12‑18份；硅灰30‑70份；粉煤灰80‑120份和早强剂0.2‑0.8份。本发明所得的抗分散剂与混凝土适应性好，配制所得混凝土具有良好的流动性、可泵性、氯离子抗渗性、抗冻性和抗分散性能（不分散、不离析），且在水流速超过1m/s的水下28d抗压强度达到40MPa，均达到国家规范要求。

Description

一种混凝土抗分散剂及其在混凝土中的应用

技术领域

本发明涉及混凝土抗分散剂技术领域，具体为一种混凝土抗分散剂及其在混凝土中的应用。

背景技术

混凝土作为水下工程的建设施工中选用最多的材料，与在普通环境中施工建设中所使用的混凝土还是有很大的不同之处。在水下施工建设中混凝土混合料直接放在水中，因为水会冲刷混凝土混合料，水泥和骨料会分离开不会黏聚在一起，一部分被冲走，还有一部分会长时间处于悬浮形态，从而失去胶结骨料的能力，不能满足工程需要，并污染了水域，不符合绿色施工要求。

水下不分散混凝土的抗分散剂是一种混凝土的新型外加剂，它可以大幅度提高混凝土拌和物的粘度，使得它在水下施工时抗分散、抗离析、自流平。然而，现有的抗分散剂应用到混凝土中后，仍然存在有抗分散性、流动性不佳，氯离子抗渗性、抗冻性差，可泵性差及强度低等问题。尤其是在水深超过80米，且水流速度较大（超过1m/s）的水域环境中，抗分散剂的抗分散性能还有待提升。

因此，需要研发一种混凝土抗分散剂，来保证配制所得的混凝土具有良好的流动性、抗分散性、抗渗性、抗冻性和强度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种混凝土抗分散剂及其在混凝土中的应用，所得抗分散剂与混凝土适应性好，配制所得混凝土具有良好的流动性、可泵性、氯离子抗渗性、抗冻性和抗分散性能（不分散、不离析），且在水流速超过1m/s的水下28d抗压强度达到40MPa，均达到国家规范要求。

一种混凝土抗分散剂，其特征在于：包括重量份数如下的组分：

聚丙烯酰胺2-4份；羟丙基甲基纤维素8-10份；减水剂12-18份；硅灰30-70份；粉煤灰80-120份和早强剂0.2-0.8份。

而且，混凝土抗分散剂包括重量份数如下的组分：聚丙烯酰胺2.5-3.5份；羟丙基甲基纤维素8.5-9.5份；减水剂14-16份；硅灰40-60份；粉煤灰90-110份和早强剂0.4-0.6份。

而且，混凝土抗分散剂包括重量份数如下的组分：聚丙烯酰胺3份；羟丙基甲基纤维素9份；减水剂15份；硅灰50份；粉煤灰100份和早强剂0.5份。

而且，聚丙烯酰胺为阴离子型的聚丙烯酰胺，分子量为1000-1600万。

而且，羟丙基甲基纤维素粘度类别为15万单位。

而且，减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

而且，早强剂为甲酸钙。

而且，硅灰为超细硅灰，粒径为0.15-0.25μm。

而且，粉煤灰的烧失量为3-5%。

一种混凝土抗分散剂及其在混凝土中的应用，混凝土抗分散剂的掺入量为总重的0.9-1.1%。

本发明的优点和技术效果是：

本发明的一种混凝土抗分散剂及其在混凝土中的应用，其中的聚丙烯酰胺与羟丙基甲基纤维素协同作用，一部分通过双电层压缩、电荷中和及高分子长链的架桥作用，达到絮凝效果；一部分通过碳链上的羟基官能团与水分子之间形成氢键，分子链相互吸引，最终形成密实的网状结构，包裹住水泥，从而实现抗分散性能。聚丙烯酰胺与羟丙基甲基纤维素通过桥架作用、正负离子电中和作用以及氢键作用，并配合减水剂、硅灰、粉煤灰和早强剂使得混凝土整体具有良好的抗分散性和耐久性能，使其在水中施工更加方便，在通过水层后也能保证配和比基本不变，最终的强度也在预期范围内，确保工程的质量。

本发明的一种混凝土抗分散剂及其在混凝土中的应用，以聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素为抗分散剂的基体，将硅灰及粉煤灰作为掺合料，并辅以减水剂和早强剂，得到满足现代工程需要的大流动性、自密实性、微膨胀性及坍损小的抗分散剂。

