CN117819866A - 一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土外加剂的领域，具体公开了一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂。降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂包括丙烯酸20‑25份；甲基烯丙基聚氧乙烯醚6‑10份；丁糖12‑15份；丙二酰脲4‑8份；去离子水50‑70份。本申请的改性剂在使用时能够有效降低混凝土浆料的扩散性和渗透性，从而能够减少混凝土浆料向泥浆以及成孔孔壁内的渗透的量，进而能够有效降低旋挖钻孔灌注桩的混凝土充盈系数。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土外加剂的领域，更具体地说，它涉及一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂。
背景技术
钻孔灌注桩施工技术由于施工工序的复杂性，在施工过程中很容易出现塌孔等工程事故，造成人员伤亡以及财产的损失，所以有必要加强对钻孔灌注桩施工技术的研究，提出施工过程中质量的控制要点，可以一定程度上加快施工进程，保证施工的安全性，对实际工程有着重要的指导意义。
混凝土充盈系数定义为钻孔灌注桩的实际混凝土用量与理论用量的比值,充盈系数越高，表明桩孔扩径越大。对于大型桩基工程项目而言，将充盈系数控制在合理范围之内，可显著节省混凝土的用量，降低施工成本。混凝土充盈系数过高的直接原因是旋挖钻孔的成孔质量差。在实际旋挖成孔过程中，由于局部填土层、砂层和卵砾石层等扩径或坍塌严重，成孔质量低，造成混凝土充盈系数过大，严重影响工程效益。
相关技术中，为了将混凝土的充盈系数控制在合理的范围内，通常从提高旋挖钻孔灌注桩的成孔质量方面考虑，多位研究者分别建立了孔壁稳定性的数学模型，并提出了相应的泥浆护壁措施。例如：孔伟等分析了起下钻过程对孔壁稳定性的影响，提出了最佳提钻速度的理论计算方法；王俊利等对砂卵石层钻进用短螺旋钻头进行了优化设计，并采用泥浆护壁等方法来提高成孔质量；林伟等根据溶洞的洞高及充填物情况差异，针对性地提出了旋挖桩施工质量控制措施；卜贵贤等针对粉质黏土地基易缩径，而砂土地基易塌孔、沉渣等问题开展了旋挖钻孔施工工艺和质量控制研究，认为常规压水法和黄土浆液难以满足施工需求，应采用膨润土、护壁剂和纤维素等材料配置泥浆来保证钻孔质量。
上述研究成果在工程施工中都获得了一定的效果，也表明泥浆的使用及其性能对于旋挖钻孔灌注桩的成孔质量有着至关重要的作用。然而，受环境保护和工程成本等因素的影响，施工现场通常采用清水混合桩孔中的黏土矿物进行自然造浆，其性能指标难以满足施工要求。因此，有必要研究其他途径来降低旋挖钻孔灌注桩的混凝土充盈系数。
发明内容
为了降低旋挖钻孔灌注桩的混凝土充盈系数，本申请提供一种新型改性助剂来降低新拌混凝土内浆体的渗透性，通过降低渗透压的方法来减少混凝土渗入土体的数量，进而达到降低混凝土充盈系数的目的。
本申请提供的一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂采用如下的技术方案：一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，包括以下重量份的原料：
丙烯酸20-25份
甲基烯丙基聚氧乙烯醚6-10份
丁糖12-15份
丙二酰脲4-8份
去离子水50-70份。
通过采用上述技术方案，采用丙烯酸和甲基烯丙基聚氧乙烯醚在丙二酰脲的作用下反应得到聚羧酸溶液具有较好的减水效果，并且丙烯酸可以与碱性溶液中的氢氧根离子发生中和反应，使溶液中的离子浓度降低，从而降低混凝土浆料的渗透性。
通过加入丁糖，丁糖中糖分子一方面能够与水泥中的水分反应，形成黏性物质，导致水泥糊浆的粘度增加，从而降低水泥浆料的扩散性，进而降低混凝土在成孔泥浆中的分散性，因此有利于降低混凝土的充盈系数，另一方面糖分子能够使得水泥浆料中的溶质浓度降低，进而有利于降低混凝土浆料的渗透性。
上述组分的改性剂在使用时能够有效降低混凝土浆料的扩散性和渗透性，从而能够减少混凝土浆料向泥浆以及成孔孔壁内的渗透的量，进而能够有效降低旋挖钻孔灌注桩的混凝土充盈系数。
可选的，所述丁糖优选为半乳糖醛酸。
通过采用上述技术方案，丁糖优选为半乳糖醛酸，半乳糖醛酸预热后分解产生半乳糖分子和醛酸基团，半乳糖分子能够有效降低混凝土浆料中溶质和质量，从而降低混凝土浆料的渗透性，并且半乳糖分子能够较好的与水泥分子反应，进而产生黏性物质，降低混凝土浆料的扩散性。分解产生的醛酸基团能够与混凝土浆料中的氢氧根离子发生中和反应，使溶液中的离子浓度降低，从而降低混凝土浆料的渗透性。
可选的，所述原料中还包括6-8份八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末。
通过采用上述技术方案，加入八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末能够与原料中有机聚合物之间发生接枝、聚合，从而产生聚合物之间化学键合作用，因此避免了无机粒子的团聚和两相界面结合力弱的问题,实现原料在分子层上的均匀分散，进而有利于使改性剂保持稳定均一的使用性能，并且在加热的条件下八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末有助于半乳糖醛酸快速分解成半乳糖分子和醛酸基团，进而有利于降低混凝土浆料的渗透性。
