CN115594436B - 一种无氯的混凝土气密剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及C04B24，更具体地，本发明涉及一种无氯的混凝土气密剂及其制备方法。无氯的混凝土气密剂的原料包括聚羧酸系减水剂、磺酸盐减水剂、链式醇胺、缓凝剂、防冻阻锈剂、抗泡剂和水。通过按顺序加入，分阶段混合的制备方法，并结合特定的原料体系，整个制备工艺简单，无需高温高压条件即可制备，采用绿色低碳制备技术可大大节约生产成本，适合大规模应用。通过本发明的原料和方法得到的气密剂，加入混凝土中，改变混凝土的气孔结构、减小气泡间距系数、增大混凝土的密实程度，提高混凝土抗盐类侵蚀及抗冻融破坏的能力，提高混凝土力学性能和耐久性，延长混凝土的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及C04B24，更具体地，本发明涉及一种无氯的混凝土气密剂及其制备方法。
背景技术
随着基础设施民生工程项目的投资力度不断加大，人民对混凝土的需求量也保持在高位。由于我国幅员辽阔、气候差异较大的地理特征，在施工过程中混凝土的性能及使用寿命尤为重要，特别是对于高海拔、低气温、富瓦斯及天然气等地带，混凝土的性能更是面临很大的挑战。混凝土存在着一定程度的可塑性问题以及约束性问题，混凝土在成型完成硬化过程中，其内部会出现一定的气穴和微型孔，这些大量存在的气孔结构，使得混凝土在抗冻性及瓦斯气体渗透方面的能力大幅下降，较多气孔结构的存在，也使得混凝土的密实度下降，随之影响到混凝土的工作强度，继而影响到混凝土的使用寿命。混凝土材料在冻融、氯盐、化学腐蚀环境下，易受冻融破坏、盐类腐蚀和硫酸盐侵蚀，导致混凝土出现开裂、损坏，对混凝土耐久性造成严重威胁。这对我国西部高海拔，气候恶劣地区的公路、铁路、桥梁，机场、水利项目等重大民生工程建设提出较大挑战。在针对混凝土性能特别是耐久性和抗气体渗透问题上，人们也进行了大量的研究。混凝土的气密性取决于混凝土的孔结构，及孔隙率、孔径大小及孔结构特征。在混凝土中掺入一定量的气密剂可以改善混凝土的气密性能，提高混凝土的密实性，抗裂防渗性能，有效补偿混凝土的收缩。改善混凝土的气孔结构和大小，达到防水抗渗的效果，提高混凝土的抗冻融破坏能力。
专利号CN1982254B的专利提供了一种混凝土防腐气密剂组合物及其制备方法，加入天然松香聚合物或脂肪醇硫酸钠，在80℃混合制备，使混凝土在水化初期时水分不易蒸发，防止混凝土初期裂纹。专利号CN109809734A的专利提供了一种混凝土防腐气密剂及其制备方法，加入硅酸盐和聚乙烯亚胺，协同增效，在80℃混合制备，得到了性能较优的气密剂。
但是目前的现有技术并未对气密剂掺入混凝土后的力学性能以及稳定性进行改进，此外现有技术需要在80-120℃高温下或比较高的压力下制备才能得到，工艺较为复杂且能耗高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种无氯的混凝土气密剂，所述无氯的混凝土气密剂的原料包括聚羧酸系减水剂、磺酸盐减水剂、链式醇胺、缓凝剂、防冻阻锈剂、抗泡剂和水。
作为本发明一种优选的技术方案，所述聚羧酸系减水剂的含气量为4.5-5.5％。
含气量指的是单位体积中空气的体积百分比。
作为本发明一种优选的技术方案，所述磺酸盐减水剂选自木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钾的一种或多种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述链式醇胺选自三乙醇胺、二甘醇胺、二乙醇胺的一种或多种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述链式醇胺为三乙醇胺和二甘醇胺，三乙醇胺和二甘醇胺的重量比为(2-6)：(2-10)。
本申请人通过大量的实验发现，加入特定比例特定种类的醇胺不仅提高了气密剂的稳定性，而且当气密剂用于混凝土中后，抗压强度也有所提高。申请人猜测，这可能是由于，三乙醇胺的羟基与二甘醇胺的氨基和羟基发生分子间作用，使得分子间范德华力增大，同时与减水剂配合作用，由于具有特定的含气量，其可以引入特定体积的空气，使体系的分子间距得以改善，从而使体系的稳定性提高，不仅延长使用寿命，而且提高了力学强度。
作为本发明一种优选的技术方案，所述缓凝剂选自D-葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、工业白糖的一种或多种。
