CN115594439A - 一种混凝土复合外加剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土复合外加剂及其制备方法和应用,该混凝土复合外加剂,包括以下组分:AMA粉末和螺旋藻提取物;该混凝土复合外加剂的制备方法,包括:AMA粉末的制备;螺旋藻提取物的制备,将配方量的AMA粉末和螺旋藻提取物混匀,得到混凝土复合外加剂;该混凝土复合外加剂可以细化混凝土的孔结构并降低孔隙率,从而有效提高混凝土抵抗有害离子入侵的能力;能够提高混凝土中钢筋的耐腐蚀性能,能够有效提升混合土的稠度和工作性。该混凝土复合外加剂的原料来源广泛,安全无毒,使用方法简单易行,容易推广。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域,具体是一种混凝土复合外加剂及其制备方法和应用。
背景技术
钢筋混凝土在建筑领域应用非常广泛,随着建筑领域技术的不断发展与革新,对钢筋混凝土的要求也不断提高,如工作性能、稳定性和耐久性等都有严格要求。自密实混凝土具有优良的施工性,在浇筑过程中不需要机械振捣,而是依靠自身重力作用自由流动,填充在钢筋混凝土结构间隙及其它受限制的地方。目前,自密实混凝土已越来越多的应用在薄壁、密集配筋、无法振捣等普通混凝土无法满足的结构中。在实际应用环境中,钢筋混凝土结构会受到多种侵蚀介质的影响,如氯盐侵蚀,被侵蚀的钢筋混凝土结构耐久性和使用寿命将大大降低。在氯盐环境中,氯离子不断向钢筋混凝土结构内部扩散并逐渐到达钢筋表面,随着氯离子的不断积累,氯离子浓度达到钢筋腐蚀浓度即临界氯离子浓度,钢筋开始出现锈蚀,腐蚀产物在钢筋表面不断积累,最终导致钢筋混凝土结构顺筋开裂。这不仅危害结构安全,也带来了巨大的经济损失。
目前,混凝土外加剂的使用是同时保证钢筋混凝土各项性能和满足工程结构耐久性要求的最有效、最易行的方法之一。混凝土外加剂品种较多,但功能较为单一,如需同时改善钢筋混凝土的工作性和提高钢筋耐腐蚀性能,延长钢筋混凝土结构使用寿命等,则需掺入不同种类的外加剂。但不同种类的外加剂之间可能存在适应性问题,最终会影响工程质量无法达到预期使用效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土复合外加剂及其制备方法和应用,以解决现有技术中向钢筋混凝土中掺入的不同种类外加剂之间可能存在适应性问题,最终会影响工程质量无法达到预期使用效果的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种混凝土复合外加剂,包括以下质量百分比的组分:AMA(甲基丙烯酸烯丙酯)粉末80-90%和螺旋藻提取物10-20%。
进一步的,AMA粉末由以下质量百分比的组分制成:丙烯酰胺60-80%、丙烯酸9-30%、氢氧化钠9-20%、过硫酸钾0.15-0.25%和亚硫酸氢钠0.15-0.25%。
第二方面,本发明提供了上述的混凝土复合外加剂的制备方法,包括:将配方量的AMA粉末和螺旋藻提取物混匀,得到混凝土复合外加剂。
进一步的,AMA粉末的制备方法包括:
将配方量的丙烯酰胺、丙烯酸和氢氧化钠溶解于蒸馏水中,通氮气,再加入配方量的过硫酸钾和亚硫酸氢钠,继续通氮气,之后进行照射处理,处理结束后,经过滤、洗涤、取滤渣、干燥,得到AMA粉末。
进一步的,将配方量的丙烯酰胺、丙烯酸和氢氧化钠溶解于蒸馏水中,通氮气的时间为15-20min;
再加入配方量的过硫酸钾和亚硫酸氢钠,继续通氮气的时间为15-20min;
照射包括高压汞灯照射,照射处理的时间为40-60min;
洗涤所用的溶剂为无水乙醇和丙酮。
进一步的,螺旋藻提取物的制备方法包括:
在恒温条件下,将螺旋藻粉末分散于碱性溶液中,经超声、搅拌、静置、过滤、取滤液,将滤液进行蒸发处理,得到螺旋藻提取物。
进一步的,螺旋藻粉末与碱性溶液的质量体积比为(1-3):100g/mL。
进一步的,碱性溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液,碱性溶液的浓度为0.05-0.1mol/L。
