CN116986845A - 混凝土密实剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料制备技术领域，具体的涉及一种混凝土密实剂及其制备方法。所述的混凝土密实剂，由以下原料组成：白云石、硅藻土、赤泥、煅烧焦宝石、双酚A型环氧树脂乳液、单丝硼纤维、聚丙烯腈纤维、萘磺酸盐甲醛缩合物、十八烷基三甲基溴化铵、三聚磷酸钠、环甲基硅氧烷以及去离子水。本发明所述的混凝土密实剂，通过对白云石、硅藻土、赤泥和焦宝石进行煅烧处理，使其与水泥的水化产物发生反应，形成新的凝胶材料从而堵塞毛细孔起到密实作用，单丝硼纤维与聚丙烯腈纤维通过桥接作用达到抗裂的目的，进而起到密实混凝土的作用。由此，通过原料之间的协同作用，在提高混凝土密实性的同时还增强了混凝土的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料制备技术领域，具体的涉及一种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。而在混凝土拌合过程中加入密实剂，能提高硬化混凝土的抗渗性和抗开裂性，因此，密实剂的开发对工程应用具有重要作用。
目前，最常见的就是在混凝土中直接加入硅粉充当密实剂，具有成本低，加工方便的特点，但是在使用过程中，造成混凝土的使用寿命较短，并且混凝土有开裂的风险。此外，有些密实剂采用膨胀剂与憎水组分配置而成，但是由于膨胀剂的品位低下，膨胀能低、膨胀与强度无法匹配，往往出现掺杂后反而比未掺杂引起的混凝土的开裂更加严重。因此，需要对密实剂加以改进，研发一种能够提高混凝土抗裂防渗性能的密实剂。
发明内容
本发明的目的是：提供一种混凝土密实剂。所述的混凝土密实剂能够改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土的抗拉强度；本发明同时提供了其制备方法。
本发明所述的混凝土密实剂，以重量份数计，由以下原料组成：白云石5-6份、硅藻土8-10份、赤泥6-7.2份、煅烧焦宝石4-5份、双酚A型环氧树脂乳液3-6份、单丝硼纤维0.8-1.0份、聚丙烯腈纤维0.3-0.5份、萘磺酸盐甲醛缩合物1-1.3份、十八烷基三甲基溴化铵0.5-0.8份、三聚磷酸钠1-2份、环甲基硅氧烷0.5-0.8份以及去离子水50-55份。
优选的，本发明所述的混凝土密实剂，以重量份数计，由以下原料组成：白云石5.5份、硅藻土9份、赤泥6.6份、煅烧焦宝石4.5份、双酚A型环氧树脂乳液5份、单丝硼纤维0.9份、聚丙烯腈纤维0.4份、萘磺酸盐甲醛缩合物1.1份、十八烷基三甲基溴化铵0.7份、三聚磷酸钠1.5份、环甲基硅氧烷0.6份以及去离子水53份。
其中：
聚丙烯腈纤维的直径为15-18μm。
单丝硼纤维的直径为100-200μm。
双酚A型环氧树脂乳液的环氧当量为176-184g/mol，黏度为8000-11000mPa·s。
煅烧焦宝石是将焦宝石于750-800℃煅烧3.5-4h制备得到的。
本发明所述的混凝土密实剂的制备方法，由以下步骤组成：
（1）将白云石、硅藻土和赤泥混合均匀，于110-115℃干燥2-2.5h，然后以5-7℃/min的速率升温至1150-1200℃煅烧2.5-3h，制备得到混合料；
（2）将焦宝石于750-800℃煅烧3.5-4h，制备得到煅烧焦宝石；
（3）将步骤（1）制备得到的混合料、步骤（2）制备得到的煅烧焦宝石、单丝硼纤维、聚丙烯腈纤维和三聚磷酸钠加入到十八烷基三甲基溴化铵和去离子水的混合液中混合均匀；
（4）向步骤（3）的混合液中加入双酚A型环氧树脂乳液、萘磺酸盐甲醛缩合物和环甲基硅氧烷混合均匀，制备得到混凝土密实剂。
其中：
步骤（3）中混合温度为40-45℃，混合时间为5-8min，混合时的搅拌速率为120r/min-150r/min。