可选的，所述原料中还包括10-12份碳酸氢盐粉末。
通过采用上述技术方案，加入的碳酸氢盐溶解后形成碳酸盐缓冲溶液，缓冲溶液可以与碱性溶液中的氢氧根离子发生中和反应，使溶液中的离子浓度降低，从而降低混凝土浆料的渗透性。
可选的，所述原料中还包括8-12份滑石粉。
通过采用上述技术方案，加入滑石粉能够起到充分润滑的作用，从而使得混凝土浆料表面形成一层封闭的润滑油墨，进而减少混凝土浆料向泥浆中的扩散和渗透，滑石粉还有利于是改性剂保持长效稳定的性质，进而有利于提高改性剂的保质期。
可选的，所述八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末为过100-120目筛的筛下物。
可选的，所述碳酸氢盐优选为碳酸氢铵粉末。
通过采用上述技术方案，采用碳酸氢铵粉末，碳酸氢铵溶解后能够形成碳酸盐缓冲溶液，从而降低混凝土浆料的渗透性，并且在灌浆过程中由于大量的搅拌能够使得碳酸氢铵分解出氨气，灌浆完成后，混凝土硬化过程中，氨气气泡破裂后能够使泥浆向灌注桩内部扩散，一方面能够提高灌注桩与地基的结合力，另一方面能够减少混凝土浆料的用量，进而充分降低混凝土浆料的充盈系数。
第二方面，本申请提供一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂的制备方法，采用如下的技术方案：
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙二酰脲混合，搅拌均匀形成混合溶液；
S2、将混合溶液和去离子水加入容器中，将温度升高至80-90℃，然后向容器中加入八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末和丁糖，保持温度为80-90℃，反应1-2小时，降温至20-30℃后加入滑石粉和碳酸氢盐后搅拌反应得到改性剂。
通过采用上述技术方案，先将丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙二酰脲混合后搅拌，由于相似相溶原理能够使混合溶液充分混合均匀，然后加入八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末和丁糖在加热条件下反应，能够促进半乳糖醛酸分解，同时促进八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末能够使改性剂整体保持较好的稳定性和使用性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用上述组分的改性剂在使用时能够有效降低混凝土浆料的扩散性和渗透性，从而能够减少混凝土浆料向泥浆以及成孔孔壁内的渗透的量，进而能够有效降低旋挖钻孔灌注桩的混凝土充盈系数。
2、本申请中优选采用半乳糖醛酸，由于半乳糖醛酸预热后分解产生半乳糖分子和醛酸基团，半乳糖分子能够有效降低混凝土浆料中溶质和质量，从而降低混凝土浆料的渗透性，并且半乳糖分子能够较好的与水泥分子反应，进而产生黏性物质，降低混凝土浆料的扩散性。分解产生的醛酸基团能够与混凝土浆料中的氢氧根离子发生中和反应，使溶液中的离子浓度降低，从而降低混凝土浆料的渗透性。
3、本申请通过加入八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末能够与原料中有机聚合物之间发生接枝、聚合，从而产生聚合物之间化学键合作用，因此避免了无机粒子的团聚和两相界面结合力弱的问题,实现原料在分子层上的均匀分散，进而有利于使改性剂保持稳定均一的使用性能，并且在加热的条件下八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末有助于半乳糖醛酸快速分解成半乳糖分子和醛酸基团，进而有利于降低混凝土浆料的渗透性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例采用的各种原料均通过实收获得，其中丙烯酸购自上海华谊丙烯酸有限公司；甲基烯丙基聚氧乙烯醚购自湖北鑫润德化工有限公司；丙二酰脲购自上海吉至生化科技有限公司；半乳糖醛酸购自湖北永阔科技有限公司。
实施例
实施例1
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，其原料组分及相应用量如表1所示。
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙二酰脲混合，搅拌均匀形成混合溶液；
S2、将混合溶液和去离子水加入容器中，将温度升高至80℃，然后向容器中加入半乳糖醛酸，保持温度为80℃，反应1小时，降温冷却至20℃后得到改性剂。
实施例2
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，其原料组分及相应用量如表1所示。
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙二酰脲混合，搅拌均匀形成混合溶液；
S2、将混合溶液和去离子水加入容器中，将温度升高至85℃，然后向容器中加入半乳糖醛酸，保持温度为85℃，反应1.5小时，降温冷却至25℃后得到改性剂。
实施例3
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，其原料组分及相应用量如表1所示。
