CN114988744B - 一种混凝土减缩增强剂及其应用 - Google Patents

一种混凝土减缩增强剂及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114988744B
CN114988744B CN202210677473.XA CN202210677473A CN114988744B CN 114988744 B CN114988744 B CN 114988744B CN 202210677473 A CN202210677473 A CN 202210677473A CN 114988744 B CN114988744 B CN 114988744B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reinforcing agent
concrete
concrete shrinkage
weight
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210677473.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114988744A (zh
Inventor
李来波
杨涛
芦令超
陈育瀚
许传娣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Jinan
Original Assignee
University of Jinan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Jinan filed Critical University of Jinan
Priority to CN202210677473.XA priority Critical patent/CN114988744B/zh
Publication of CN114988744A publication Critical patent/CN114988744A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114988744B publication Critical patent/CN114988744B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/08—Acids or salts thereof
    • C04B22/14—Acids or salts thereof containing sulfur in the anion, e.g. sulfides
    • C04B22/142—Sulfates
    • C04B22/148—Aluminium-sulfate
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明涉及混凝土抗裂技术领域，具体公开一种混凝土减缩增强剂及其应用。所述混凝土减缩增强剂包括：硫酸铝溶液69～92重量份、尿素1～4.5重量份、稳定剂0.1～0.5重量份、纳米二氧化硅5～15重量份、硫酸铁0.5～2.5重量份、葡萄糖酸钠1.5～6重量份、甲酸钙2～5重量份、分散剂0.1～0.5重量份。本发明的减缩增强剂通过利用稳定剂的配位作用得到的高稳定性的改性聚合硫酸铝以及纳米二氧化硅原位诱导生长技术，有效解决混凝土收缩开裂的问题。

Description

一种混凝土减缩增强剂及其应用
技术领域
本发明涉及混凝土抗裂技术领域，具体涉及一种混凝土减缩增强剂及其应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
混凝土裂缝是混凝土施工中不可避免的问题，混凝土裂缝如果控制在合理的范围内，其对建筑工程的质量造成的负面影响尚可被接受，但是如果混凝土裂纹的宽度、数量等超出合理范围，特别是当混凝土在受到环境侵蚀、循环载荷或冲击振动载荷作用大时，裂纹将加速失稳扩展的情况下，对建筑工程质量、服役寿命和服役安全性造成严重影响。我国的基础设施建设速度和建设规模迅猛发展，对水泥混凝土的需求量与日俱增的同时，对水泥混凝土的质量要求也不断提高。
目前，为了克服上述问题，普遍采用的是通过向混凝土中添加固体膨胀剂（如无水硫铝酸钙（CSA）、氧化钙（CaO）与氧化镁（MgO）等）来补偿混凝土收缩，进而来减轻混凝土收缩开裂的方法。
虽然上述方法在改善混凝土收缩开裂方面取得了一定的应用效果，但使用风险依然制约了固体膨胀剂的进一步推广应用；其主要原因包括：（1）固体膨胀剂掺量过高会导致混凝土强度下降。（2）固体膨胀剂使用不当也会导致混凝土性能劣化，再加上固体膨胀剂的膨胀速率、膨胀量、膨胀稳定性和时效性难以精准控制，特别是当其掺量不稳定、混合不均匀、施工环境条件变化大、施工操作不规范等条件下，容易产生“延时膨胀”的问题，反而会导致硬化混凝土开裂。
发明内容
针对上述的问题，本发明提供一种混凝土减缩增强剂及其应用。本发明的减缩增强剂通过利用稳定剂的配位作用得到的高稳定性的改性聚合硫酸铝以及纳米二氧化硅原位诱导生长技术，有效解决了混凝土收缩开裂的问题。为实现上述目的，本发明如下所述的技术方案。
在本发明的第一方面，提供一种混凝土减缩增强剂，其含有改性聚合硫酸铝作为有效活性成分，所述改性聚合硫酸铝的结构式如式（1）所示：
式（1）。
式（1）中，曲线为范德华力（即两个Al原子之间），实线为共价键，虚线为配位键，n为聚合度。
进一步地，所述改性聚合硫酸铝的碱化度在75~90%之间，可选地，所述n= 1~10之间的整数。
进一步地，所述改性聚合硫酸铝的制备原料组成包括：硫酸铝溶液69~92重量份、尿素1~4.5重量份、稳定剂0.1~0.5重量份。
进一步地，所述硫酸铝溶液是由4~12重量份的硫酸铝和65~80重量份的水混合而成。
