CN116535133A - 一种混凝土自养护剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种混凝土自养护剂及其制备方法和应用。以重量份数计，所述混凝土自养护剂的制备原料包括以下组分：水200份；乙烯/醋酸乙烯酯共聚物10~25份；聚丙烯酸钠10~25份；聚谷氨酸35~45份；壳聚糖5~15份；焦亚硫酸钠5~20份。所述混凝土自养护剂的原料成分能够通过成膜、保水和润湿等共同作用，有效解决混凝土在固化过程中由于外部环境影响失水过快干缩等危害，因此添加所述混凝土自养护剂的混凝土具有自养护功能，养护过程中不需要外部洒水养护，可省却人工成本、抽水用电成本、节约水资源，同时还能提高硬化后的混凝土的抗压强度、抗冻性能、抗渗性能和抗硫酸盐侵蚀性能等，进而能够较好的应用在水利工程施工中，应用前景良好。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土外加剂技术领域，尤其是涉及一种混凝土自养护剂及其制备方法和应用。
背景技术
混凝土之所以能逐渐硬化和增长强度，是水泥水化作用的结果，而水泥的水化需要一定的湿度条件。混凝土养护不到位，湿度条件达不到要求，混凝土中水分蒸发过快，会导致以下问题：1.混凝土强度和耐久性能降低(水泥颗粒未充分水化)；2.产生裂纹(干缩)；3.表面粉化等。因此混凝土浇筑后的养护非常重要，《水工混凝土施工规范》(SL677-2014)规定水利工程混凝土终凝后应立即进行养护，采用洒水或流水等方法，养护时间不宜少于28天，对重要部位和利用后期强度的混凝土以及其他有特殊要求的部位应延长养护时间。由此可见，在整个混凝土工程中，混凝土养护是一项耗时、耗工、耗资，对混凝土质量影响非常大的工作。
自养护混凝土，是将高效能保湿外加剂-自养护剂添加在拌合混凝土中，该自养护剂能够锁住混凝土拌合物的化合水份，方便排除游离水，固化后要求外边的水进不来，里面的化合水不流失，进而达到自养护的功效；且能够有效避免混凝土因养护不周，导致水分由混凝土表面过度散失，水泥水化不完全，硬化混凝土性能不符要求的问题。能解决梁、柱等小构件、混凝土顶面和侧墙等特殊部位以及大面积混凝土养护难的问题，能解决冬季施工中混凝土养护时表面容易受冻的问题。相比传统洒水养护，可省却人工成本、抽水用电成本、节约水资源，提高硬化混凝土性能。
但现有市场上的养护剂存在着各种各样的缺点，并不能够满足人们的使用要求，高性能的养护剂一直是人们研究的一个方向。
发明内容
为了解决现有技术中混凝土拌合物从浇注到固化存在的缺陷，本申请提供一种混凝土自养护剂，将该混泥土自养护剂添加到混凝土中，混凝土自养护剂能够通过成膜、保水和润湿等共同作用，有效解决了混凝土在固化过程中由于外部环境影响失水过快干缩等危害，从而实现混凝土的自养护功能。
为此，本申请第一方面提供了一种混凝土自养护剂，以重量份数计，所述混凝土自养护剂的制备原料包括以下组分：
本申请中，所述混凝土自养护剂是一种化学外加剂，其在混凝土拌合过程中掺入少量即可改善混凝土性能，从内到外锁住混凝土内的化合水，且所形成的胶连膜更有效的使外边水进不来，里面的水走不了，充分解决混凝土在固化过程中由于外部环境影响失水过快干缩等危害。具体地，所述混凝土自养护剂中的乙烯醋酸乙烯脂共聚物形成的胶连膜具有锁水性，能够锁住混凝土内的化合水，使外边水进不来，里面的水走不了；所述混凝土自养护剂中的聚丙烯酸钠具有保水、促流变和增粘作用，聚谷氨酸具有保湿、偶合和絮凝作用，壳聚糖具有膨润、扩散和保水作用，三者与乙烯醋酸乙烯脂共聚物配合使用，使得所述混凝土自养护剂能够发挥成膜、保水和润湿等共同作用；所述混凝土自养护剂中的焦亚硫酸钠能够提高混凝土的早期强度，防止混凝土早期裂纹的出现，且焦亚硫酸钠能够与混凝土自养护剂中的其他成分一起稳定固化形成的水化硫酸钙结晶体结构，实现混凝土自养护功能。
另外，通过将混凝土自养护剂各原料组分的用量控制在上述范围内，能够使所述混凝土自养护剂的性能较佳。
在一些具体实施例中，所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的重量份数可以为10份、15份、20份或25份等。在另一些具体实施例中，所述聚丙烯酸钠的重量份数可以为10份、15份、20份或25份等。
在一些优选的实施方式中，所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的重量份数为15～20份，所述聚丙烯酸钠的重量份数为15～20份；且所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物与聚丙烯酸钠的重量比为1:1。
