CN115231852A - 一种增殖型混凝土密实剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体公开一种增殖型混凝土密实剂及其制备方法。增殖型混凝土密实剂包括以下重量份的原料：硅酸钠水溶液25份‑30份，烷基硅酸盐10份‑15份，分散剂3份‑7份，减水剂4份‑7份，单宁酸0.1份‑0.3份，络合剂0.1份‑0.3份，保水剂0.03份‑0.05份，消泡剂0.1份‑0.3份，防锈剂0.2份‑0.4份和去离子水40份‑65份。本发明提供的增殖型混凝土密实剂抗压7天抗压强度比达到119％，28天抗压强度比达到111％，具有优异的抗压强度，同时还具有抗裂、减水、保水、缓凝、孔隙、微裂缝自愈等功能，大大延长混凝土结构的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种增殖型混凝土密实剂及其制备方法。
背景技术
混凝土是目前基础设施建设中用量最大的结构材料，由于混凝土的成型特性，其结构中密布着极微小的裂缝和空隙，导致腐蚀介质如水汽、二氧化碳等会通过这些通道渗入至结构内部，进而引起混凝土发生化学性腐蚀，出现强度下降等问题。如果化学性腐蚀介质进入结构内部，还会引起钢筋锈蚀和结构膨胀开裂等严重问题，其中，毛细孔和微裂纹是引起混凝土发生化学性腐蚀的主要原因。
关于如何提高混凝土密实度一直是材料界研究的热点。过去普遍的应对措施就是在混凝土中掺加一定剂量的膨胀剂，通过膨胀剂的膨胀作用从而抵消混凝土的收缩，避免裂缝产生。但是传统的膨胀剂作用单一且掺量较大，并且还存在后期膨胀的风险，已有多例工程失败的教训，掺杂膨胀剂极易导致混凝土后期膨胀过大开裂，反而进一步的加速了结构的损坏。因此，目前在工程实践中膨胀剂的使用仍是非常谨慎的。目前，也有通过减少用水量使结构少产生毛细孔、生成结晶物填充混凝土内部毛细孔洞的相关技术，但这些产品也存在着作用单一、对混凝土养护要求较高和效果不稳定等问题，实际生产中并不能得到大面积推广应用。因此，开发出一种性能优越的混凝土密实剂产品，来减少混凝土毛细孔和微裂纹，提高混凝土结构的密实度，并有效抑制腐蚀介质渗透同时还能提高混凝土强度，且使混凝土具有微裂缝自愈合特点对工程应用具有重要意义。
发明内容
针对现有混凝土密实剂作用单一、对混凝土养护要求较高和效果不稳定等问题，本发明提供一种增殖型混凝土密实剂及其制备方法，能够减少混凝土毛细孔和微裂纹，提高混凝土结构的密实度，并有效抑制腐蚀介质渗透同时还能提高混凝土强度，且使混凝土具有微裂缝自愈合特点。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种增殖型混凝土密实剂，包括以下重量份数的组分：硅酸钠水溶液25份-30份，烷基硅酸盐10份-15份，分散剂3份-7份，减水剂4份-7份，单宁酸0.1份-0.3份，络合剂0.1份-0.3份，保水剂0.03份-0.05份，消泡剂0.1份-0.3份，防锈剂0.2份-0.4份和去离子水40份-65份；
其中，烷基硅酸盐中的烷基为C1-C3烷基。
相对于现有技术，本发明提供的一种增殖型混凝土密实剂，其中硅酸钠水溶液可以与水泥的活性硅进行反应，提升水化产物的早期强度，抑制裂缝产生，同时硅酸钠水溶液还能够与水化产生的氢氧化钙发生化学反应，增殖生成CaSi O3晶体，填充裂纹和孔隙，达到增加密实性效果；特定碳含量的烷基硅酸盐加入混凝土中，利用特定链长烷基的空间位阻效应，可降低水泥中硅醇基与金属离子直接接触快速反应的几率，平稳水化过程，抑制水化热集中释放，减少温缩裂缝的产生，烷基硅酸盐中的硅醇基能够与混凝土硅酸盐材料中的硅醇基反应脱水交联，从而实现“反毛细管效应”，同时具有微膨胀性、增加混凝土密实度、减少混凝土收缩裂缝等功能；进一步的，硅酸钠水溶液和特定碳含量的烷基硅酸盐与混凝土发生反应生成结晶体对混凝土中的毛细孔洞和微细裂纹进行填充，进一步提升了混凝土结构密实度；本发明中分散剂、减水剂、消泡剂还可与硅酸钠水溶液作用降低拌合水用量，减少结构毛细孔数量，进而提高混凝土结构密实度，络合剂可以协助活性硅组分实现微裂缝自愈合功能；单宁酸具有的大量酚羟基，能够与水泥中的铝、铁离子产生螯合作用，吸附在铝酸三钙、铁铝酸四钙的表面，阻碍钙矾石的形成，能抑制水泥早期的快速水化，降低水泥水化早期水化热峰值，降低结构内外温差，减少干缩裂缝和温缩裂缝的产生保水剂为水泥水化持续提供水分，有助于混凝土后期强度的提升；防锈剂可以防护钢筋不被氧化锈蚀，本发明各成分之间相互配合，相互促进，进一步提高混凝土结构密实度和耐蚀性。
优选的，所述硅酸钠水溶液的模数为3.0-3.6、20℃波美度为37-42。