优选的，所述缓凝剂为D-葡萄糖酸钠。
作为本发明一种优选的技术方案，所述防冻阻锈剂选自亚硝酸钙、亚硝酸钠、亚硝酸钾的一种或多种。
优选的，防冻阻锈剂为亚硝酸钙。
作为本发明一种优选的技术方案，所述抗泡剂的密度为0.8-1.2g/cm3。
作为本发明一种优选的技术方案，按重量份计，所述无氯的混凝土气密剂的原料包括10-25份聚羧酸系减水剂、2-8份磺酸盐减水剂、4-16份链式醇胺、1-6份缓凝剂、1-5份防冻阻锈剂、0.2-0.8份抗泡剂，水补足至100份。
本发明第二个方面提供了一种无氯的混凝土气密剂的制备方法，方法如下：(1)一次混合；(2)二次混合；(3)三次混合；(4)四次混合；(5)五次混合；(6)六次混合。
无氯的混凝土气密剂的制备方法具体为：(1)一次混合：水和缓凝剂混合，搅拌，得到一次混合液；(2)二次混合：一次混合液加入磺酸盐减水剂，搅拌，得二次混合液；(3)三次混合：二次混合液加入三乙醇胺，搅拌，得三次混合液；(4)四次混合：三次混合液加入聚羧酸系减水剂，搅拌，得四次混合液；(5)五次混合：四次混合液加入二甘醇胺，搅拌，得五次混合液；(6)六次混合：五次混合液加入防冻阻锈剂和抗泡剂，搅拌，得到无氯的混凝土气密剂。
现有技术通常需要在80-120℃高温下或较高环境压力下制备，且工艺较为复杂，并且工艺常常包括升温和保温过程，保温时的反应时间在4h以上，这就需要消耗大量的热能等能源，而本发明所提供的气密剂在常温常压条件下通过有次序的混合即可制得，全程低能耗，并缩短反应时间，极大降低生产成本，符合国家低碳发展战略。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)加入含气量4.5-5.5％的聚羧酸系减水剂使得气密剂掺入混凝土后，各物质原料互相作用，自由水和混凝土微孔交互，使自由水失去自由性，不仅改善体系泌水率，而且不会降低体系的坍落度。
(2)加入特定比例特定种类的醇胺不仅提高了气密剂的稳定性，而且当气密剂用于混凝土中后，抗压强度也有所提高。
(3)各原料物质相互作用，使得气密剂产品不含氯离子，属于无氯液体气密剂，降低对钢筋的腐蚀，提高混凝土的耐久性能。
(4)通过按顺序加入，分阶段混合的制备方法，并结合特定的原料体系，整个制备工艺简单，无需高温高压条件即可制备，可大大节约生产成本，适合大规模应用。
(5)通过本发明的原料和方法得到的气密剂，加入混凝土中，改变混凝土的气孔结构、减小气泡间距系数、增大混凝土的密实程度，提高混凝土抗盐类侵蚀及抗冻融破坏的能力，提高混凝土力学性能和耐久性，延长混凝土的使用寿命。
(6)通过本发明所制得混凝土气密剂产品具有良好的匀质性，考虑到隧道施工过程中可能突发情况导致短期停工，选择组分能够与水介质形成均匀溶液，不会随时间发生分层现象，能够适应长时间储存。
附图说明
图1为实施例1得到的无氯的混凝土气密剂掺入混凝土后的性能测试报告；
图2为实施例2得到的无氯的混凝土气密剂掺入混凝土后的性能测试报告；
图3为实施例3得到的无氯的混凝土气密剂掺入混凝土后的性能测试报告；
图4为实施例4得到的无氯的混凝土气密剂掺入混凝土后的性能测试报告；
图5为实施例5得到的无氯的混凝土气密剂掺入混凝土后的性能测试报告。
具体实施方式
实施例
实施例中组合物的制备原料均为市售，其中聚羧酸系减水剂购自河北泰诺建材科技有限公司，型号为HF-43，含气量为5％，木质素磺酸钠购自山东华沣化工科技有限公司，抗泡剂购自合肥缔邦纳米科技有限公司，牌号为XP-187，0.98g/cm3，三乙醇胺的CAS号为102-71-6，二甘醇胺的CAS号为929-06-6。
实施例1
本例提供了一种无氯的混凝土气密剂，按重量份计，无氯的混凝土气密剂的原料包括18份聚羧酸系减水剂、5份磺酸盐减水剂、10份链式醇胺、3份缓凝剂、2份防冻阻锈剂、0.3份抗泡剂，水补足至100份。
磺酸盐减水剂为木质素磺酸钠。链式醇胺为三乙醇胺和二甘醇胺，三乙醇胺和二甘醇胺的重量比为4：6。
所述缓凝剂为D-葡萄糖酸钠。防冻阻锈剂为亚硝酸钙。
本例还提供一种无氯的混凝土气密剂的制备方法，具体为：(1)一次混合：水和缓凝剂混合，搅拌，得到一次混合液；(2)二次混合：一次混合液加入磺酸盐减水剂，搅拌，得二次混合液；(3)三次混合：二次混合液加入三乙醇胺，搅拌，得三次混合液；(4)四次混合：三次混合液加入聚羧酸系减水剂，搅拌，得四次混合液；(5)五次混合：四次混合液加入二甘醇胺，搅拌，得五次混合液；(6)六次混合：五次混合液加入防冻阻锈剂和抗泡剂，搅拌，得到无氯的混凝土气密剂。