进一步的,恒温条件为60-70℃;
超声的功率为200W,时间为40-60min;
搅拌的时间为40-60min;
静置的时间为24-48h。
第三方面,本发明提供了上述的混凝土复合外加剂在混凝土中的应用,于混凝土中加入该混凝土复合外加剂,且每立方米混凝土中该混凝土复合外加剂的掺量为0.5-2.0㎏。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供的混凝土复合外加剂,包括AMA(甲基丙烯酸烯丙酯)粉末和螺旋藻提取物,AMA中含有极性基团酰胺基(-CONH2),极性基团酰胺基(-CONH2)中电负性较大的O、N等原子能够与钢筋表面的活性点相键合,从而有效吸附在钢筋表面;AMA中含有的非极性基团远离钢筋表面定向排布形成疏水层,从而屏蔽腐蚀介质与钢筋表面接触;AMA中含有的较长的分子链,有利于增加钢筋表面保护膜的厚度,可以进一步提高钢筋抗锈蚀能力;AMA还可以细化混凝土的孔结构并降低孔隙率,从而有效提高混凝土抵抗有害离子入侵的能力。
螺旋藻提取物中含有螺旋藻多糖等,螺旋藻多糖等含有的O、N等原子能够与钢筋表面的活性点相键合,有效吸附于钢筋表面,从而提高混凝土中钢筋的耐腐蚀性能。
AMA和螺旋藻提取物中均含有多糖聚合物,多糖聚合物通过降低混凝土中自由水含量来降低自由水的润滑作用,提高浆体的屈服应力和粘度;这是由于聚合物中含有较长的分子链,聚合物分子之间以及聚合物分子与水泥颗粒之间的相互作用力增大了混凝土的内聚力,当混凝土中各组分间产生相对运动时,需要克服更大的阻力,从而有效提升混合土的稠度和工作性。
该混凝土复合外加剂的原料来源广泛,安全无毒,使用方法简单易行,容易推广。
附图说明
图1是实施例4的混凝土拌合物中钢筋的电化学阻抗谱图;
图2是实施例5的混凝土拌合物中钢筋的电化学阻抗谱图;
图3是实施例6的混凝土拌合物中钢筋的电化学阻抗谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种混凝土复合外加剂,包括以下质量百分比的组分:AMA(甲基丙烯酸烯丙酯)粉末80%和螺旋藻提取物20%。
AMA粉末由以下质量百分比的组分制成:丙烯酰胺60%、丙烯酸25.5%、氢氧化钠14%、过硫酸钾0.25%和亚硫酸氢钠0.25%。
上述的混凝土复合外加剂的制备方法,包括:
AMA粉末的制备方法包括:
在室温下,于反应容器中,将配方量的丙烯酰胺、丙烯酸和氢氧化钠溶解于蒸馏水中,并通过磁力搅拌器搅拌使充分溶解,通入氮气15min,去除溶液中的氧气,再加入配方量的过硫酸钾和亚硫酸氢钠,继续通入氮气15min,利用保鲜膜将反应容器密封,之后利用高压汞灯照射反应容器40min,照射结束后,将反应液经过滤,利用无水乙醇和丙酮洗涤,取滤渣,将滤渣置于60℃的烘箱中干燥至重量不再发生变化,得到AMA粉末。
螺旋藻提取物的制备方法包括:
在60℃的恒温条件下,将螺旋藻粉末分散于碱性溶液中,螺旋藻粉末与碱性溶液的质量体积比为1:100g/mL,碱性溶液为氢氧化钠水溶液,氢氧化钠水溶液的浓度为0.05mol/L,然后置于超声波水浴锅中进行超声,超声的功率为200W,时间为40min,再利用磁力搅拌器搅拌40min,再静置24h,过滤、取滤液,将滤液利用旋转蒸发仪进行蒸发处理,将溶剂全部蒸发掉,得到螺旋藻提取物。
将配方量的AMA粉末和螺旋藻提取物置于搅拌器中搅拌1h,混匀,得到混凝土复合外加剂。
实施例2
一种混凝土复合外加剂,包括以下质量百分比的组分:AMA(甲基丙烯酸烯丙酯)粉末85%和螺旋藻提取物15%。
AMA粉末由以下质量百分比的组分制成:丙烯酰胺70%、丙烯酸11%、氢氧化钠18.6%、过硫酸钾0.20%和亚硫酸氢钠0.20%。
上述的混凝土复合外加剂的制备方法,包括:
AMA粉末的制备方法包括:
在室温下,于反应容器中,将配方量的丙烯酰胺、丙烯酸和氢氧化钠溶解于蒸馏水中,并通过磁力搅拌器搅拌使充分溶解,通入氮气18min,去除溶液中的氧气,再加入配方量的过硫酸钾和亚硫酸氢钠,继续通入氮气18min,利用保鲜膜将反应容器密封,之后利用高压汞灯照射反应容器50min,照射结束后,将反应液经过滤,利用无水乙醇和丙酮洗涤,取滤渣,将滤渣置于60℃的烘箱中干燥至重量不再发生变化,得到AMA粉末。