在一些进一步优选的实施方式中，所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的重量份数为20份，所述聚丙烯酸钠的重量份数为20份；且所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物与聚丙烯酸钠的重量比为1:1。
本申请通过将混凝土自养护剂中的乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、聚丙烯酸钠的用量以及用量关系控制在上述范围内，能够有助于进一步提升所述混凝土自养护剂的性能。
在一些实施方式中，所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的数均分子量为1000～500000，且所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的含量为30～50wt％。
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本申请通过采用具有上述物性参数的乙烯/醋酸乙烯酯共聚物，能够使所形成的胶连膜的锁水性能更佳，进而进一步提升混凝土自养护剂的性能。
在一些实施方式中，所述聚丙烯酸钠的数均分子量为1000～3000。
在一些优选的实施方式中，所述聚丙烯酸钠的数均分子量为1500～2000。
本申请中，通过采用具有上述物性参数的聚丙烯酸钠能够进一步提升其保水、促流变和增粘作用，且聚丙烯酸钠能够与混凝土中的水泥颗粒结合，由于其分子链上带有大量电荷，
因此能够产生静电斥力，从而起到分散作用，改善混凝土的和易性。
在一些具体实施例中，所述聚谷氨酸的重量份数可以为35份、40份或45份等，优选为40份。在另一些具体实施例中，所述壳聚糖的重量份数可以为5份、10份或15份等，优选为10份。在一些具体实施例中，所述焦亚硫酸钠的重量份数可以为5份、10份、15份
或20份等，优选为10份。
本申请中，所述混凝土自养护剂中的水为自来水。
在一些优选的实施方式中，以重量份数计，所述混凝土自养护剂的制备原料包括以下组分：
其中，所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物与聚丙烯酸钠的重量比为1:1。
本申请通过将所述混凝土自养护剂中各原料组分控制在上述条件下，能够使最终制得的混凝土自养护剂的性能最佳。
本申请第二方面提供了一种如本申请第一方面所述的混凝土自养护剂的制备方法，所述方法包括：将所述混凝土自养护剂的各原料组分搅拌混合后进行老化，获得所述混凝土自养护剂。
在一些实施方式中，所述搅拌混合的温度为30～40℃，转速为200～500rpm，时间为2～4h。在一些优选的实施方式中，所述搅拌混合的温度为35℃，转速为500rpm，时间为3h。
在一些实施方式中，所述老化的温度为30～40℃，时间为1～2h。在一些优选的实施方式中，所述老化的温度为35℃，时间为1h。
本申请通过在上述条件下，能够使混凝土自养护剂中的各原料组分充分混合和老化，使得制得的混凝土自养护剂的性能较佳。
本申请中，所述混凝土自养护剂在制备时，原料中的水在与其他组分混合之前可以预先加热至40℃，进而有助于混凝土自养护剂中各组分的混合。
本申请第三方面提供了一种自养式混凝土，所述自养式混凝土的制备原料中包括如本申请第一方面所述的混凝土自养护剂或者第二方面所述方法制备的混凝土自养护剂。
本申请中的混凝土自养护剂能够通过成膜、保水和润湿等作用，有效解决混凝土在固化过程中由于外部环境影响失水过快干缩等危害，因此添加所述混凝土自养护剂的混凝土为自养式混凝土，具有自养护功能，养护过程中不需要外部洒水养护，可省却人工成本、抽水用电成本、节约水资源，同时还能使硬化后的混凝土具有优异的性能，如抗压性能、抗冻性能、抗渗性能和抗硫酸盐侵蚀性能等。
本申请中，所述自养式混凝土的制备原料中还包括混凝土的一般成份，例如水泥、粉煤灰、水、天然砂和粗骨料；其中水泥和粉煤灰为凝胶材料。同时所述自养式混凝土的制备原料中还可以包括一些其他的外加剂，例如泵送剂(SMC型)和引气剂(TQ型)等。
本申请对所述自养式混凝土的制备原料的配合比没有明确限定，本领域技术可以根据具体的需要调整配合比以使制得的混凝土具有所需的性能。
在一些实施方式中，所述自养式混凝土的制备原料中混凝土自养护剂的含量为制备原料中凝胶材料含量的1～5％，所述制备原料中凝胶材料为水泥和粉煤灰。
在一些具体实施例中，所述自养式混凝土的制备原料中混凝土自养护剂的含量可以为制备原料中凝胶材料含量的1％、2％、3％、4％或5t％等。在一些优选的实施方式中，所述自养式混凝土的制备原料中混凝土自养护剂的含量为制备原料中凝胶材料含量的2t％。
本申请中，所述混凝土自养护剂的添加量少，在添加量为凝胶材料含量的1～5％的情况下即可明显改善混凝土养护性能，解决混凝土在固化过程中由于外部环境影响失水过快干缩等危害，使得混凝土在自然条件下即可进行养护，具有较好的应用前景。
