CN116514436A - 一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法 - Google Patents

一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法，涉及混凝土外加剂技术领域，以重量份数计，所述混凝土用抗裂增强剂包括以下组分：改性玻璃纤维1～10份、氨基醇类减缩剂1～5份、粉煤灰20～35份、聚乙烯醇粉1～5份和纤维分散剂1～5份；所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：采用双氧水对原料玻璃纤维进行羟基化处理，得到羟基化玻璃纤维；将所述羟基化玻璃纤维加入氨水溶液中进行浸渍，后进行冷冻处理，得到所述改性玻璃纤维。本发明将改性玻璃纤维、氨基醇类减缩剂、粉煤灰、聚乙烯醇粉和纤维分散剂配合使用，实现了混凝土的抗裂性能和抗压强度的显著提升，增强了混凝土的力学性能。

Description

一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法。
背景技术
混凝土，简称为“砼”，通常是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水按一定比例配合，经搅拌所得。混凝土硬化后都具有不错的抗压强度，但其抗拉强度低和抗裂性能差，导致易出现许多干缩裂纹和温度裂纹，随着时间的推移，最终会导致建筑物墙体的开裂。
为了解决上述问题，现有技术中常在混凝土中添加纤维或者减缩剂来提高其抗裂性能。但在实际应用中，虽然添加纤维或者减缩剂可一定程度上改善混凝土的抗裂性能，但纤维与混凝土的界面作用一般较差，大大影响了其抗裂效果；同时，如氨基醇类减缩剂等单一组分减缩剂还会造成混凝土强度下降等问题，从而限制了其应用。
发明内容
本申请提供了一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法，以解决现有混凝土用抗裂增强剂中存在的玻璃纤维界面作用不强和氨基醇类减缩剂易造成混凝土强度下降等技术问题。
第一方面，本申请提供了一种混凝土用抗裂增强剂，以重量份数计，所述混凝土用抗裂增强剂包括以下组分：
改性玻璃纤维1～10份、氨基醇类减缩剂1～5份、粉煤灰20～35份、聚乙烯醇粉1～5份和纤维分散剂1～5份；
所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：
采用双氧水对原料玻璃纤维进行羟基化处理，得到羟基化玻璃纤维；
将所述羟基化玻璃纤维加入氨水溶液中进行浸渍，后进行冷冻处理，得到所述改性玻璃纤维。
进一步地，所述冷冻处理包括以下过程：
S1、将氨水浸渍后的玻璃纤维置于-60℃～-40℃温度下进行冷冻30s～60s，后转移至室温环境中，直至所述玻璃纤维温度恢复为室温；
S2、重复S1步骤3～6次，得到所述改性玻璃纤维。
进一步地，所述改性玻璃纤维和所述氨基醇类减缩剂的重量比为1.8:1。
进一步地，以重量份数计，所述混凝土用抗裂增强剂包括以下组分：
改性玻璃纤维6.3份、氨基醇类减缩剂3.5份、粉煤灰28份、聚乙烯醇粉4份和纤维分散剂3.5份。
进一步地，所述改性玻璃纤维的纤维长度为0.5～5mm。
进一步地，所述氨基醇类减缩剂包括2-氨基-2-甲基-1-丙醇和2-氨基-1-丁醇中的至少一种。
进一步地，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
进一步地，所述聚乙烯醇粉的分子量为12万～15万。
第二方面，本申请提供了一种第一方面任一项所述的混凝土用抗裂增强剂的制备方法，所述制备方法包括：
将氨基醇类减缩剂和纤维分散剂进行第一混合搅拌，得到第一混合物；
将改性玻璃纤维、粉煤灰和聚乙烯醇粉进行第二混合搅拌，得到第二混合物；
将所述第一混合物和所述第二混合物进行超声混合搅拌，得到所述混凝土用抗裂增强剂。
进一步地，所述超声混合搅拌的工作参数包括：超声功率为800～1000W，搅拌速度为800～1100r/min，搅拌时长为20～40分钟。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：
1、本发明通过将表面进行羟基化处理的玻璃纤维浸渍于氨水中，提高其的相容性以及在混凝土中的界面作用力，再将氨水浸渍后的玻璃纤维进行循环冷冻处理，改善其韧性，从而提高了玻璃纤维在混凝土中的抗裂性能。
2、利用氨基醇类减缩剂的减缩原理，从根本上改善混凝土的干缩以及自收缩；同时配合本发明中的改性玻璃纤维的使用，能够克服氨基醇类减缩剂存在的长期减缩效果不佳和容易降低混凝土强度等缺点，两者相辅相成，共同作用实现了混凝土的抗裂性能和抗压强度的显著提升。
3、本发明提供的混凝土用抗裂增强剂中改性玻璃纤维、氨基醇类减缩剂和聚乙烯醇粉等原料含有-NH2、-OH等活性基团，同时配合粉煤灰，可快速激发混凝土内各组分活性，通过强氢键和Si-O键的生成，增强混凝土的力学性能。