进一步地，所述稳定剂包括二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、乙三醇等中的任意一种。在本发明中，醇胺或多元醇与铝离子形成配位键而使得聚合硫酸铝能够在液体中稳定存在，利用其配位作用得到高稳定性的改性聚合硫酸铝。上述的多元醇胺稳定剂加入到溶液中时，溶液中的Al3+先与醇胺分子中的氮原子结合形成配位化合物，氮原子结合完毕后，醇羟基便和 Al3+发生配位反应，形成新的配位化合物，从而进一步增大铝离子在水中的溶解度。另外，本发明的改性聚合硫酸铝实现了高碱化度，并且实现高碱化度聚合硫酸铝的高稳定性。
进一步地，所述混凝土减缩增强剂整体呈酸性；优选地，该混凝土减缩增强剂的pH控制在4.5~5.8之间较佳，其主要原因是使所述增强剂在新拌混凝土的运输过程中参与反应，既能保证新拌混凝土保持一定的流动性，又能够使其在后期成型中起到减缩增强的作用。
进一步地，所述pH控制通过添加pH碱性调节剂实现；可选地，所述pH碱性调节剂包括氨水、乙二胺等中的任意一种。
进一步地，所述混凝土减缩增强剂中至少还包括纳米二氧化硅5~15重量份；优选地，所述纳米二氧化硅为固态气相纳米二氧化硅。在本发明中，利用纳米二氧化硅原位诱导生长作用，从“抑制”混凝土收缩开裂与“限制”混凝土收缩开裂两方面解决混凝土开裂的问题。
进一步地，所述混凝土减缩增强剂中还包括：硫酸铁0.5~2.5重量份。硫酸铁的引入提供的Fe3+促进水泥水化生成C-F-H凝胶（铁胶），与C-S-H凝胶共同作用提高混凝土的抗裂性能。
进一步地，所述混凝土减缩增强剂中还包括：缓凝剂1.5~6重量份和/或早强剂2~5重量份。可选地，所述缓凝剂包括葡萄糖酸钠、酒石酸钠、酒石酸等中的至少一种；所述早强剂包括甲酸钙、水玻璃、三乙醇胺等中的至少一种。
进一步地，所述混凝土减缩增强剂中还包括分散剂0.1~0.5重量份。
进一步地，所述分散剂包括纤维素醚、聚丙烯酰胺、硅烷偶联剂中的至少一种。在本发明中，所述分散剂的主要作用是使减缩增强剂均匀分散到混凝土中，减少团聚，降低因减缩增强剂与混凝土混合不均匀带来的不利影响。
在本发明的第二方面，提供所述改性聚合硫酸铝的制备方法，包括：
（1）将所述尿素加入硫酸铝溶液中，并加热反应制取聚合硫酸铝溶液。
（2）将所述稳定剂加入聚合硫酸铝溶液中，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得。
或者所述改性聚合硫酸铝的制备方法包括如下步骤：
（1）将所述尿素加入硫酸铝溶液中，并加热反应制取聚合硫酸铝溶液；
（2）将所述稳定剂加入聚合硫酸铝溶液中，然后加入所述pH碱性调节剂、硫酸铁、缓凝剂、早强剂、分散剂、纳米二氧化硅中的至少一种，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得。
进一步地，步骤（1）中，所述加热温度为120~130℃，反应时间为4~6h。
在本发明的第三方面，提供所述混凝土减缩增强剂的制备方法，包括：
（1）将所述含有改性聚合硫酸铝的溶液调节至酸性，然后加入纳米二氧化硅与分散剂，充分混合，得到混合液A。
（2）将所述硫酸铁、葡萄糖酸钠与甲酸钙加入溶液A中搅拌至完全溶解，即得混凝土减缩增强剂。
在本发明的第三方面，提供所述混凝土减缩增强剂在建筑、桥梁、公路、隧道等工程领域中的应用。优选地，用于将所述混凝土减缩增强剂掺加到混凝土中；更优选地，掺加比例范围为3~6%。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的减缩增强剂通过利用稳定剂的配位作用得到的高稳定性的改性聚合硫酸铝以及纳米二氧化硅原位诱导生长技术，有效解决混凝土收缩开裂的问题，而且本发明的减缩增强剂在混凝土中的掺量高达6%的情况下，对混凝土的强度影响仍然较小，很好地克服了传统的固体膨胀剂会因为掺量过高或使用不当会对混凝土力学性能造成明显恶化的不足。
本发明提供的减缩增强剂含有碱化度高，稳定性好的改性聚合硫酸铝具，加入混凝土后Al3+、SO42+的释放速度较慢，其在新拌混凝土成型之前基本不发挥作用，因此不会对混凝土工作性造成不利影响。待混凝土成型之后，随着水泥水化速率的加快，体系中氢氧化钙的数量与浓度增加，上述改性聚合硫酸铝被激发，进而释放出Al3+、SO42+与水化产物——氢氧化钙中的Ca2+结合生成纤维状膨胀性水化产物钙矾石。可以看出，由于本发明的这种减缩增强剂不会在水泥的初期或者说成型前被激发发挥作用，从而不会在水泥水化的初期就参与反应形成钙矾石，从而不会在此时期消耗混凝土体系中的水分，也就避免了由于消耗水而造成混凝土的流动性显著变差，进而导致施工难度大幅增加，混凝土难以被振捣密室，反而导致混凝土性能劣化的问题。
进一步地，由水泥水化产物氢氧化钙激发所述改性聚合硫酸铝而生成的所述纤维状水化产物钙矾石晶体构为针棒状，形貌散乱分布，导致其形成过程中伴随着体积膨胀，这一特点既可以补偿混凝土体积的收缩，降低混凝土收缩率，提高混凝土抗裂性能，又可以为后续水泥水化产物C-S-H凝胶的附着提供高强度交联骨架。此外，这种钙矾石的形成过程还会消耗部分拌合水，降低混凝土含水量与孔隙率，优化硬化混凝土孔结构，降低混凝土毛细孔收缩应力与混凝土开裂驱动力，提高混凝土抗裂性能。
除此之外，本发明通过利用纳米二氧化硅的原位诱导生长作用，在水泥水化硬化早期原位诱导形成大量高强度膨胀型纤维状钙矾石（AFt）与长链型凝胶状C-S-H凝胶水化产物，降低混凝土体系产生的水化产物氢氧化钙含量与孔隙率，即通过利用纳米二氧化硅的原位诱导生长作用将混凝土体系产生的水化产物氢氧化钙转换成了高强度膨胀型纤维状与长链型凝胶状水化产物。从而优化了混凝土体系中的孔结构，有效提高了混凝土结构密实度与抗压强度，大幅降低了混凝土临界毛细管压力，“抑制”混凝土收缩开裂。同时，所述高强度膨胀型纤维状与长链型凝胶状水化产物还具有良好的抗拉伸性能，可有效提高混凝土抗拉强度，进而“限制”混凝土收缩开裂，降低混凝土开裂驱动力与增大混凝土开裂约束力，从“抑制”混凝土收缩开裂与“限制”混凝土收缩开裂两方面解决混凝土开裂的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1是本发明第一实施例制备的混凝土减缩增强剂的效果图。