本申请第四方面提供了一种如本申请第三方面所述的自养式混凝土在水利工程施工中的应用。
本申请中的自养式混凝土的性能优异，不仅具有自养护功能，且硬化后的混凝土抗压强度高，同时具有优异抗冻性能、抗渗性能和抗硫酸盐侵蚀性能，因此能够有效避免水中的硫酸盐等对其的侵蚀，能够较好地应用在水利工程施工中。
综上所述，本申请的有益技术效果为：本申请所述混凝土自养护剂的原料成分能够通过成膜、保水和润湿等共同作用，有效解决混凝土在固化过程中由于外部环境影响失水过快干缩等危害，因此添加所述混凝土自养护剂的混凝土具有自养护功能，养护过程中不需要外部洒水养护，可省却人工成本、抽水用电成本、节约水资源，同时还能提高硬化后的混凝土的抗压强度、抗冻性能、抗渗性能和抗硫酸盐侵蚀性能等，进而能够较好的应用在水利工程施工中，应用前景良好。
附图说明
图1为自养式混凝土C25F150W6试件的自然养护现场图。
图2为对比混凝土试件的洒水养护现场图。
图3为对比混凝土试件的标准养护现场图。
具体实施方式
为使本申请更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本申请，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本申请的应用范围。本申请中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。
实施例1：混凝土自养护剂的制备原料配比：混凝土自养护剂的制备原料中各组分的含量为：自来水200重量份；乙烯/醋酸乙烯酯共聚物20重量份；聚丙烯酸钠20重量份；聚谷氨酸40重量份；壳聚糖10重量份；焦亚硫酸钠10重量份；其中，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物与聚丙烯酸钠的重量比为1:1，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的数均分子量为5万，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的含量为40wt％，聚丙烯酸钠的数均分子量为2000。
制备过程：将原料中的自来水加热至40℃，然后将加热后的自来水和原料中的其他组分加入到化应釜中，在35℃下500rpm搅拌混合3h，然后在35℃下静置老化1h，出料，即为制得的混凝土自养护剂。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
实施例2：混凝土自养护剂的制备原料配比：基本同实施例1，不同之处在于，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的重量份为25份，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物与聚丙烯酸钠的重量比为1.25:1。
制备过程：同实施例1。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
实施例3：混凝土自养护剂的制备原料配比：基本同实施例1，不同之处在于，聚丙烯酸钠的重量份为25份，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物与聚丙烯酸钠的重量比为1:1.25。
制备过程：同实施例1。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
实施例4：混凝土自养护剂的制备原料配比：基本同实施例1，不同之处在于，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的重量份为25份，聚丙烯酸钠的重量份为25份，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物与聚丙烯酸钠的重量比为1:1。
制备过程：同实施例1。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
实施例5：混凝土自养护剂的制备原料配比：基本同实施例1，不同之处在于，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的数均分子量为5000。
制备过程：同实施例1。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
实施例6：混凝土自养护剂的制备原料配比：基本同实施例1，不同之处在于，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的数均分子量为500000。
制备过程：同实施例1。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