步骤（4）中混合温度为室温，混合时间为30-35min，混合时的搅拌速率为120r/min-150r/min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明所述的混凝土密实剂，将白云石、硅藻土和赤泥的混合物经过高温煅烧处理，一方面使三者的微观结构更为致密，另一方面硅藻土中的无定形二氧化硅可与水化产物氢氧化钙反应生成硅酸钙凝胶，赤泥与白云石在煅烧温度下能够生成硅酸二钙，硅酸二钙与水化反应早期生成的铝酸钙和氢氧化铝凝胶通过二次水化反应，生成三维网状的含硅水化铝酸钙凝胶，从而使得混凝土的孔隙结构得到进一步细化，进而提高了混凝土的密实性和强度。焦宝石经过750-800℃的高温煅烧分解得到的活性三氧化二铝在水中离解为[Al(OH)4]ˉ，在减水剂萘磺酸盐甲醛缩合物的作用下，导致水不充足，因此离解出来的[Al(OH)4]ˉ进入煅烧焦宝石颗粒的C-S-H凝胶中形成高铝凝胶，对孔隙结构进行进一步填充。因此，白云石、硅藻土、赤泥和焦宝石的添加，通过形成新的凝胶成分堵塞混凝土的内部孔隙，进而提高混凝土的密实性，同时由于凝胶成分的增多，增强了混凝土的强度。
（2）本发明所述的混凝土密实剂，将单丝硼纤维和聚丙烯腈纤维复配使用，单丝硼纤维具有高的拉伸强度和弹性模量，且化学性质稳定，通过添加单丝硼纤维能够增强混凝土的抗拉强度；聚丙烯腈纤维能够提高混凝土的韧性和抗裂性，纤维的加入能够提高混凝土的早期抗裂等级，控制加载后抗渗性能的裂化。而且聚丙烯腈纤维与单丝硼纤维的直径相差很大，因此，聚丙烯腈纤维能够通过桥接作用对混凝土微裂纹的产生和扩展起到抑制作用，而单丝硼纤维对宏观裂纹起到桥接作用，抑制宏观裂纹的扩展，两者复配使用，减少混凝土初凝阶段的泌水通道和泌水量，提高混凝土的密实性。此外，添加了双酚A型环氧树脂乳液，双酚A型环氧树脂乳液不仅具有粘结力强、耐水、耐酸碱腐蚀、耐冲刷、抗渗性好的特点，而且还不含有机溶剂等污染物。双酚A型环氧树脂乳液在固化过程中形成具有一定粘结力的膜，穿插在水化产物中，从而堵塞混凝土中的毛细孔，提高混凝土抗拉强度的同时起到抗渗的作用。
（3）本发明所述的混凝土密实剂，通过对白云石、硅藻土、赤泥和焦宝石进行煅烧处理，使其与水泥的水化产物发生反应，形成新的凝胶材料从而堵塞毛细孔起到密实作用，单丝硼纤维与聚丙烯腈纤维相互作用，通过桥接作用达到抗裂的目的，进而起到密实混凝土的作用，此外，添加了双酚A型环氧树脂乳液，其通过固化过程中形成的具有粘结力的膜堵塞混凝土的毛细孔，对混凝土起到密实作用。由此，通过原料之间的协同作用，在提高混凝土密实性的同时还增强了混凝土的力学性能。
（4）本发明所述的混凝土密实剂的制备方法，工艺简单，参数易于控制，用于混凝土时，使混凝土具有优异的抗渗性和密实性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例1所述的混凝土密实剂，以重量份数计，由以下原料组成：白云石5.5份、硅藻土9份、赤泥6.6份、煅烧焦宝石4.5份、双酚A型环氧树脂乳液5份、单丝硼纤维0.9份、聚丙烯腈纤维0.4份、萘磺酸盐甲醛缩合物1.1份、十八烷基三甲基溴化铵0.7份、三聚磷酸钠1.5份、环甲基硅氧烷0.6份以及去离子水53份。
其中：
聚丙烯腈纤维的直径为18μm。
单丝硼纤维的直径为140μm。
双酚A型环氧树脂乳液环氧当量为180g/mol，黏度为9670mPa·s。
煅烧焦宝石是将焦宝石于780℃煅烧3.8h制备得到的。
本实施例1所述的混凝土密实剂的制备方法，由以下步骤组成：
（1）将白云石、硅藻土和赤泥混合均匀，于113℃干燥2.3h，然后以6℃/min的速率升温至1180℃煅烧2.7h，制备得到混合料；
（2）将焦宝石于780℃煅烧3.8h，制备得到煅烧焦宝石；
（3）将步骤（1）制备得到的混合料、步骤（2）制备得到的煅烧焦宝石、单丝硼纤维、聚丙烯腈纤维和三聚磷酸钠加入到十八烷基三甲基溴化铵和去离子水的混合液中混合均匀；