螺旋藻提取物的制备方法包括:
在65℃的恒温条件下,将螺旋藻粉末分散于碱性溶液中,螺旋藻粉末与碱性溶液的质量体积比为2:100g/mL,碱性溶液为氢氧化钾水溶液,氢氧化钾水溶液的浓度为0.08mol/L,然后置于超声波水浴锅中进行超声,超声的功率为200W,时间为50min,再利用磁力搅拌器搅拌50min,再静置36h,过滤、取滤液,将滤液利用旋转蒸发仪进行蒸发处理,将溶剂全部蒸发掉,得到螺旋藻提取物。
将配方量的AMA粉末和螺旋藻提取物置于搅拌器中搅拌1.5h,混匀,得到混凝土复合外加剂。
实施例3
一种混凝土复合外加剂,包括以下质量百分比的组分:AMA(甲基丙烯酸烯丙酯)粉末90%和螺旋藻提取物10%。
AMA粉末由以下质量百分比的组分制成:丙烯酰胺80%、丙烯酸10%、氢氧化钠9.7%、过硫酸钾0.15%和亚硫酸氢钠0.15%。
上述的混凝土复合外加剂的制备方法,包括:
AMA粉末的制备方法包括:
在室温下,于反应容器中,将配方量的丙烯酰胺、丙烯酸和氢氧化钠溶解于蒸馏水中,并通过磁力搅拌器搅拌使充分溶解,通入氮气20min,去除溶液中的氧气,再加入配方量的过硫酸钾和亚硫酸氢钠,继续通入氮气20min,利用保鲜膜将反应容器密封,之后利用高压汞灯照射反应容器60min,照射结束后,将反应液经过滤,利用无水乙醇和丙酮洗涤,取滤渣,将滤渣置于60℃的烘箱中干燥至重量不再发生变化,得到AMA粉末。
螺旋藻提取物的制备方法包括:
在70℃的恒温条件下,将螺旋藻粉末分散于碱性溶液中,螺旋藻粉末与碱性溶液的质量体积比为3:100g/mL,碱性溶液为氢氧化钠水溶液,氢氧化钠水溶液的浓度为0.1mol/L,然后置于超声波水浴锅中进行超声,超声的功率为200W,时间为60min,再利用磁力搅拌器搅拌60min,再静置48h,过滤、取滤液,将滤液利用旋转蒸发仪进行蒸发处理,将溶剂全部蒸发掉,得到螺旋藻提取物。
将配方量的AMA粉末和螺旋藻提取物置于搅拌器中搅拌2h,混匀,得到混凝土复合外加剂。
配制混凝土,其配合比如表1所示,该混凝土的坍落扩展度控制在450-500mm,该混凝土的水胶比为0.35,砂率为0.44。
表1 所配制的混凝土配合比
实施例4
混凝土复合外加剂在混凝土中的应用,在搅拌过程中,于配制的混凝土中加入实施例1制得的混凝土复合外加剂,且每立方米混凝土中混凝土复合外加剂的掺量为0.5㎏,得到混凝土拌合物。
实施例5
混凝土复合外加剂在混凝土中的应用,在搅拌过程中,于配制的混凝土中加入实施例1制得的混凝土复合外加剂,且每立方米混凝土中混凝土复合外加剂的掺量为1.0㎏,得到混凝土拌合物。
实施例6
混凝土复合外加剂在混凝土中的应用,在搅拌过程中,于配制的混凝土中加入实施例1制得的混凝土复合外加剂,且每立方米混凝土中混凝土复合外加剂的掺量为2.0㎏,得到混凝土拌合物。
性能测试:
以未掺任何外加剂的所配制的混凝土作为空白样,根据GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对空白样以及实施例4至6的混凝土拌合物的性能进行测试,测试结果如表2所示。
表2 空白样以及实施例4至6的混凝土拌合物的性能测试结果
编号 | 坍落扩展度/mm | 泌水现象 | 维勃稠度/s |
空白样 | 490 | 轻微泌水 | 11 |
实施例4 | 480 | 不泌水 | 12 |
实施例5 | 465 | 不泌水 | 15 |
实施例6 | 455 | 不泌水 | 18 |
由表2可以看出:与空白样相比,实施例4至6的混凝土拌合物的泌水状况得到了有效改善,并且,随着混凝土复合外加剂掺量的增加,实施例4至6的混凝土拌合物的维勃稠度分别增加了8.3%、26.7%和38.9%,测试结果表明:本发明的混凝土复合外加剂能够有效改善混凝土的工作性。
对由空白样混凝土以及实施例4至6的混凝土拌合物中的钢筋进行锈蚀试验,试验方法具体如下:
采用尺寸为Φ10mm×14cm的HPB 300钢筋,预留长8cm的工作面,其余部分均采用热缩管密封,依次用200号、600号和1000号的砂纸打磨钢筋表面至镜面,再用乙醇清洗并烘干,将钢筋置于饱和氢氧化钙溶液中7天,之后用于成型混凝土试件。