优选的硅酸钠水溶液与水泥的活性硅进行反应，提升水化产物的早期强度，抑制裂缝产生，并且还能水化产生的氢氧化钙发生化学反应，增殖生成CaSiO3晶体，填充裂纹和孔隙，达到增加密实性效果。
优选的，所述烷基硅酸盐为甲基硅酸钠或乙基硅酸钠中的至少一种。
进一步的，所述烷基硅酸盐为质量比55-75:25-45的甲基硅酸钠和乙基硅酸钠。
优选的烷基硅酸盐具有微膨胀性、增加混凝土密实度、减少混凝土收缩裂缝等功能。
优选的，所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或焦磷酸钠中至少一种。
优选的分散剂能够使水泥颗粒分散，将水泥凝聚体中所包含的水释放出来，改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度和强度，同时还可以改善水化产物的耐水性和耐酸性能。
优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘磺酸盐减水剂或密胺系减水剂中至少一种。
优选的减水剂能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷，形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构解体，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性，同时，在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，减水剂能减少拌合用水量，进而减少混凝土结构中毛细孔数量，提升结构强度。
优选的，所述络合剂为柠檬酸；所述保水剂为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钠中至少一种。
优选的络合剂与混凝土中的钙离子生成水溶性络合物，当混凝土有裂缝产生，外界水分进入后，利用浓度差原理，络合剂可将体系中的游离钙离子不断输送至裂缝处，与活性硅离子反应生成结晶物，将裂缝堵塞，实现裂缝自愈合；同时络合剂也是很好的缓凝剂，可以降低水化反应速率，抑制集中放热。
优选的保水剂可以吸收大量水分，有效抑制水化过程的体积收缩，持续为水泥水化提供水分，促进水化顺利进行。
优选的，所述消泡剂为罗地亚公司DF-642。
优选的消泡剂能有效消除混凝土浆料中的气泡，提升混凝土结构的致密性。
优选的，所述防锈剂为亚硝酸钠。
优选的防锈剂可以能防止混凝土中的钢筋锈蚀。
本发明还提供上述任一项所述的增殖型混凝土密实剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、按照设计配比称取各组分，将称取的分散剂、消泡剂和保水剂加入20％-35％的去离子水中，搅拌均匀，得第一混合溶液；
步骤b、向所述第一混合溶液中加入单宁酸、络合剂、减水剂、防锈剂和剩余去离子水，搅拌均匀，得第二混合溶液；
步骤c、搅拌状态下将硅酸钠水溶液和烷基硅酸盐加入所述第二混合溶液中，搅拌均匀，静置，固液分离，得所述混凝土密实剂。
优选的，步骤a中，所述搅拌速率为100r/min-120r/min，所述搅拌的时间为30min-60min。
优选的，步骤b中，所述搅拌速率为100r/min-120r/min，所述搅拌的时间为30min-60min。
优选的，步骤c中，所述搅拌速率为100r/min-120r/min，所述搅拌的时间为60min-90min，所述静置的时间为1h-2h。
进一步的，步骤c中搅拌状态下的条件为：搅拌速率为100r/min-120r/min。
相对于现有技术，本发明提供的一种增殖型混凝土密实剂及其制备方法，其各组分能够协同作用，同时具有抗裂、减水、保水、缓凝、孔隙、微裂缝自愈等功能，还可使得混凝土孔隙更低，致密性更好，能够显著提高混凝土结构的7天和28天的抗压强度比、抗渗性、耐久性等综合性能，大大延长混凝土结构的使用寿命。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施案例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种增殖型混凝土密实剂，包括以下重量份数的组分：
硅酸钠水溶液25份，烷基硅酸盐10份，六偏磷酸钠3份，聚羧酸减水剂7份，单宁酸0.3份，柠檬酸0.1份，聚丙烯酰胺0.05份，罗地亚公司DF-642 0.3份，亚硝酸钠0.2份和去离子水40份；
其中，硅酸钠水溶液的模数为3.0、20℃波美度为42。
烷基硅酸盐为质量比为55:45的甲基硅酸钠和乙基硅酸钠。
一种增殖型混凝土密实剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤a、按照设计配比称取各组分，将六偏磷酸钠、罗地亚公司DF-642和聚丙烯酰胺加入在20％去离子水中，以100r/min的速率搅拌30min得第一混合溶液；