（4）向步骤（3）的混合液中加入双酚A型环氧树脂乳液、萘磺酸盐甲醛缩合物和环甲基硅氧烷混合均匀，制备得到混凝土密实剂。
其中：
步骤（3）中混合温度为43℃，混合时间为7min，混合时的搅拌速率为130r/min。
步骤（4）中混合温度为室温，混合时间为33min，混合时的搅拌速率为140r/min。
实施例2
本实施例2所述的混凝土密实剂，以重量份数计，由以下原料组成：白云石5份、硅藻土10份、赤泥6份、煅烧焦宝石5份、双酚A型环氧树脂乳液3份、单丝硼纤维1.0份、聚丙烯腈纤维0.5份、萘磺酸盐甲醛缩合物1.3份、十八烷基三甲基溴化铵0.8份、三聚磷酸钠1.2份、环甲基硅氧烷0.8份以及去离子水55份。
其中：
聚丙烯腈纤维的直径为15μm。
单丝硼纤维的直径为100μm。
双酚A型环氧树脂乳液环氧当量为176g/mol，黏度为8000mPa·s。
煅烧焦宝石是将焦宝石于750℃煅烧4h制备得到的。
本实施例2所述的混凝土密实剂的制备方法，由以下步骤组成：
（1）将白云石、硅藻土和赤泥混合均匀，于115℃干燥2h，然后以5℃/min的速率升温至1200℃煅烧2.5h，制备得到混合料；
（2）将焦宝石于750℃煅烧4h，制备得到煅烧焦宝石；
（3）将步骤（1）制备得到的混合料、步骤（2）制备得到的煅烧焦宝石、单丝硼纤维、聚丙烯腈纤维和三聚磷酸钠加入到十八烷基三甲基溴化铵和去离子水的混合液中混合均匀；
（4）向步骤（3）的混合液中加入双酚A型环氧树脂乳液、萘磺酸盐甲醛缩合物和环甲基硅氧烷混合均匀，制备得到混凝土密实剂。
其中：
步骤（3）中混合温度为45℃，混合时间为8min，混合时的搅拌速率为150r/min。
步骤（4）中混合温度为室温，混合时间为35min，混合时的搅拌速率为150r/min。
实施例3
本实施例3所述的混凝土密实剂，以重量份数计，由以下原料组成：白云石6份、硅藻土8份、赤泥7.2份、煅烧焦宝石4份、双酚A型环氧树脂乳液6份、单丝硼纤维0.8份、聚丙烯腈纤维0.3份、萘磺酸盐甲醛缩合物1份、十八烷基三甲基溴化铵0.5份、三聚磷酸钠1份、环甲基硅氧烷0.5份以及去离子水50份。
其中：
聚丙烯腈纤维的直径为17μm。
单丝硼纤维的直径为200μm。
双酚A型环氧树脂乳液环氧当量为184g/mol，黏度为11000mPa·s。
煅烧焦宝石是将焦宝石于800℃煅烧3.5h制备得到的。
本实施例3所述的混凝土密实剂的制备方法，由以下步骤组成：
（1）将白云石、硅藻土和赤泥混合均匀，于110℃干燥2.5h，然后以5℃/min的速率升温至1150℃煅烧2.5h，制备得到混合料；
（2）将焦宝石于800℃煅烧3.5h，制备得到煅烧焦宝石；
（3）将步骤（1）制备得到的混合料、步骤（2）制备得到的煅烧焦宝石、单丝硼纤维、聚丙烯腈纤维和三聚磷酸钠加入到十八烷基三甲基溴化铵和去离子水的混合液中混合均匀；
（4）向步骤（3）的混合液中加入双酚A型环氧树脂乳液、萘磺酸盐甲醛缩合物和环甲基硅氧烷混合均匀，制备得到混凝土密实剂。
其中：
步骤（3）中混合温度为40℃，混合时间为5min，混合时的搅拌速率为120r/min。
步骤（4）中混合温度为室温，混合时间为30min，混合时的搅拌速率为120r/min。
对比例1
本对比例1所述的混凝土密实剂的制备方法与实施例1相同，唯一的不同点在于，所述的密实剂的原料组成不同。本对比例1所述的混凝土密实剂，以重量份数计，由以下原料组成：双酚A型环氧树脂乳液5份、单丝硼纤维0.9份、聚丙烯腈纤维0.4份、萘磺酸盐甲醛缩合物1.1份、十八烷基三甲基溴化铵0.7份、三聚磷酸钠1.5份、环甲基硅氧烷0.6份以及去离子水53份。
对比例2