图2是掺加了本发明第一实施例制备的混凝土减缩增强剂的混凝土试块的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
第一实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将4.0重量份水合硫酸铝加入至65.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将1.0重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在120℃油浴加热条件下进行反应6小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.1重量份二乙醇胺加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为86.7%。
第二实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将8.0重量份水合硫酸铝加入至68.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将3.0重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在125℃油浴加热条件下进行反应4.5小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.3重量份三异丙醇胺加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为78.4%。
第三实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将12.0重量份水合硫酸铝加入至80.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将4.5重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在130℃油浴加热条件下进行反应4小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.5重量份乙三醇加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为88.5%。
第四实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将4.0重量份水合硫酸铝加入至65.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将1.0重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在120℃油浴加热条件下进行反应6小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.1重量份二乙醇胺加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，然后滴加氨水将溶液pH调节至5.8，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为86.7%。
第五实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将8.0重量份水合硫酸铝加入至68.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将3.0重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在125℃油浴加热条件下进行反应4.5小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.3重量份三异丙醇胺加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，然后滴加氨水将溶液pH调节至4.5，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为78.4%。
第六实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将12.0重量份水合硫酸铝加入至80.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将4.5重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在130℃油浴加热条件下进行反应4小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.5重量份乙三醇加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，然后滴加乙二胺将溶液pH调节至5.0，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为88.5%。