将钢筋分别拌入空白样混凝土以及实施例4至6的混凝土拌合物中,再于空白样混凝土以及实施例4至6的混凝土拌合物中分别掺入3.5%的NaCl,分别得到成型混凝土试件。钢筋在每块混凝土试件成型时均平行于混凝土试件成型面并放置于混凝土试件中央位置,每块混凝土试件的尺寸均为150mm×150mm×150mm,每块混凝土试件成型后均带模养护24h后拆模,再经过28天标准养护后对每块混凝土试件分别进行电化学阻抗谱测试,测试结果如图1至3所示。图1至图3中的a曲线分别为空白样混凝土中钢筋的电化学阻抗谱曲线,图1至3中的b曲线分别为实施例4至6的混凝土拌合物中钢筋的电化学阻抗谱曲线。
由图1至图3可以看出:实施例4至6的混凝土拌合物中钢筋电极的容抗弧半径远大于空白样混凝土中钢筋电极的容抗弧半径;利用ZSimpWin软件对空白样混凝土中以及实施例4至6的混凝土拌合物中钢筋的电化学阻抗谱结果进行拟合,结果表明空白样混凝土中以及实施例4至6的混凝土拌合物中的钢筋表面电化学反应电荷转移电阻Rct分别7.34×102Ω·cm-2、2.55×103Ω·cm-2、5.84×103Ω·cm-2和1.38×104Ω·cm-2,实施例4至6的混凝土拌合物中的钢筋阻锈效率分别为71.2%、87.4%和94.7%,试验结果表明:本发明的混凝土复合外加剂能够显著提高混凝土中钢筋的耐腐蚀性能。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种混凝土复合外加剂,其特征在于,包括以下质量百分比的组分:AMA粉末80-90%和螺旋藻提取物10-20%。
2.根据权利要求1所述的混凝土复合外加剂,其特征在于,所述AMA粉末由以下质量百分比的组分制成:丙烯酰胺60-80%、丙烯酸9-30%、氢氧化钠9-20%、过硫酸钾0.15-0.25%和亚硫酸氢钠0.15-0.25%。
3.权利要求1或2所述的混凝土复合外加剂的制备方法,其特征在于,包括:将配方量的AMA粉末和螺旋藻提取物混匀,得到混凝土复合外加剂。
4.根据权利要求3所述的混凝土复合外加剂的制备方法,其特征在于,所述AMA粉末的制备方法包括:
将配方量的丙烯酰胺、丙烯酸和氢氧化钠溶解于蒸馏水中,通氮气,再加入配方量的过硫酸钾和亚硫酸氢钠,继续通氮气,之后进行照射处理,处理结束后,经过滤、洗涤、取滤渣、干燥,得到AMA粉末。
5.根据权利要求4所述的混凝土复合外加剂的制备方法,其特征在于,将配方量的丙烯酰胺、丙烯酸和氢氧化钠溶解于蒸馏水中,通氮气的时间为15-20min;
再加入配方量的过硫酸钾和亚硫酸氢钠,继续通氮气的时间为15-20min;
所述照射包括高压汞灯照射,所述照射处理的时间为40-60min;
所述洗涤所用的溶剂为无水乙醇和丙酮。
6.根据权利要求3所述的混凝土复合外加剂的制备方法,其特征在于,所述螺旋藻提取物的制备方法包括:
在恒温条件下,将螺旋藻粉末分散于碱性溶液中,经超声、搅拌、静置、过滤、取滤液,将滤液进行蒸发处理,得到螺旋藻提取物。
7.根据权利要求6所述的混凝土复合外加剂的制备方法,其特征在于,所述螺旋藻粉末与碱性溶液的质量体积比为(1-3):100g/mL。
8.根据权利要求6所述的混凝土复合外加剂的制备方法,其特征在于,所述碱性溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液,所述碱性溶液的浓度为0.05-0.1mol/L。
9.根据权利要求6所述的混凝土复合外加剂的制备方法,其特征在于,所述恒温条件为60-70℃;
所述超声的功率为200W,时间为40-60min;
所述搅拌的时间为40-60min;
所述静置的时间为24-48h。
10.权利要求1或2所述的混凝土复合外加剂在混凝土中的应用,其特征在于,于混凝土中加入该混凝土复合外加剂,且每立方米混凝土中该混凝土复合外加剂的掺量为0.5-2.0㎏。
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