步骤b、向第一混合溶液中加入单宁酸、柠檬酸、聚羧酸减水剂、亚硝酸钠和剩余去离子水，以120r/min的速率搅拌60min得第二混合溶液；
步骤c、以100r/min速率在搅拌状态下将硅酸钠水溶液和烷基硅酸盐加入第二混合溶液中，以120r/min的速率搅拌60min后静置1h，固液分离，得所述混凝土密实剂。
实施例2
一种增殖型混凝土密实剂，包括以下重量份数的组分：
硅酸钠水溶液30份，烷基硅酸盐15份，三聚磷酸钠7份，萘磺酸盐减水剂4份，单宁酸0.1份，柠檬酸0.3份，聚丙烯酰胺0.03份，罗地亚公司DF-6420.1份，亚硝酸钠0.4份和去离子水65份；
其中，硅酸钠水溶液的模数为3.6、20℃波美度为37。
烷基硅酸盐为质量比为75:25的甲基硅酸钠和乙基硅酸钠。
一种增殖型混凝土密实剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤a、按照设计配比称取各组分，将三聚磷酸钠、罗地亚公司DF-642和聚丙烯酰胺加入在35％去离子水中，以120r/min的速率搅拌60min得第一混合溶液；
步骤b、向第一混合溶液中加入单宁酸、柠檬酸、萘磺酸盐减水剂、亚硝酸钠和剩余去离子水，以100r/min的速率搅拌30min得第二混合溶液；
步骤c、以120r/min速率在搅拌状态下将硅酸钠水溶液和烷基硅酸盐加入第二混合溶液中，以100r/min的速率搅拌90min后静置2h，固液分离，得所述混凝土密实剂。
实施例3
一种增殖型混凝土密实剂，包括以下重量份数的组分：
硅酸钠水溶液27份，烷基硅酸盐13份，焦磷酸钠6份，聚羧酸减水剂5份，单宁酸0.2份，柠檬酸0.2份，聚丙烯酰胺0.04份，罗地亚公司DF-642 0.2份，亚硝酸钠0.3份和去离子水50份；
其中，硅酸钠水溶液的模数为3.3、20℃波美度为40。
烷基硅酸盐为质量比为65:35的甲基硅酸钠和乙基硅酸钠。
一种增殖型混凝土密实剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤a、按照设计配比称取各组分，将焦磷酸钠、罗地亚公司DF-642和聚丙烯酰胺加入在30％去离子水中，以113r/min的速率搅拌38min得第一混合溶液；
步骤b、向第一混合溶液中加入单宁酸、柠檬酸、聚羧酸减水剂、亚硝酸钠和剩余去离子水，以115r/min的速率搅拌60min得第二混合溶液；
步骤c、以112r/min速率在搅拌状态下将硅酸钠水溶液和烷基硅酸盐加入第二混合溶液中，以108r/min的速率搅拌82min后静置1.5h，固液分离，得所述混凝土密实剂。
实施例4
一种增殖型混凝土密实剂，包括以下重量份数的组分：
硅酸钠水溶液25份，甲基硅酸钠10份，六偏磷酸钠3份，聚羧酸减水剂7份，单宁酸0.3份，柠檬酸0.1份，聚丙烯酰胺0.05份，罗地亚公司DF-642 0.3份，亚硝酸钠0.2份和去离子水40份；
其中，硅酸钠水溶液的模数为3.0、20℃波美度为42。
一种增殖型混凝土密实剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤a、按照设计配比称取各组分，在20％去离子水中加入六偏磷酸钠、罗地亚公司DF-642和聚丙烯酰胺，以100r/min的速率搅拌30min得第一混合溶液；
步骤b、向第一混合溶液中加入单宁酸、柠檬酸、聚羧酸减水剂、亚硝酸钠和剩余去离子水，以120r/min的速率搅拌60min得第二混合溶液；
步骤c、以100r/min速率在搅拌状态下将硅酸钠水溶液和烷基硅酸盐加入第二混合溶液中，以120r/min的速率搅拌60min后静置1h，固液分离，得所述混凝土密实剂。
对比例1
一种增殖型混凝土密实剂，包括以下重量份数的组分：
硅酸钠水溶液25份，六偏磷酸钠3份，聚羧酸减水剂7份，单宁酸0.3份，柠檬酸0.1份，聚丙烯酰胺0.05份，罗地亚公司DF-642 0.3份，亚硝酸钠0.2份和去离子水40份；
其中，硅酸钠水溶液的模数为3.0、20℃波美度为42。
一种增殖型混凝土密实剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤a、按照设计配比称取各组分，将六偏磷酸钠、罗地亚公司DF-642和聚丙烯酰胺加入在20％去离子水中，以100r/min的速率搅拌30min得第一混合溶液；
步骤b、向第一混合溶液中加入单宁酸、柠檬酸、聚羧酸减水剂、亚硝酸钠和剩余去离子水，以120r/min的速率搅拌60min得第二混合溶液；
步骤c、以100r/min速率在搅拌状态下将硅酸钠水溶液加入第二混合溶液中，以120r/min的速率搅拌60min后静置1h，固液分离，得所述混凝土密实剂。