附图说明

图1为本发明中聚丙烯酰胺掺入量与拌和水泥净浆扩展度的关系图；

图2为本发明中羟丙基甲基纤维素掺入量与拌和水泥净浆扩展度的关系图；

图3为本发明中减水剂掺入量与拌和水泥净浆扩展度的关系图；

图4为本发明中聚丙烯酰胺掺入量与拌和水泥砂浆扩展度的关系图；

图5为本发明中羟丙基甲基纤维素掺入量与拌和水泥砂浆扩展度的关系图；

图6为本发明中减水剂掺入量与拌和水泥砂浆扩展度的关系图；

图7为本发明中聚丙烯酰胺掺入量与拌和混凝土扩展度的关系图；

图8为本发明中羟丙基甲基纤维素掺入量与拌和混凝土扩展度的关系图；

图9为本发明中减水剂掺入量与拌和混凝土扩展度的关系图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。

一种混凝土抗分散剂，包括重量份数如下的组分：

进一步地，所述混凝土抗分散剂，包括重量份数如下的组分：聚丙烯酰胺2.5-3.5份；羟丙基甲基纤维素8.5-9.5份；减水剂14-16份；硅灰40-60份；粉煤灰90-110份和早强剂0.4-0.6份。

进一步地，所述混凝土抗分散剂，包括重量份数如下的组分：聚丙烯酰胺3份；羟丙基甲基纤维素9份；减水剂15份；硅灰50份；粉煤灰100份和早强剂0.5份。

进一步地，所述聚丙烯酰胺为阴离子型的聚丙烯酰胺，分子量为1000-1600万，保证絮凝效果的同时，改善混凝土的流动性，且阴离子型的聚丙烯酰胺与减水剂具有良好的适应性，不会因为减水剂的掺入而影响抗分散性能。

进一步地，所述羟丙基甲基纤维素粘度类别为15万单位，与聚丙烯酰胺协同作用，通过双电层压缩、电荷中和、架桥作用以及氢键作用，形成网状结构，包裹住水泥，在混凝土中的散乱分布，组织了混凝土的内原有孔道的连通，减弱了混凝土内的毛细现象，见笑了混凝土内部的渗透压，保证了混凝土的抗渗性，并改善抗分散性能和氯离子抗渗性。

进一步地，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，与聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素配合使用，在不影响抗分散性能的前提下，改善混凝土的流动性。

进一步地，所述早强剂为甲酸钙，与聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素及掺合料共同作用，改善混凝土流动性的同时，改善混凝土的早期强度。

进一步地，所述硅灰为超细硅灰，粒径为0.15-0.25μm，与粉煤灰共同作用，改善混凝土的孔结构，抑制碱－骨料反应，并与早强剂共同作用，改善混凝土的早期强度。

进一步地，所述粉煤灰的烧失量为3-5%，改善混凝土拌和物的抹面性、和易性和可泵性，有助于改善混凝土的粘聚性、流动性和密实度，与絮凝剂配合使用，使水泥颗粒分散地更加均匀，有助于提高了混凝土的流动性，同时粉煤灰可以弥补水泥用量，填充空隙提高保水性，密实混凝土从而减少泌水。同时，配合早强剂、硅灰，能够有效避免混凝土早期施工的强度偏低的问题。

此外，粉煤灰和硅灰能起到填充效应（水泥的颗粒粒径比粉煤灰和硅灰的大，粉煤灰和硅灰能够填补水泥无法填补的孔隙）和互补效应（二者的颗粒粒径不同，能互相填充彼此的空隙），且水泥熟料的碱性物质Ca（OH）₂与粉煤灰的硅灰活性成分反应，生产硅酸钙和碳酸钙及其衍生物，密实了沪宁图中界面的过渡区，而且生产的水化产物也能填充孔隙，有效地阻断了混凝土中的氯离子渗透通道，再加上聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素在混凝土结构里面构成均匀、杂乱无章的纤维网，阻断混凝土内部水份的溢出通道，进一步地改善了混凝土氯离子的抗渗透效果。硅灰、粉煤灰与聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素的复配，保证混凝土抗冻性的同时改善了氯离子的抗渗透性，提高混凝土的耐久性能。