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、将丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙二酰脲混合，搅拌均匀形成混合溶液；
S2、将混合溶液和去离子水加入容器中，将温度升高至90℃，然后向容器中加入半乳糖醛酸，保持温度为90℃，反应2小时，降温冷却至30℃后得到改性剂。
表1
实施例4
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例3的区别在于：其原料中还加入有6kg的八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末，在制备过程中八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末和半乳糖醛酸一起加入容器中。
实施例5
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例3的区别在于：其原料中还加入有7kg的八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末，在制备过程中八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末和半乳糖醛酸一起加入容器中。
实施例6
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例3的区别在于：其原料中还加入有8kg的八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末，在制备过程中八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末和半乳糖醛酸一起加入容器中。
实施例7
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例6的区别在于：其原料中还加入有10kg的碳酸氢铵粉末。在制备过程中碳酸氢铵粉末的加入时机为向容器中加入八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末和丁糖，保持温度为90℃，反应2小时，降温冷却至30℃后加入碳酸氢铵粉末后搅拌反应得到改性剂。
实施例8
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例6的区别在于：其原料中还加入有11kg的碳酸氢铵粉末。在制备过程中碳酸氢铵粉末的加入时机为向容器中加入八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末和丁糖，保持温度为90℃，反应2小时，降温冷却至30℃后加入碳酸氢铵粉末后搅拌反应得到改性剂。
实施例9
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例6的区别在于：其原料中还加入有11kg的碳酸氢铵粉末。在制备过程中碳酸氢铵粉末的加入时机为向容器中加入八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末和丁糖，保持温度为90℃，反应2小时，降温冷却至30℃后加入碳酸氢铵粉末后搅拌反应得到改性剂。
实施例10
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例9的区别在于：其原料中还加入有8kg滑石粉。在制备过程中滑石粉与碳酸氢铵同时加入搅拌反应后得到改性剂。
实施例11
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例9的区别在于：其原料中还加入有10kg滑石粉。在制备过程中滑石粉与碳酸氢铵同时加入搅拌反应后得到改性剂。
实施例12
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例9的区别在于：其原料中还加入有12kg滑石粉。在制备过程中滑石粉与碳酸氢铵同时加入搅拌反应后得到改性剂。
对比例
对比例1
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例12的区别在于：其原料中未添加半乳糖醛酸。
对比例2
一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，与实施例12的区别在于：其原料中采用等量的葡萄糖替换半乳糖醛酸。
性能检测试验
检测方法
在同一施工现场的相同地质条件下，采用短螺旋钻头进行旋挖钻孔形成成孔，然后采用膨润土配置泥浆进行护壁施工，然后将上述的实施例1-12和制备1-2制得的改性剂分别通入同一批次配置的混凝土浆料中形成灌浆料，然后将成孔中分别灌注上述的灌浆料，其具体灌注量如表2所示。
本检测方法中钻孔灌注桩标准桩长33.0米，桩径本检测方法中采用静压灌注的方法进行灌注施工，灌浆达到灌注桩施工要求后，统计成孔内的混凝土灌注量，并根据设计灌注桩的灌浆料理论用量(单根灌注桩理论用量为30.3m3)，计算静压灌注桩的充盈系数，静压灌注桩的充盈系数的标准范围为1.02-1.10。
表2实施例1-12和对比例1-2的测试数据
| 灌浆料实际用量(m3) | 灌浆料理论用量(m3) | 充盈系数 | |
| 实施例1 | 33.1 | 30.3 | 1.092 |
| 实施例2 | 33.0 | 30.3 | 1.089 |
| 实施例3 | 32.9 | 30.3 | 1.086 |