第七实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将4.0重量份水合硫酸铝加入至65.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将1.0重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在120℃油浴加热条件下进行反应6小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.1重量份二乙醇胺加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，然后滴加氨水将溶液pH调节至5.8，再加入15.0重量份固态气相纳米二氧化硅与0.5重量份聚丙烯酰胺超声分散8分钟，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为86.7%。
第八实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将8.0重量份水合硫酸铝加入至68.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将3.0重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在125℃油浴加热条件下进行反应4.5小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.3重量份三异丙醇胺加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，然后滴加氨水将溶液pH调节至4.5，再加入5.0重量份固态气相纳米二氧化硅与0.1重量份纤维素醚超声分散8分钟，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为78.4%。
第九实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将12.0重量份水合硫酸铝加入至80.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将4.5重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在130℃油浴加热条件下进行反应4小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.5重量份乙三醇加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，然后滴加乙二胺将溶液pH调节至5.0，再加入10.0重量份固态气相纳米二氧化硅与0.3重量份聚丙烯酰胺超声分散8分钟，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为88.5%。
第十实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将4.0重量份水合硫酸铝加入至65.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将1.0重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在120℃油浴加热条件下进行反应6小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.1重量份二乙醇胺加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，然后滴加氨水将溶液pH调节至5.8，再加入15.0重量份固态气相纳米二氧化硅与0.5重量份聚丙烯酰胺超声分散8分钟，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为86.7%。
（4）在步骤（3）的含有改性聚合硫酸铝的溶液中加入1.5重量份硫酸铁、4.0重量份葡萄糖酸钠与3.0重量份甲酸钙，搅拌至完全溶解，即得混凝土减缩增强剂。
第十一实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将8.0重量份水合硫酸铝加入至68.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将3.0重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在125℃油浴加热条件下进行反应4.5小时，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.3重量份三异丙醇胺加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，然后滴加氨水将溶液pH调节至4.5，再加入5.0重量份固态气相纳米二氧化硅与0.1重量份聚丙烯酰胺超声分散8分钟，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为78.4%。
（4）在步骤（3）的含有改性聚合硫酸铝的溶液中加入2.5重量份硫酸铁、1.5重量份葡萄糖酸钠与5.0重量份甲酸钙，搅拌至完全溶解，即得混凝土减缩增强剂。
第十二实施例
一种混凝土减缩增强剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将12.0重量份水合硫酸铝加入至80.0重量份水中，充分搅拌得到硫酸铝溶液，备用。
（2）将4.5重量份尿素加到步骤（1）的硫酸铝溶液中，然后在130℃油浴加热条件下进行反应，得到聚合硫酸铝溶液。
（3）将0.5重量份乙三醇加到步骤（2）的聚合硫酸铝溶液中，然后滴加乙二胺将溶液pH调节至5.0，再加入10.0重量份固态气相纳米二氧化硅与0.3重量份聚丙烯酰胺超声分散8分钟，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得混凝土减缩增强剂。经过测试，该混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的碱化度为88.5%。