本发明还提供了上述混凝土抗分散剂在混凝土中的应用，所述混凝土抗分散剂的掺入量为0.9-1.1%。

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面提供几种实施例：

实施例1

一种混凝土抗分散剂，包括重量份数如下的组分：

聚丙烯酰胺2份；羟丙基甲基纤维素10份；聚羧酸系高效减水剂12份；硅灰30份；粉煤灰120份和早强剂甲酸钙0.2份。

将上述各组分混合得到混凝土抗分散剂。

实施例2

一种混凝土抗分散剂，包括重量份数如下的组分：聚丙烯酰胺4份；羟丙基甲基纤维素8份；聚羧酸系高效减水剂18份；硅灰70份；粉煤灰80份和早强剂甲酸钙0.8份。

将上述各组分混合得到混凝土抗分散剂。

实施例3

一种混凝土抗分散剂，包括重量份数如下的组分：聚丙烯酰胺3.5份；羟丙基甲基纤维素8.5份；聚羧酸系高效减水剂14份；硅灰60份；粉煤灰90份和早强剂甲酸钙0.6份。

将上述各组分混合得到混凝土抗分散剂。

实施例4

一种混凝土抗分散剂，包括重量份数如下的组分：聚丙烯酰胺2.5份；羟丙基甲基纤维素9.5份；聚羧酸系高效减水剂16份；硅灰40份；粉煤灰110份和早强剂甲酸钙0.4份。

将上述各组分混合得到混凝土抗分散剂。

实施例5

一种混凝土抗分散剂，包括重量份数如下的组分：聚丙烯酰胺3份；羟丙基甲基纤维素9份；聚羧酸系高效减水剂15份；硅灰50份；粉煤灰100份和早强剂甲酸钙0.5份。

将上述各组分混合得到混凝土抗分散剂。

为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。

对比例1-7

在实施例5的基础上，调整聚丙烯酰胺用量为1份、5份、6份、7份、8份、9份和10份（分别对应对比例1、2、3、4、5、6和7），其他组分与实施例5相同，得到混凝土抗分散剂。

对比例8-11

在实施例5的基础上，调整羟丙基甲基纤维素用量为2份、6份、12份和14份（分别对应对比例8、9、10和11），其他组分与实施例5相同，得到混凝土抗分散剂。

对比例12-15

在实施例5的基础上，调整减水剂用量为3份、6份、9份和21份（分别对应对比例12、13、14和15），其他组分与实施例5相同，得到混凝土抗分散剂。

对比例16

将实施例1中的羟丙基甲基纤维素替换为等量的聚乙烯醇，其他组分与实施例1相同，得到混凝土抗分散剂。

为了更好的说明本发明实施例提供的混凝土抗分散剂的特性，下面将实施例1、2、5及对比例中的混凝土抗分散剂掺入到水泥净浆、水泥砂浆和混凝土中，并测试相应的扩展度及抗分散性。

将实施例1、2、5及对比例1-7中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到水泥净浆（水胶比设为0.48）中得到拌和水泥净浆，并测得拌和水泥净浆的扩展度，结果如图1所示。将实施例1、2、5及对比例8-11中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到水泥净浆（水胶比设为0.48）中得到拌和水泥净浆，并测得拌和水泥净浆的扩展度，结果如图2所示。将实施例1、2、5及对比例12-15中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到水泥净浆（水胶比设为0.48）中得到拌和水泥净浆，并测得拌和水泥净浆的扩展度，结果如图3所示。实施例1与对比例16对应的拌和水泥净浆的扩展度分别为167mm和158mm。由以上数据可得，本发明实施例中提供的混凝土抗分散剂掺入得到水泥净浆中，使得拌和水泥净浆具有良好的流动性。

同时检测了将本发明实施例1、2、3及对比例1、9中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到水泥净浆（水胶比设为0.48）中后所得拌和水泥净浆抗分散性能。有三种方法能够表征抗分散性：称重测水泥流失量、溶液的浊度测定和溶液pH值测定。本实验采用观察水泥净浆透明度和溶液pH值测定，将拌和水泥净浆加入到水中观察体系的透明度，结果如表1所示；采用pH计测试拌和水泥净浆通过的水层溶液水样的pH值，结果如表2所示。

将实施例1、2、5及对比例1-7中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到水泥砂浆（水胶比设为0.48）中得到拌和水泥砂浆，并测得拌和水泥砂浆的扩展度，结果如图4所示。将实施例1、2、5及对比例8-11中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到水泥砂浆中得到拌和水泥砂浆，并测得拌和水泥砂浆的扩展度，结果如图5所示。将实施例1、2、5及对比例12-15中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到水泥砂浆中得到拌和水泥砂浆，并测得拌和水泥砂浆的扩展度，结果如图6所示。实施例1与对比例16对应的拌和水泥砂浆的扩展度分别为153mm和146mm。由以上数据可得，本发明实施例中提供的混凝土抗分散剂掺入得到水泥砂浆中，使得拌和水泥砂浆具有良好的流动性。