综上所述，本发明将改性玻璃纤维、氨基醇类减缩剂、粉煤灰、聚乙烯醇粉和纤维分散剂配合使用，实现了混凝土的抗裂性能和抗压强度的显著提升，增强了混凝土的力学性能。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种混凝土用抗裂增强剂的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
第一方面，本申请提供了一种混凝土用抗裂增强剂，以重量份数计，所述混凝土用抗裂增强剂包括以下组分：
改性玻璃纤维1～10份、氨基醇类减缩剂1～5份、粉煤灰20～35份、聚乙烯醇粉1～5份和纤维分散剂1～5份；
所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：
采用双氧水对原料玻璃纤维进行羟基化处理，得到羟基化玻璃纤维；
将所述羟基化玻璃纤维加入氨水溶液中进行浸渍，后进行冷冻处理，得到所述改性玻璃纤维。
相较于现有技术，本申请实施例提供的混凝土用抗裂增强剂至少具有下述优点：
1、本发明通过将表面进行羟基化处理的玻璃纤维浸渍于氨水中，提高其的相容性以及在混凝土中的界面作用力，再将氨水浸渍后的玻璃纤维进行循环冷冻处理，改善其韧性，从而提高了玻璃纤维在混凝土中的抗裂性能。
2、利用氨基醇类减缩剂的减缩原理，从根本上改善混凝土的干缩以及自收缩；同时配合本发明中的改性玻璃纤维的使用，能够克服氨基醇类减缩剂存在的长期减缩效果不佳和容易降低混凝土强度等缺点，两者相辅相成，共同作用实现了混凝土的抗裂性能和抗压强度的显著提升。
3、本发明提供的混凝土用抗裂增强剂中改性玻璃纤维、氨基醇类减缩剂和聚乙烯醇粉等原料含有-NH2、-OH等活性基团，同时配合粉煤灰，可快速激发混凝土内各组分活性，通过强氢键和Si-O键的生成，增强混凝土的力学性能。
综上所述，本发明将改性玻璃纤维、氨基醇类减缩剂、粉煤灰、聚乙烯醇粉和纤维分散剂配合使用，实现了混凝土的抗裂性能和抗压强度的显著提升，增强了混凝土的力学性能。
在一些具体实施例中，所述采用双氧水对原料玻璃纤维进行羟基化处理，得到羟基化玻璃纤维的步骤包括以下过程：将双氧水逐滴加入原料玻璃纤维中，搅拌均匀后，加热升温至110℃，回流4小时，过滤、干燥后得到羟基化玻璃纤维；所述双氧水和原料玻璃纤维的重量比为25:1。
在一些具体实施例中，氨水溶液的质量分数为25％～28％。
在一些具体实施例中，所述改性玻璃纤维的重量份数可为1份、2份、3份、4份、5份、6份、6.3份、7份、8份、9份、10份等。
在一些具体实施例中，所述氨基醇类减缩剂的重量份数可为1份、2份、3份、3.5份、4份、5份等。
在一些具体实施例中，所述粉煤灰的重量份数可为20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份、31份、32份、33份、34份、35份等。
在一些具体实施例中，所述聚乙烯醇粉的重量份数可为1份、2份、3份、3.5份、4份、5份等。
在一些具体实施例中，所述纤维分散剂的重量份数可为1份、2份、3份、3.5份、4份、5份等。
优选地，以重量份数计，所述混凝土用抗裂增强剂包括以下组分：
改性玻璃纤维6.3份、氨基醇类减缩剂3.5份、粉煤灰28份、聚乙烯醇粉4份和纤维分散剂3.5份。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述冷冻处理包括以下过程：
S1、将氨水浸渍后的玻璃纤维置于-60℃～-40℃温度下进行冷冻30s～60s，后转移至室温环境中，直至所述玻璃纤维温度恢复为室温；
S2、重复S1步骤3～6次，得到所述改性玻璃纤维。
申请人通过研究发现，通过将表面进行羟基化处理的玻璃纤维浸渍于氨水中，提高其的相容性以及在混凝土中的界面作用力，再将氨水浸渍后的玻璃纤维进行快速冷冻处理后并置于室温(25℃)环境中待其缓慢恢复至室温，可改善其韧性，从而提高了玻璃纤维在混凝土中的抗裂性能。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述改性玻璃纤维和所述氨基醇类减缩剂的重量比为1.8:1。
本申请控制所述改性玻璃纤维和所述氨基醇类减缩剂的重量比为1.8:1时，两者的协同作用更佳，可显著提升混凝土的抗裂性能和抗压强度。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述改性玻璃纤维的纤维长度为0.5～5mm。
在一些具体实施例中，所述改性玻璃纤维的纤维长度优选为1～3mm。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述氨基醇类减缩剂包括2-氨基-2-甲基-1-丙醇和2-氨基-1-丁醇中的至少一种。