（4）在步骤（3）的含有改性聚合硫酸铝的溶液中加入0.5重量份硫酸铁、6.0重量份葡萄糖酸钠与2.0重量份甲酸钙，搅拌至完全溶解，即得混凝土减缩增强剂。
性能测试：
对上述各实施例制备得到的混凝土减缩增强剂的抗裂性能进行测试，具体方法为：按照6%的掺量在混凝土原料中掺入混凝土减缩增强剂配置C40混凝土，养护28天，得到混凝土试块。采用混凝土膨胀仪测试混凝土试块的体积收缩率、采用压汞仪测试混凝土试块的孔隙率、采用万能试验机测试混凝土试块的劈裂抗拉强度和抗折强度。所述体积收缩率和劈裂抗拉强度根据标准GB/T 29417-2012 《水泥砂浆和混凝土干燥收缩开裂性能试验方法》测试。
另外，还设置了6组对照组，其中：所述第一至第三对照组分别以硫酸铝、硫酸铝氨、硫酸铝钾代替所述混凝土减缩增强剂。第四至第六对照组分别以第一至第三实施例各自步骤（2）制备的聚合硫酸铝溶液代替所述混凝土减缩增强剂。结果如表1至表3所示。
表1
表2
表3
从上述的测试结果可看出，第一至第三对照组的测试结果显示，传统的硫酸铝、硫酸铝氨、硫酸铝钾等硫酸铝盐虽然也有助于提高混凝土抗拉强度，进而提高混凝土抗裂性能。但上述硫酸铝盐均为易溶性强电解质，加入混凝土中之后，会迅速与水泥水化产物氢氧化钙发生反应形成钙矾石，在此过程中会有部分拌合水被迅速消耗，导致混凝土流动性显著降低，施工难度大幅增加，混凝土难以被振捣密实，反而导致混凝土性能劣化，而实施例中制备的混凝土减缩增强剂则未出现上述问题。
第四至第六对照组的测试结果显示，当采用未经稳定剂改性处理的聚合硫酸铝作为抗裂剂时，混凝土的抗裂性能并未得到较好的改善，其主要原因是未经过稳定剂改性处理的聚合硫酸铝稳定性较差，当添加到混凝土中后，聚合硫酸铝在混凝土成型的前提就已经快速释放Al3+、SO42+与混凝土中水化产物发生反应，消耗了混凝土中的拌合水，对混凝土的抗裂性能的改善带来了不利影响。
从上述表1和表2的测试结果可以看出，相对于各对照组，添加了各实施例制备的混凝土减缩增强剂的混凝土体积收缩率、混凝土孔隙率，抗拉强度、抗折强度均得到了明显提高，混凝土抗裂性能得到了显著改善，有效解决了混凝土收缩开裂的问题。
图2为掺加了第一实施例制备的混凝土减缩增强剂的混凝土试块的SEM图。可以看出，混凝土中生成了大量的钙矾石与C-S-H凝胶（Ca5Si6O16(OH)•4H2O）。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种混凝土减缩增强剂，其特征在于，该增强剂中含有有效活性成分：改性聚合硫酸铝，所述改性聚合硫酸铝的结构式如式（1）所示：
；
式（1）；
所述式（1）中，曲线为范德华力，实线为共价键，虚线为配位键，n为聚合度；
所述混凝土减缩增强剂整体成酸性；所述改性聚合硫酸铝的碱化度在75~90%之间。
2.根据权利要求1所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述混凝土减缩增强剂的pH控制在4.5~5.8之间。
3.根据权利要求2所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述pH控制通过添加pH碱性调节剂实现。
4.根据权利要求3所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述pH碱性调节剂包括氨水、乙二胺中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述n=1~10之间的整数。
6.根据权利要求1所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述改性聚合硫酸铝的制备原料组成包括：硫酸铝溶液69~92重量份、尿素1~4.5重量份、稳定剂0.1~0.5重量份。
7.根据权利要求6所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述硫酸铝溶液是由4~12重量份的硫酸铝和65~80重量份的水混合而成。
8.根据权利要求6所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述稳定剂包括聚合多元醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的任意一种。
9.根据权利要求6所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述混凝土减缩增强剂中至少还包括：纳米二氧化硅5~15重量份。
10.根据权利要求9所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述纳米二氧化硅为固态气相纳米二氧化硅。
11.根据权利要求6所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述混凝土减缩增强剂中还包括分散剂0.1~0.5重量份。
12.根据权利要求11所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述分散剂包括纤维素醚、聚丙烯酰胺中的至少一种。
13.根据权利要求6所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述混凝土减缩增强剂中还包括：硫酸铁0.5~2.5重量份、缓凝剂1.5~6重量份、早强剂2~5重量份中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述缓凝剂包括葡萄糖酸钠、酒石酸钠、酒石酸中的至少一种。
15.根据权利要求13所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述早强剂包括甲酸钙、水玻璃、三乙醇胺中的至少一种。