| 实施例4 | 32.6 | 30.3 | 1.076 |
| 实施例5 | 32.4 | 30.3 | 1.069 |
| 实施例6 | 32.2 | 30.3 | 1.063 |
| 实施例7 | 31.7 | 30.3 | 1.046 |
| 实施例8 | 31.8 | 30.3 | 1.050 |
| 实施例9 | 30.9 | 30.3 | 1.020 |
| 实施例10 | 30.9 | 30.3 | 1.020 |
| 实施例11 | 30.8 | 30.3 | 1.017 |
| 实施例12 | 30.5 | 30.3 | 1.007 |
| 对比例1 | 38.4 | 30.3 | 1.267 |
| 对比例2 | 38.5 | 30.3 | 1.271 |
结合实施例1-3和对比例1并结合表2可以看出，本实施例1-3制备得到的改性剂在使用过程中能够较好的改善混凝土的渗透性，避免灌浆料向成孔孔壁内渗透，进而使得混凝土灌浆料具有较小的充盈系数。充盈系数保持在1.09左右，复合设计要求，能够较好的保证灌注桩的质量，降低灌注桩施工成本。对比例1由于未添加半乳糖醛酸，从而难以降低混凝土的渗透性，进而导致充盈系数较大，达到1.267。
结合实施例3-6并结合表2可以看出，实施例4-6由于在改性剂原料中加入八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末，八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末，有助于半乳糖醛酸快速充分分解成半乳糖分子和醛酸基团，半乳糖分子能够有效降低混凝土浆料中溶质和质量，从而降低混凝土浆料的渗透性，分解产生的醛酸基团能够与混凝土浆料中的氢氧根离子发生中和反应，使溶液中的离子浓度降低，从而降低混凝土浆料的渗透性，因此有利于进一步降低混凝土灌浆料的充盈系数。
结合实施例6-9并结合表2可以看出，实施例7-8在添加八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末的基础上进一步加入了碳酸氢铵粉末，采用碳酸氢铵粉末，碳酸氢铵溶解后能够形成碳酸盐缓冲溶液，从而降低混凝土浆料的渗透性，并且在灌浆过程中由于大量的搅拌能够使得碳酸氢铵分解出氨气，灌浆完成后，混凝土硬化过程中，氨气气泡破裂后能够使泥浆向灌注桩内部扩散，一方面能够提高灌注桩与地基的结合力，另一方面能够减少混凝土浆料的用量，进而充分降低混凝土浆料的充盈系数。
结合实施例9-12并结合表2可以看出，实施例10-12进一步在原料中加入滑石粉，滑石粉能够使得混凝土浆料表面形成一层封闭的润滑油墨，进而减少混凝土浆料向泥浆中的扩散和渗透，从而有利于降低混凝土浆料的渗透性。
结合实施例12、对比例1和对比例2并结合表2可以看出，对比例2中改性剂采用葡萄糖，由于葡萄糖分子量较大，因此难以与混凝土中的水泥反应，因此不能降低混凝土浆料中溶质和质量，从而对混凝土浆料的渗透性没有明显的影响。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：
丙烯酸20-25份
甲基烯丙基聚氧乙烯醚6-10份
丁糖12-15份
丙二酰脲4-8份
去离子水50-70份。
2.根据权利要求1所述的一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，其特征在于：所述丁糖优选为半乳糖醛酸。
3.根据权利要求2所述的一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，其特征在于：所述原料中还包括6-8份八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末。
4.根据权利要求3所述的一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，其特征在于：所述原料中还包括10-12份碳酸氢盐粉末。
5.根据权利要求4所述的一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，其特征在于：所述原料中还包括8-12份滑石粉。
6.根据权利要求3所述的一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，其特征在于：所述八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末为过100-120目筛的筛下物。
7.根据权利要求4所述的一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂，其特征在于：所述碳酸氢盐优选为碳酸氢铵粉末。
8.一种如权利要求5所述的一种降低浆体渗透性的混凝土浆料用改性剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙二酰脲混合，搅拌均匀形成混合溶液；
S2、将混合溶液和去离子水加入容器中，将温度升高至80-90℃，然后向容器中加入八十七氟癸基笼状聚倍半硅氧烷粉末和丁糖，保持温度为80-90℃，反应1-2小时，降温至20-30℃后加入滑石粉和碳酸氢盐后搅拌反应得到改性剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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