在一些具体实施例中，所述氨基醇类减缩剂优选为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
在一些具体的实施例中，所述粉煤灰可直接采用市售的一级粉煤灰。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述聚乙烯醇粉的分子量为12万～15万。
在一些具体实施例中，本申请选用中聚合度(分子量为12万～15万)的聚乙烯醇粉，既提高了混凝土的强度，又避免了聚乙烯醇粉的聚合度过高导致混凝土的拉伸强度过低的问题。
需要说明的是，本申请实施例上述提供的混凝土用抗裂增强剂中各组分原料若无特殊的限定或说明均可直接采用市售产品，本申请文件不做过多赘述。
第二方面，基于一个总的发明构思，本申请提供了第一方面任一项所述的混凝土用抗裂增强剂的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括：
将氨基醇类减缩剂和纤维分散剂进行第一混合搅拌，得到第一混合物；
将改性玻璃纤维、粉煤灰和聚乙烯醇粉进行第二混合搅拌，得到第二混合物；
将所述第一混合物和所述第二混合物进行超声混合搅拌，得到所述混凝土用抗裂增强剂。
本申请提供的混凝土用抗裂增强剂的制备方法操作简单，可适用于工业化生产。同时该制备方法是基于上述第一方面任一项所述的混凝土用抗裂增强剂来实现，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
在一些具体实施例中，所述第一混合搅拌和所述第二混合搅拌均可采用本领域常规的搅拌方式，保证各组分混合均匀即可。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述超声混合搅拌的工作参数包括：超声功率为800～1000W，搅拌速度为800～1100r/min，搅拌时长为20～40分钟。
本申请采用超声混合搅拌，使得整个体系分散更加均匀。在一些具体实施例中，搅拌时长可为20分钟、25分钟、30分钟、40分钟等。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
本例提供了一种混凝土用抗裂增强剂，以重量份数计(单位为kg)，所述混凝土用抗裂增强剂包括以下组分：
改性玻璃纤维6.3份、氨基醇类减缩剂3.5份、粉煤灰28份、聚乙烯醇粉4份和纤维分散剂3.5份；
其中，所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：
将质量分数为30％的双氧水逐滴加入纤维长度为1～3mm的原料玻璃纤维中，搅拌均匀后，加热升温至110℃，回流4小时，过滤、干燥后得到羟基化玻璃纤维；所述双氧水和原料玻璃纤维的重量比为25:1；
将所述羟基化玻璃纤维加入质量分数为28％的氨水溶液中进行浸渍1小时；
将氨水浸渍后的玻璃纤维置于-55℃温度下进行冷冻45s，后转移至室温环境中，直至所述玻璃纤维温度恢复为室温，重复循环冷冻处理过程5次，得到所述改性玻璃纤维；
所述氨基醇类减缩剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇；
所述粉煤灰为一级粉煤灰；
所述聚乙烯醇粉的分子量为12万～15万；
所述纤维分散剂为市售玻璃纤维分散剂，购自南通永乐化工，主要化学成分为脂肪醇与环氧乙烷缩合物。
上述实施例提供的混凝土用抗裂增强剂的制备方法，所述制备方法包括：
将氨基醇类减缩剂和纤维分散剂进行第一混合搅拌，得到第一混合物；
将改性玻璃纤维、粉煤灰和聚乙烯醇粉进行第二混合搅拌，得到第二混合物；
将所述第一混合物和所述第二混合物进行超声混合搅拌，得到所述混凝土用抗裂增强剂；
其中，所述超声混合搅拌的工作参数包括：超声功率为900W，搅拌速度为1000r/min，搅拌时长为30分钟。
实施例2
本例提供一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：所述改性玻璃纤维的用量调整为1份，氨基醇类减缩剂的用量调整为5份；其余步骤及参数均相同。
实施例3
本例提供一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：所述改性玻璃纤维的用量调整为10份，氨基醇类减缩剂的用量调整为1份；其余步骤及参数均相同。
实施例4
本例提供一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：所述改性玻璃纤维的用量调整为9份，氨基醇类减缩剂的用量调整为5份；其余步骤及参数均相同。
实施例5
本例提供一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：所述改性玻璃纤维的冷冻处理的温度为-35℃；其余步骤及参数均相同。
对比例1
本例提供一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：氨基醇类减缩剂的用量调整为0份，改性玻璃纤维的用量调整为9.8份；其余步骤及参数均相同。