对比例2
一种增殖型混凝土密实剂，包括以下重量份数的组分：
硅酸钠水溶液25份，烷基硅酸盐10份，六偏磷酸钠3份，聚羧酸减水剂7份，硼酸0.3份，柠檬酸0.1份，聚丙烯酰胺0.05份，罗地亚公司DF-642 0.3份，亚硝酸钠0.2份和去离子水40份；
其中，硅酸钠水溶液的模数为3.0、20℃波美度为42。
烷基硅酸盐为质量比为55:45的甲基硅酸钠和乙基硅酸钠。
一种增殖型混凝土密实剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤a、按照设计配比称取各组分，将六偏磷酸钠、罗地亚公司DF-642和聚丙烯酰胺加入在20％去离子水中，以100r/min的速率搅拌30min得第一混合溶液；
步骤b、向第一混合溶液中加入硼酸、柠檬酸、聚羧酸减水剂、亚硝酸钠和剩余去离子水，以120r/min的速率搅拌60min得第二混合溶液；
步骤c、以100r/min速率在搅拌状态下将硅酸钠水溶液和烷基硅酸盐加入第二混合溶液中，以120r/min的速率搅拌60min后静置1h，固液分离，得所述混凝土密实剂。
采用JC474-2008和JC/T1018-2020标准中检测方法对实施例1-3和对比例1-2所制备的增殖型混凝土密实剂的各项性能进行测试，结果如表1所示：
表1性能检测结果
综上所述，本发明提供的一种增殖型混凝土密实剂及其制备方法，其各组分能够协同作用，同时具有抗裂、减水、保水、缓凝、孔隙、微裂缝自愈等功能，还可使得混凝土孔隙更低，致密性更好，能够显著提高混凝土结构的7天和28天的抗压强度比、抗渗性、抗渗压力比、耐久性等综合性能，大大延长混凝土结构的使用寿命。
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。
Claims (10)
1.一种增殖型混凝土密实剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：硅酸钠水溶液25份-30份，烷基硅酸盐10份-15份，分散剂3份-7份，减水剂4份-7份，单宁酸0.1份-0.3份，络合剂0.1份-0.3份，保水剂0.03份-0.05份，消泡剂0.1份-0.3份，防锈剂0.2份-0.4份和去离子水40份-65份；
其中，烷基硅酸盐中的烷基为C1-C3烷基。
2.如权利要求1所述的增殖型混凝土密实剂，其特征在于，所述硅酸钠水溶液的模数为3.0-3.6、20℃波美度为37-42。
3.如权利要求1所述的增殖型混凝土密实剂，其特征在于，所述烷基硅酸盐为甲基硅酸钠或乙基硅酸钠中的至少一种。
4.如权利要求3所述的增殖型混凝土密实剂，其特征在于，所述烷基硅酸盐为质量比55-75:25-45的甲基硅酸钠和乙基硅酸钠。
5.如权利要求1所述的增殖型混凝土密实剂，其特征在于，所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或焦磷酸钠中至少一种。
6.如权利要求1所述的增殖型混凝土密实剂，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘磺酸盐减水剂或密胺系减水剂中至少一种。
7.如权利要求1所述的增殖型混凝土密实剂，其特征在于，所述络合剂为柠檬酸；和/或
所述保水剂为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钠中至少一种。
8.一种权利要求1-7任一项所述的增殖型混凝土密实剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、按照设计配比称取各组分，将称取的分散剂、消泡剂和保水剂加入20％-35％的去离子水中，搅拌均匀，得第一混合溶液；
步骤b、向所述第一混合溶液中加入单宁酸、络合剂、减水剂、防锈剂和剩余去离子水，搅拌均匀，得第二混合溶液；
步骤c、搅拌状态下将硅酸钠水溶液和烷基硅酸盐加入所述第二混合溶液中，搅拌均匀，静置，固液分离，得所述混凝土密实剂。
9.如权利要求8所述的增殖型混凝土密实剂的制备方法，其特征在于，步骤a中，搅拌速率为100r/min-120r/min，搅拌的时间为30min-60min。
10.如权利要求8所述的增殖型混凝土密实剂的制备方法，其特征在于，步骤b中，搅拌速率为100r/min-120r/min，搅拌的时间为30min-60min；和/或
步骤c中，搅拌速率为100r/min-120r/min，搅拌的时间为60min-90min，所述静置的时间为1h-2h。
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