实施例2
本例提供一种无氯的混凝土气密剂，与实施例1不同的是，按重量份计，无氯的混凝土气密剂的原料包括12份聚羧酸系减水剂、2.5份磺酸盐减水剂、6份链式醇胺、2份缓凝剂、2份防冻阻锈剂、0.2份抗泡剂，水补足至100份。
本例还提供一种无氯的混凝土气密剂的制备方法，与实施例1相同。
实施例3
本例提供一种无氯的混凝土气密剂，与实施例1不同的是，按重量份计，无氯的混凝土气密剂的原料包括21份聚羧酸系减水剂、7份磺酸盐减水剂、16份链式醇胺、4份缓凝剂、4份防冻阻锈剂、0.6份抗泡剂，水补足至100份。
本例还提供一种无氯的混凝土气密剂的制备方法，与实施例1相同。
实施例4
本例提供一种无氯的混凝土气密剂，与实施例1不同的是，按重量份计，无氯的混凝土气密剂的原料包括13份聚羧酸系减水剂、4.5份磺酸盐减水剂、8份链式醇胺、3.5份缓凝剂、2.5份防冻阻锈剂、0.2份抗泡剂，水补足至100份。
链式醇胺中，三乙醇胺和二甘醇胺的重量比为1.5：8。
本例还提供一种无氯的混凝土气密剂的制备方法，与实施例1相同。
实施例5
本例提供一种无氯的混凝土气密剂，与实施例1相同。
本例还提供一种无氯的混凝土气密剂的制备方法，与实施例1不同的是，将原料按重量份一次性混合，搅拌。
性能测试：
1、稳定性测试：对实施例1-5得到的无氯的混凝土气密剂在室温下静置60天，观察其外观，结果如表1：
表1
2、性能测试：分别将实施例1-5得到的无氯的混凝土气密剂掺入标号为C30的混凝土中，其中，无氯的混凝土气密剂的掺入量为6wt％。进行性能测试，结果如图1-5，实施例1对应图1，实施例2对应图2，实施例3对应图3，实施例4对应图4，实施例5对应图5。本发明中，所使用的原料均未引入氯元素，然而检测报告表明检测出微量的氯元素，这是由于检测方法本身所带来的误差，在检测时，引入氯源所致，在《水泥砂浆防冻剂》JC/T 2031-2010标准中，用于配筋部位的水泥砂浆防冻剂氯离子含量不应大于0.1％；在《混凝土防冻剂》JC475-2004标准中，定义氯离子含量≤0.1％为无氯盐防冻剂，按照GB8076-2008混凝土外加剂的标准，气密剂与防冻剂均属于混凝土外加剂，因此可视作氯离子含量≤0.1％为无氯气密剂。
Claims (6)
1.一种无氯的混凝土气密剂，其特征在于，所述无氯的混凝土气密剂的原料包括10-25份聚羧酸系减水剂、2-8份磺酸盐减水剂、4-16份链式醇胺、1-6份缓凝剂、1-5份防冻阻锈剂、0.2-0.8份抗泡剂，水补足至100份；所述链式醇胺为三乙醇胺和二甘醇胺，三乙醇胺和二甘醇胺的重量比为4：6；
所述无氯的混凝土气密剂的制备方法具体为：(1)一次混合：水和缓凝剂混合，搅拌，得到一次混合液；(2)二次混合：一次混合液加入磺酸盐减水剂，搅拌，得二次混合液；(3)三次混合：二次混合液加入三乙醇胺，搅拌，得三次混合液；(4)四次混合：三次混合液加入聚羧酸系减水剂，搅拌，得四次混合液；(5)五次混合：四次混合液加入二甘醇胺，搅拌，得五次混合液；(6)六次混合：五次混合液加入防冻阻锈剂和抗泡剂，搅拌，得到无氯的混凝土气密剂。
2.根据权利要求1所述的无氯的混凝土气密剂，其特征在于，所述聚羧酸系减水剂的含气量为4.5-5.5%。
3.根据权利要求1所述的无氯的混凝土气密剂，其特征在于，所述磺酸盐减水剂选自木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钾的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的无氯的混凝土气密剂，其特征在于，所述缓凝剂选自D-葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、工业白糖的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的无氯的混凝土气密剂，其特征在于，所述防冻阻锈剂选自亚硝酸钙、亚硝酸钠、亚硝酸钾的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的无氯的混凝土气密剂，其特征在于，所述抗泡剂的密度为0.8-1.2g/cm3。
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