对比例2
本例提供一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：改性玻璃纤维的用量调整为0份，氨基醇类减缩剂的用量调整为9.8份；其余步骤及参数均相同。
对比例3
本例提供一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：将双氧水逐滴加入纤维长度为1～3mm的原料玻璃纤维中，搅拌均匀后，加热升温至110℃，回流4小时，过滤、干燥后得到羟基化玻璃纤维；所述双氧水和原料玻璃纤维的重量比为25:1；将所述羟基化玻璃纤维加入质量分数为28％的氨水溶液中进行浸渍1小时，得到改性玻璃纤维；其余步骤及参数均相同。
对比例4
本例提供一种混凝土用抗裂增强剂及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：将纤维长度为1～3mm的原料玻璃纤维置于-55℃温度下进行冷冻45s，后转移至室温环境中，直至所述玻璃纤维温度恢复为室温，重复循环冷冻处理过程5次，得到所述改性玻璃纤维；其余步骤及参数均相同。
测试例
将实施例1～5和对比例1～4所得的混凝土用抗裂增强剂加入混凝土中进行性能测试。具体过程包括：
采用GB8076-2008混凝土外加剂检验专用基准水泥，掺量按水泥质量0.2％，根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，测混凝土抗压强度和28d收缩率。混凝土配合比为：水泥360kg/m3、砂803kg/m3、石头982kg/m3，坍落度控制在210±10mm，所得结果如表1所示。
表1
由表1可知，采用本发明实施例提供的混凝土用抗裂增强剂制得的混凝土具有抗压强度高和收缩率低的特点，显著提高了混凝土的抗裂性能和抗压强度，且显著优于对比例。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种混凝土用抗裂增强剂，其特征在于，以重量份数计，所述混凝土用抗裂增强剂包括以下组分：
改性玻璃纤维1～10份、氨基醇类减缩剂1～5份、粉煤灰20～35份、聚乙烯醇粉1～5份和纤维分散剂1～5份；
所述改性玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：
采用双氧水对原料玻璃纤维进行羟基化处理，得到羟基化玻璃纤维；
将所述羟基化玻璃纤维加入氨水溶液中进行浸渍，后进行冷冻处理，得到所述改性玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的混凝土用抗裂增强剂，其特征在于，所述冷冻处理包括以下过程：
S1、将氨水浸渍后的玻璃纤维置于-60℃～-40℃温度下进行冷冻30s～60s，后转移至室温环境中，直至所述玻璃纤维温度恢复为室温；
S2、重复S1步骤3～6次，得到所述改性玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的混凝土用抗裂增强剂，其特征在于，所述改性玻璃纤维和所述氨基醇类减缩剂的重量比为1.8:1。
4.根据权利要求1所述的混凝土用抗裂增强剂，其特征在于，以重量份数计，所述混凝土用抗裂增强剂包括以下组分：
改性玻璃纤维6.3份、氨基醇类减缩剂3.5份、粉煤灰28份、聚乙烯醇粉4份和纤维分散剂3.5份。
5.根据权利要求1～4任一项所述的混凝土用抗裂增强剂，其特征在于，所述改性玻璃纤维的纤维长度为0.5～5mm。
6.根据权利要求1～4任一项所述的混凝土用抗裂增强剂，其特征在于，所述氨基醇类减缩剂包括2-氨基-2-甲基-1-丙醇和2-氨基-1-丁醇中的至少一种。
7.根据权利要求1～4任一项所述的混凝土用抗裂增强剂，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
8.根据权利要求1～4任一项所述的混凝土用抗裂增强剂，其特征在于，所述聚乙烯醇粉的分子量为12万～15万。
9.一种权利要求1～8任一项所述的混凝土用抗裂增强剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将氨基醇类减缩剂和纤维分散剂进行第一混合搅拌，得到第一混合物；
将改性玻璃纤维、粉煤灰和聚乙烯醇粉进行第二混合搅拌，得到第二混合物；
将所述第一混合物和所述第二混合物进行超声混合搅拌，得到所述混凝土用抗裂增强剂。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述超声混合搅拌的工作参数包括：超声功率为800～1000W，搅拌速度为800～1100r/min，搅拌时长为20～40分钟。
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