实施例7：混凝土自养护剂的制备原料配比：基本同实施例1，不同之处在于，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的含量为30wt％。
制备过程：同实施例1。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
实施例8：混凝土自养护剂的制备原料配比：基本同实施例1，不同之处在于，乙烯/醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的含量为60wt％。
制备过程：同实施例1。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
实施例9：混凝土自养护剂的制备原料配比：基本同实施例1，不同之处在于，聚丙烯酸钠的数均分子量为3000。
制备过程：同实施例1。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
实施例10：混凝土自养护剂的制备原料配比：基本同实施例1，不同之处在于，聚丙烯酸钠的数均分子量为800。
制备过程：同实施例1。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
实施例11：混凝土自养护剂的制备
原料配比：同实施例1。
制备过程：基本同实施例1，不同之处在于，搅拌混合和老化的温度均为25℃。
按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)中记载的相关方法对制得的混凝土自养护剂的物理性能指标进行检测，结果如表1所示。
表1：混凝土外加剂的检测结果
从表1可知，除了实施例8、10和11外，其余实施例制备的混凝土自养护剂均能复合混凝土外加剂相关标准的要求，其中实施例1制备的混凝土自养护剂的性能最佳。说明改变混凝土自养护剂的原料中各组分的含量，或者原料中相关组分的物性参数，或者制备过程的条件均会对制得的混凝土自养护剂的性能带来较大影响。
测试例1
自养式混凝土C25F150W6试件的制备：按照水泥：粉煤灰：水：碎石：砂：泵送剂：引气剂：混凝土自养护剂为312kg:55kg:165kg:1000kg:791kg:5.68kg:0.018kg:7.34kg的配合比混合，搅拌均匀后制得自养式混凝土C25F150W6试件，混凝土中混凝土自养护剂的掺量为凝胶材料(水泥和粉煤灰)含量的2％。其中，制备原料中水泥采用阳泉冀东水泥有限公司P.O 42.5水泥；粉煤灰采用山西鼎正环保建材有限公司生产的粉煤灰；水采用试验室自来水；砂采用山西省阳泉市的阳泉市郊区水务一体化PPP项目温河灌区供水改造工程项目采购的天然砂；碎石采用山西省阳泉市的阳泉市郊区水务一体化PPP项目温河灌区供水改造工程项目采购的5～10mm和5～25mm碎石，二者分别占总碎石总量的35wt％和65wt％；泵送剂和引气剂分别为山西泰强建材开发有限公司生产的SMC型泵送剂和TQ型引气剂，混凝土自养护剂为本申请实施例1制备的混凝土自养护剂。
对比混凝土试件的制备：制备过程基本同自养式混凝土C25F150W6试件的制备，不同之处在于，制备原料原料中不添加混凝土自养护剂。
养护条件：自养式混凝土C25F150W6试件不覆盖在自然环境条件进行养护，养护现场见图1(自然养护)；对比混凝土试件在两种条件下进行养护，第一种为不覆盖在自然环境条件下洒水养护，洒水养护24小时，每隔一小时洒水养护一次，养护现场见图2(洒水养护)；第二种为按照《水工混凝土试验规程》SL352-在标准养护条件下养护，养护现场见图3(标准养护)。
混凝土试件性能测试：自养式混凝土C25F150W6试件和对比混凝土试件养护到龄期后，依据《水工混凝土试验规程》SL/T352-2020进行抗压强度、抗渗性能、抗硫酸盐侵蚀性能和抗冻性能检测，检测结果分别如表2-6所示。
表2：混凝土试件抗压强度检测结果
从表2可知，对比混凝土试件在洒水养护下，各个龄期抗压强度值低于标准养护下的抗压强度值，28d抗压强度占标准养护抗压强度的96.9％；掺加自养剂的混凝土试件各个龄期抗压强度值高于洒水养护下混凝土的抗压强度值，28d抗压强度占洒水养护抗压强度的100％；无论洒水养护还是自养护混凝土抗压强度值低于标准养护下的强度值，但掺加自养护剂的混凝土的抗压强度接近甚至高于洒水养护下混凝土，说明掺自养剂混凝土能替代洒水养护，添加本申请的混凝土自养护剂能使混凝土具有自养护功能。
表3：混凝土试件抗渗性能检测结果
从表3可知，自养式混凝土C25F150W6试件在自然养护的混凝土抗渗性能，以及对比混凝土试件在标准养护和洒水养护的混凝土抗渗性能，试验最大水压均做到0.8MPa，六块均未渗水，抗渗等级均大于设计值W6，说明掺自养剂混凝土能替代洒水养护，自然养护后的混凝土抗渗性能优异，能满足水利工程施工等需要。
表4：混凝土试件抗硫酸盐侵蚀检测结果