本对比例2所述的混凝土密实剂的制备方法与实施例1相同，唯一的不同点在于，所述的密实剂的原料组成不同。本对比例2所述的混凝土密实剂，以重量份数计，由以下原料组成：白云石5.5份、硅藻土9份、赤泥6.6份、煅烧焦宝石4.5份、双酚A型环氧树脂乳液5份、萘磺酸盐甲醛缩合物1.1份、十八烷基三甲基溴化铵0.7份、三聚磷酸钠1.5份、环甲基硅氧烷0.6份以及去离子水53份。
对比例3
本对比例3所述的混凝土密实剂的制备方法与实施例1相同，唯一的不同点在于，所述的密实剂的原料组成不同。本对比例3所述的混凝土密实剂，以重量份数计，由以下原料组成：白云石5.5份、硅藻土9份、赤泥6.6份、煅烧焦宝石4.5份、单丝硼纤维0.9份、聚丙烯腈纤维0.4份、萘磺酸盐甲醛缩合物1.1份、十八烷基三甲基溴化铵0.7份、三聚磷酸钠1.5份、环甲基硅氧烷0.6份以及去离子水53份。
将实施例1-3以及对比例1-3制备的混凝土密实剂用于混凝土中，混凝土密实剂的掺量为混凝土凝胶材料总质量的0.12%，采用JC474-2008标准中检测方法测试混凝土的抗渗性能和力学性能，结果如下表1所示：
表1 实施例1-3以及对比例1-3混凝土密实剂性能测试结果
Claims (9)
1.一种混凝土密实剂，其特征在于：以重量份数计，由以下原料组成：白云石5-6份、硅藻土8-10份、赤泥6-7.2份、煅烧焦宝石4-5份、双酚A型环氧树脂乳液3-6份、单丝硼纤维0.8-1.0份、聚丙烯腈纤维0.3-0.5份、萘磺酸盐甲醛缩合物1-1.3份、十八烷基三甲基溴化铵0.5-0.8份、三聚磷酸钠1-2份、环甲基硅氧烷0.5-0.8份以及去离子水50-55份。
2.根据权利要求1所述的混凝土密实剂，其特征在于：以重量份数计，由以下原料组成：白云石5.5份、硅藻土9份、赤泥6.6份、煅烧焦宝石4.5份、双酚A型环氧树脂乳液5份、单丝硼纤维0.9份、聚丙烯腈纤维0.4份、萘磺酸盐甲醛缩合物1.1份、十八烷基三甲基溴化铵0.7份、三聚磷酸钠1.5份、环甲基硅氧烷0.6份以及去离子水53份。
3.根据权利要求1所述的混凝土密实剂，其特征在于：聚丙烯腈纤维的直径为15-18μm。
4.根据权利要求1所述的混凝土密实剂，其特征在于：单丝硼纤维的直径为100-200μm。
5.根据权利要求1所述的混凝土密实剂，其特征在于：双酚A型环氧树脂乳液环氧当量为176-184g/mol，黏度为8000-11000mPa·s。
6.根据权利要求1所述的混凝土密实剂，其特征在于：煅烧焦宝石是将焦宝石于750-800℃煅烧3.5-4h制备得到的。
7.一种权利要求1所述的混凝土密实剂的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
（1）将白云石、硅藻土和赤泥混合均匀，于110-115℃干燥2-2.5h，然后以5-7℃/min的速率升温至1150-1200℃煅烧2.5-3h，制备得到混合料；
（2）将焦宝石于750-800℃煅烧3.5-4h，制备得到煅烧焦宝石；
（3）将步骤（1）制备得到的混合料、步骤（2）制备得到的煅烧焦宝石、单丝硼纤维、聚丙烯腈纤维和三聚磷酸钠加入到十八烷基三甲基溴化铵和去离子水的混合液中混合均匀；
（4）向步骤（3）的混合液中加入双酚A型环氧树脂乳液、萘磺酸盐甲醛缩合物和环甲基硅氧烷混合均匀，制备得到混凝土密实剂。
8.根据权利要求7所述的混凝土密实剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中混合温度为40-45℃，混合时间为5-8min，混合时的搅拌速率为120r/min-150r/min。
9.根据权利要求7所述的混凝土密实剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中混合温度为室温，混合时间为30-35min，混合时的搅拌速率为120r/min-150r/min。
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