将本发明实施例1、2、3及对比例1、9中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到水泥砂浆，测所得拌和水泥砂浆抗分散性能。将拌和水泥砂浆加入到水中观察体系的透明度，结果如表3所示；采用pH计测试拌和水泥砂浆通过的水层溶液水样的pH值，结果如表4所示。

将实施例1、2、5及对比例1-7中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到混凝土（水胶比设为0.48）中得到拌和混凝土，并测得拌和混凝土的坍扩度，结果如图7所示。将实施例1、2、5及对比例8-11中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到混凝土中得到拌和混凝土，并测得拌和混凝土的坍扩度，结果如图8所示。将实施例1、2、5及对比例12-15中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到混凝土中得到拌和混凝土，并测得拌和混凝土的坍扩度，结果如图9所示。实施例1与对比例16对应的拌和混凝土的坍扩度分别为380mm和412mm。由以上数据可得，本发明实施例中提供的混凝土抗分散剂掺入得到混凝土中，使得拌和混凝土具有良好的流动性。

将本发明实施例1、2、3及对比例1、9中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到混凝土，测所得拌和混凝土抗分散性能。将拌和混凝土加入到水中观察体系的透明度，结果如表5所示；采用pH计测试拌和混凝土通过的水层溶液水样的pH值，结果如表6所示。

此外，将实施例1、2、5及对比例1、2、9、10中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到混凝土（由水泥3.5kg，水2.1kg，砂子7.18kg，小粒径石子3.105kg，中等粒径石子4.040kg，大石子3.106kg）中得拌和混凝土，并对其强度进行了测试，按照相应的国标方法，分别在陆地及水下（水流速度1m/s）浇筑成型，拆模后在温度（20±1）℃的水中养护至测试龄期，测定7天和28天的水陆抗压强度，结果如表7所示。采用本发明实施例提供的抗分散剂拌和混凝土的28d计算强度≥50MPa。

将实将实施例1、2、5中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到混凝土中得到拌和混凝土，并测其电通量，以表征其抗氯离子渗透性。结果如表8所示。混凝土电通量与氯离子渗透性等级关系，如表9所示，由表可知本发明实例提供的抗分散剂拌和混凝土氯离子渗透等级为“低”，说明其抗氯离子渗透性良好。

将实施例5中的混凝土抗分散剂以掺入量为1%掺入到混凝土中得到拌和混凝土，并测其抗冻性，采用快冻法分别测试经过25次、50次、100次及150次冻融循环后混凝土的质量损失和相对动弹模。相对动弹性模量下降至初始值的60%或质量损失率大于5.0%时，即可停止试验，并以相应的冻融循环次数作为该混凝土的抗冻等级。结果如表10所示。由表可知，当冻融循环150次时，混凝土质量损失率达到5.0%，停止冻融循环，混凝土的抗冻等级为F150，具有良好的抗冻性。

由以上数据可得，本发明实施例提供的抗分散剂满足现代工程需要的大流动性、自密实性、微膨胀性且坍损小的要求，与混凝土适应性好，配制所得混凝土具有良好的流动性、抗分散性能，在水流速超过1m/s的水下28d抗压强度达到50MPa，水陆强度比达到国家规范要求，且具有良好的氯离子抗渗性及抗冻性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种混凝土抗分散剂，其特征在于：包括重量份数如下的组分：

聚丙烯酰胺3份；羟丙基甲基纤维素9份；减水剂15份；硅灰50份；粉煤灰100份和早强剂0.5份；所述聚丙烯酰胺为阴离子型的聚丙烯酰胺，分子量为1000-1600万；所述羟丙基甲基纤维素粘度类别为15万单位；所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂；所述早强剂为甲酸钙；所述硅灰为超细硅灰，粒径为0.15-0.25μm；所述粉煤灰的烧失量为3-5％；所述混凝土的成分及比重为：水泥3.5kg，水2.1kg，砂子7.18kg，小粒径石子3.105kg，中等粒径石子4.040kg，大石子3.106kg，以及掺入量为混凝土总重的1％的混凝土抗分散剂，该所述混凝土陆地成型的28d抗压强度为56.9MPa，电通量为1632.17；混凝土水中成型的28d抗压强度为52.9MPa，电通量为1887.31；所述混凝土在冻融循环150次后，其质量损失百分比为5％，相对动弹模百分比为63％。