16.根据权利要求6所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，所述改性聚合硫酸铝的制备方法包括如下步骤：
（1）以权利要求6所述的混凝土减缩增强剂中改性聚合硫酸铝的制备原料组成为原料，将所述原料中的尿素加入硫酸铝溶液中，并加热反应制取聚合硫酸铝溶液；
（2）将所述原料中的稳定剂加入聚合硫酸铝溶液中，得含有改性聚合硫酸铝的溶液，即得。
17.根据权利要求16所述的混凝土减缩增强剂，其特征在于，步骤（1）中，所述加热温度为120~130℃，反应时间为4~6小时。
18.权利要求1-17任一项所述混凝土减缩增强剂在建筑、桥梁、公路或者隧道工程领域中的应用。
19.根据权利要求18所述的应用，其特征在于，该应用为将所述混凝土减缩增强剂掺加到混凝土中。
20.根据权利要求19所述的应用，其特征在于，所述掺加比例为3~6%。
CN202210677473.XA 2022-06-15 2022-06-15 一种混凝土减缩增强剂及其应用 Active CN114988744B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210677473.XA CN114988744B (zh) 2022-06-15 2022-06-15 一种混凝土减缩增强剂及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210677473.XA CN114988744B (zh) 2022-06-15 2022-06-15 一种混凝土减缩增强剂及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114988744A CN114988744A (zh) 2022-09-02
CN114988744B true CN114988744B (zh) 2023-07-21

Family

ID=83034968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210677473.XA Active CN114988744B (zh) 2022-06-15 2022-06-15 一种混凝土减缩增强剂及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114988744B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117430371B (zh) * 2023-10-24 2024-07-30 济南大学 一种硫铝酸盐水泥缓凝增强剂及其制备工艺与应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001206753A (ja) * 2000-01-24 2001-07-31 Denki Kagaku Kogyo Kk セメント混和材、セメントコンクリート、セメントコンクリートの製造方法、及びそれを用いた吹付け工法
CA2837203A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Premier Magnesia, Llc Admixtures for shrink crack reduction of portland cement-based mortars and concretes
KR101539682B1 (ko) * 2015-02-11 2015-08-06 (주)대우건설 콘크리트용 균열저감제 조성물 및 이를 이용한 균열저감 콘크리트 조성물
CN105439519A (zh) * 2015-12-30 2016-03-30 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 一种抗裂硫铝酸盐水泥植物纤维制品及其制备方法
WO2017025770A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-16 Cemex Research Group Ag Castable material based on cementitious material with shrinkage resistance
CN107601948A (zh) * 2017-09-28 2018-01-19 中国建材检验认证集团厦门宏业有限公司 一种喷射混凝土用低碱液态速凝剂及其制备方法
CN109336457A (zh) * 2018-11-12 2019-02-15 楚钰(武汉)科技有限公司 一种混凝土用液态高分子减缩密实剂
WO2021175004A1 (zh) * 2020-05-30 2021-09-10 科洛结构自防水技术(深圳)有限公司 一种混凝土内掺型防渗抗裂减缩剂及其制备方法
CN114315214A (zh) * 2022-01-12 2022-04-12 临沂大学 一种抗裂混凝土外加剂及其制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103351145A (zh) * 2013-06-28 2013-10-16 北京立高防水工程有限公司 一种混凝土用膨胀防水添加剂及其制备方法
CN105621965A (zh) * 2014-10-29 2016-06-01 西安优信机电工程有限公司 一种韧性防开裂纤维混凝土
CN107352839A (zh) * 2017-08-24 2017-11-17 重庆三圣实业股份有限公司 一种喷射混凝土用液态无碱无氯速凝剂及其制备方法
CN112777978B (zh) * 2021-01-07 2022-05-27 沃克豪斯(黄冈)绿色建材有限公司 高性能抗分层路面橡胶混凝土
CN113880485A (zh) * 2021-11-02 2022-01-04 北京建筑大学 一种无碱无氟液体速凝剂及制备和应用