从表4可知，自养式混凝土C25F150W6试件在自然养护下，以及对比混凝土试件在标准养护和洒水养护下，均能使混凝土试件抗硫酸盐等级大于KS30；说明掺自养剂混凝土在自然养护后的耐久性优异，具有优异的抗硫酸盐侵蚀性能，因此能够较好的水利工程的施工中。
表5：混凝土试件抗冻性能检测结果
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表6：混凝土试件抗冻性能检测结果
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从表5和表6可知，自养式混凝土C25F150W6试件在自然养护下，以及对比混凝土试件在标准养护和洒水养护下，混凝土的抗冻性均能满足设计要求，且掺加自养护剂的混凝土的抗冻性能甚至高于洒水养护下混凝土，说明掺自养剂混凝土能替代洒水养护，自然养护后的混凝土抗冻性能优异，能满足水利工程施工等需要。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本申请，并不构成对本申请的任何限制。通过参照典型实施例对本申请进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本申请权利要求的范围内对本申请作出修改，以及在不背离本申请的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本申请涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本申请限于其中公开的特定例，相反，本申请可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (10)
1.一种混凝土自养护剂，其特征在于，以重量份数计，所述混凝土自养护剂的制备原料包括以下组分：
水 200份；
乙烯/醋酸乙烯酯共聚物 10~25份；
聚丙烯酸钠 10~25份；
聚谷氨酸 35~45份；
壳聚糖 5~15份 ；
焦亚硫酸钠 5~20份 。
2.根据权利要求1所述的混凝土自养护剂，其特征在于，所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的重量份数为15~20份，所述聚丙烯酸钠的重量份数为15~20份；且所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物与聚丙烯酸钠的重量比为1:1。
3.根据权利要求1或2所述的混凝土自养护剂，其特征在于，所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的数均分子量为1000~500000，且所述乙烯/醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的含量为30~50wt%。
4.根据权利要求1或2所述的混凝土自养护剂，其特征在于，所述聚丙烯酸钠的数均分子量为1000~3000。
5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的混凝土自养护剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将所述混凝土自养护剂的各原料组分搅拌混合后进行老化，获得所述混凝土自养护剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述搅拌混合的温度为30~40℃，转速为200~500rpm，时间为2~4h。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述老化的温度为30~40℃，时间为1~2h。
8.一种自养式混凝土，其特征在于，所述自养式混凝土的制备原料中包括如权利要求1-4中任意一项所述的混凝土自养护剂或者权利要求5-7中任意一项所述方法制备的混凝土自养护剂。
9.根据权利要求8所述的自养式混凝土，其特征在于，所述自养式混凝土的制备原料中混凝土自养护剂的含量为制备原料中凝胶材料含量的1~5%，所述制备原料中凝胶材料为水泥和粉煤灰。
10.一种如权利要求8或9中所述的自养式混凝土在水利工程施工中的应用。
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| CN102010160A (zh) * | 2010-10-29 | 2011-04-13 | 广西壮族自治区水利科学研究院 | 抗裂、抗冲磨水工混凝土及其制备方法 |
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2023
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