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001206753A (ja) * 2000-01-24 2001-07-31 Denki Kagaku Kogyo Kk セメント混和材、セメントコンクリート、セメントコンクリートの製造方法、及びそれを用いた吹付け工法
CA2837203A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Premier Magnesia, Llc Admixtures for shrink crack reduction of portland cement-based mortars and concretes
KR101539682B1 (ko) * 2015-02-11 2015-08-06 (주)대우건설 콘크리트용 균열저감제 조성물 및 이를 이용한 균열저감 콘크리트 조성물
WO2017025770A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-16 Cemex Research Group Ag Castable material based on cementitious material with shrinkage resistance
CN105439519A (zh) * 2015-12-30 2016-03-30 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 一种抗裂硫铝酸盐水泥植物纤维制品及其制备方法
CN107601948A (zh) * 2017-09-28 2018-01-19 中国建材检验认证集团厦门宏业有限公司 一种喷射混凝土用低碱液态速凝剂及其制备方法
CN109336457A (zh) * 2018-11-12 2019-02-15 楚钰(武汉)科技有限公司 一种混凝土用液态高分子减缩密实剂
WO2021175004A1 (zh) * 2020-05-30 2021-09-10 科洛结构自防水技术(深圳)有限公司 一种混凝土内掺型防渗抗裂减缩剂及其制备方法
CN114315214A (zh) * 2022-01-12 2022-04-12 临沂大学 一种抗裂混凝土外加剂及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Effect of aluminum sulfate alkali-free liquid accelerator with compound alkanol lamine on the hydration processes of Portland cement;Zhihong Wu;Construction and Building Materials;第308卷;第1-8页 *
复掺内养护材料与膨胀剂对C60自密实混凝土性能的影响;丁庆军;曹健;李超;张燕飞;胡文军;;混凝土(第05期);第157-160页 *
新型无碱无氟液体速凝剂的制备及性能研究;李超;混凝土世界(第155期);第17-22页 *
水溶性膨胀型防火涂料的制备;王党生;山东建材(第3期);第11-12页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114988744A (zh) 2022-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114276042B (zh) 一种无碱无氟液体速凝剂及制备方法
CN111072366B (zh) 一种既可止明水又可加固结构的无机注浆材料及其制备方法和应用
CN104193212A (zh) 喷射混凝土用低回弹低碱液体速凝剂及其制备方法
CN114988744B (zh) 一种混凝土减缩增强剂及其应用
CN115215574B (zh) 一种铝基混凝土微裂纹自修补材料、组合物及其制备方法与应用
CN115057680A (zh) 一种绿色自修复高效渗透结晶双重防水材料及其制备方法
CN111606598A (zh) 一种无碱速凝剂及其制备工艺
CN110563376B (zh) 一种适于机制砂配制的混凝土的强效剂及其母液的制备方法
CN109180053B (zh) 一种低回弹早强型液体无碱速凝剂及其制备方法
CN113582573A (zh) 一种速凝剂及其制备方法和应用
CN116063053B (zh) 一种快硬早强型3d打印混凝土及其施工应用方法
CN115259709B (zh) 改性玻璃微珠及其制备方法、促凝早强剂及其制备方法
CN114920890B (zh) 一种降黏外加剂及其制备方法和应用
CN110723919A (zh) 一种复合早强剂及其制备方法
CN112960928B (zh) 一种无碱液体速凝剂用稳定剂和无碱液体速凝剂及制备方法
CN112897978A (zh) 一种自愈合防水抗渗砂浆及其制备方法
CN113173727A (zh) 一种新型环保液体无碱水泥速凝剂
CN113998915A (zh) 一种液体无碱速凝剂及其制备方法
CN108503316A (zh) 自流平混凝土及其制备方法
CN111943556A (zh) 一种混凝土速凝剂
CN115650675B (zh) 一种湿拌砂浆及其制备方法
CN115432952B (zh) 一种钢渣早期活性激发剂及其制备方法和应用
CN117430371B (zh) 一种硫铝酸盐水泥缓凝增强剂及其制备工艺与应用
CN116514450B (zh) 一种用于水泥生产的石膏改性剂
CN114315208B (zh) 一种混凝土减胶剂及其制备方法和用途

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant