一種無堿抗裂混凝土減縮劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無堿抗裂混凝土減縮劑，它包括如下重量百分比的組分：I級粉煤灰35%-66%；聚丙烯短纖維8%-18%；聚乙二醇2%-18%；甲基丙烯酸3%-17%；甲酸鈣2%-15%；新戊二醇3%-16%；十二烷基苯磺酸鈉0.2%-0.8%。本發(fā)明作為減縮型外加劑的研制和應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)外加劑技術(shù)的全面提升，減少混凝土收縮，抑制非荷載裂縫，提高混凝土耐久性成為可能，開創(chuàng)了一種綠色環(huán)保無污染的無堿抗裂混凝土減縮劑，該技術(shù)投料方式簡單，生產(chǎn)條件容易控制、工藝簡單，生產(chǎn)出具有低堿、低摻量、能有效控制混凝土收縮的無堿抗裂混凝土減縮劑。具有較好的社會(huì)效益和較大的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】一種無堿抗裂混凝土減縮劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種無堿抗裂混凝土減縮劑。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土是當(dāng)代建筑工程用量最大的建筑材料，混凝土工程技術(shù)總是伴隨著工程建設(shè)的需要和科學(xué)技術(shù)發(fā)展而進(jìn)步的?，F(xiàn)已廣泛用于工業(yè)與民用建筑、水利、城市建設(shè)、農(nóng)林、交通及海港等工程。與此同時(shí)，混凝土在應(yīng)用過程中會(huì)出現(xiàn)許多新的問題，近年來尤為突出的是混凝土的耐久性劣化問題。由于耐久性不足導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的事故時(shí)有發(fā)生，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失也是難以估量的?；炷磷畲蟮娜秉c(diǎn)就是易產(chǎn)生裂縫?；炷辽系牧芽p不僅僅是工程質(zhì)量的事故，它的存在還會(huì)使混凝土的強(qiáng)度性能有所降低。尤為重要的是，混凝土中裂縫的存在使混凝土抵抗外界物質(zhì)侵蝕的能力降低，混凝土的耐久性和耐久壽命大大下降。在經(jīng)歷了混凝土的耐久性不良給人類帶來的巨大損失以后，如何提高混凝土的耐久性已經(jīng)成為世界各國研究的重點(diǎn)。由于混凝土的裂縫是影響混凝土耐久性的重要因素，因此研究混凝土工程裂縫的控制是非常重要的。而形成混凝土裂縫的因素有:混凝土溫度和濕度的變化、混凝土自身的脆性和不平衡、混凝土結(jié)構(gòu)混亂、混凝土原材料質(zhì)量差、模板變形的不均勻沉降、缺少養(yǎng)護(hù)、干濕轉(zhuǎn)化、干縮形變等。
由于現(xiàn)代混凝土本身的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，漿體粘稠、保水性好，水分遷移受到一定限制，且因?yàn)榈退z比而使其自收縮現(xiàn)象突出。其普遍具有發(fā)生早期裂紋的趨勢，目前雖然對裂縫的成因已有較一致的認(rèn)識(shí)，并提出了許多見解和方法，但至今沒有得到有效控制，且日趨嚴(yán)重?；炷凉こ塘芽p產(chǎn)生的原因很多，涉及到材料配合比、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及后期養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，并且這些因素之間相互交叉影響和作用，使得混凝土工程裂縫控制變的十分復(fù)雜。單憑設(shè)計(jì)或施工方法，要從根本上消除非荷載裂縫尚有困難。從工程結(jié)構(gòu)失效破壞等特征來看，裂縫是結(jié)構(gòu)破壞失效所表現(xiàn)的宏觀形式，而產(chǎn)生裂縫的機(jī)理過程是與混凝土材料本體變化密切相關(guān)，早期混凝土工程裂縫的產(chǎn)生除受各種載荷作用影響之外，混凝土的收縮是很關(guān)鍵的。當(dāng)前在控制混凝土開裂配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)中，有添加纖維、膨脹劑等措施，其目的都是降低各種收縮變形，但各種外加劑的作用機(jī)理和效果均有不同。就纖維的加入而言，它在一定程度上阻止了裂縫的擴(kuò)展和延伸，但它主要起到分散或均化收縮應(yīng)力分布的作用，而不能從根本上消除裂縫的產(chǎn)生；膨脹劑是通過與水泥水化產(chǎn)物進(jìn)行一系列的化學(xué)反應(yīng)，生成膨脹結(jié)晶來補(bǔ)償混凝土的收縮，此過程要大量的水參與反應(yīng)，在養(yǎng)護(hù)不良的情況下(如水分不充分)，膨脹劑的抗裂效果并不能充分發(fā)揮，因此其質(zhì)量不穩(wěn)定，與混凝土體系的適應(yīng)性差，控制膨脹量以及膨脹時(shí)間都難以控制；傳統(tǒng)的減縮劑是通過降低混凝土毛細(xì)管中液相的表面張力，使毛細(xì)管負(fù)壓下降，減小收縮應(yīng)力，性能較前兩者好，但由于其成本較高，因此限制其推廣應(yīng)用的范圍。
[0003] 相對于傳統(tǒng)的混凝土減縮劑，這里無堿抗裂混凝土減縮劑是一種對水有特殊吸附作用的高分子功能材料，其內(nèi)部帶有強(qiáng)烈的親水基團(tuán)，與通常的海綿、紙纖維以及棉布等吸附材料不同，吸水性凝膠材料可吸收自身重量成百上千倍的水，同時(shí)膨脹成一種與水牢固結(jié)合的水凝膠。即使受到相當(dāng)大的壓力，這種凝膠中的水也很少被擠出。目前混凝土水膠比普遍偏低，減水劑的使用現(xiàn)已成為混凝土配合比設(shè)計(jì)中不可或缺的一種組分。由于減水劑的摻入，普遍會(huì)增大了混凝土的收縮，故而國家《混凝土外加劑》規(guī)范中曾規(guī)定，即使一等品也允許收縮率比達(dá)125%。
[0004]造成混凝土開裂的最根本的原因是混凝土的收縮，其中有相當(dāng)一部分的收縮是自收縮。在自由狀態(tài)下，混凝土能夠收縮到一定程度而不發(fā)生開裂。但是，混凝土往往要受到來自于粗骨料、鋼筋或外部結(jié)構(gòu)的約束。在內(nèi)部約束或外部約束存在的條件下，將不可避免地在混凝土表面甚至混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。這一拉應(yīng)力被稱為自生拉應(yīng)力?；炷潦艿竭@一拉應(yīng)力的長期作用。當(dāng)這一拉應(yīng)力達(dá)到或超過一定限度時(shí)，混凝土將不可避免地產(chǎn)生開裂。目前，非結(jié)構(gòu)性裂縫控制措施除了增設(shè)構(gòu)造鋼筋、施工縫、后澆帶等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施外，主要有降低溫差、澆水養(yǎng)護(hù)和摻膨脹劑或使用膨脹水泥等。但控制混凝土內(nèi)外溫差和澆水養(yǎng)護(hù)這一施工措施僅僅推遲收縮變形的產(chǎn)生，并不能真正減小最終收縮值。解決混凝土收縮裂縫的根本途徑在于研制混凝土無堿抗裂混凝土減縮劑。無堿抗裂混凝土減縮劑一般而言，在合成精制過程中會(huì)形成重合度不同的物質(zhì)，因此實(shí)際成分為不同重復(fù)度的混合物?；炷亮芽p會(huì)降低混凝土的剛度，影響混凝土外觀，降低混凝土防水防腐性能，嚴(yán)重的會(huì)引起鋼筋銹蝕，最終影響混凝土的性能發(fā)揮和混凝土的壽命。如何減少或防止混凝土因干燥收縮而產(chǎn)生的裂紋或裂縫，是各國混凝土工作者都感興趣的研究課題。其中混凝土膨脹劑開發(fā)研究的成功，補(bǔ)償收縮混凝土的運(yùn)用是解決混凝土干縮的重要途徑，目前已被廣泛應(yīng)用于補(bǔ)償收縮混凝土、自應(yīng)力混凝土及無收縮自流型灌漿材料等。然而混凝土膨脹劑摻量大不經(jīng)濟(jì)，難以控制膨脹率；特別是需要混凝土在早期有水的養(yǎng)護(hù)，如果養(yǎng)護(hù)困難或沒法養(yǎng)護(hù)它將不能提供膨脹；另外它常在混凝土中引起堿集料反應(yīng)。現(xiàn)有的減縮劑一般是低級醇的環(huán)氧化合物、聚醚和聚醇類有機(jī)物及其衍生物等，如:江蘇蘇博特新材料股份有限公司研制開發(fā)的JM - SRA系列混凝土減縮劑，其主要成分為烷基聚氧乙烯醚；冶金部建筑研究總院研制的JS J型減縮劑，其主要成分是聚醚和脂肪族類有機(jī)物；浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院研制的ZZD - A型，其主要成分是甲醚基聚合物與乙二醇系聚合物。這些減縮劑品種很少考慮對混凝土的抗裂作用。因此研究開發(fā)無堿抗裂混凝土減縮劑具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無堿抗裂混凝土減縮劑。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
所述無堿抗裂混凝土減縮劑包括如下重量百分比的組分，減縮劑由這些組分混合而
成:1級粉煤灰35%-66%
聚丙烯短纖維8%-18%
聚乙二醇2%-18%
甲基丙烯酸3%-17%
甲酸鈣2%-15%
新戊二醇3%-16%十二烷基苯磺酸鈉0.2%-0.8%。
[0007]其中，所述I級粉煤灰為過45 μ m方孔篩后篩余量≤12%的粉煤灰；
所述聚丙烯短纖維抗拉強(qiáng)度> 358Mpa,纖維直徑為18—48 μ m,長度為8—1mm,優(yōu)選
9mm ；
聚乙二醇:分子式HO(CH2CH2O)nH,由環(huán)氧乙烷與水或乙二醇逐步加成聚合而成；
甲基丙烯酸:分子式C4H602無色結(jié)晶或透明液體；
甲酸鈣:分子式為C2H2O4Ca白色結(jié)晶或粉末；
新戊二醇:分子式C5H1202白色結(jié)晶固體，無臭，具有吸濕性。
[0008]十二烷基苯磺酸鈉:分子式C18H29Na03S、白色或淡黃色粉狀或片狀固體。溶于水而成半透明溶液。
[0009]下面結(jié)合原理對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
本發(fā)明的無堿抗裂混凝土減縮劑的創(chuàng)新之處在于摻入了 I級粉煤灰、聚丙烯短纖維及十二烷基苯磺酸鈉，使減縮劑的性能更好。I級粉煤灰是國家標(biāo)準(zhǔn)中用于混凝土的優(yōu)質(zhì)粉煤灰品級，其特點(diǎn)是需水量比小于95%，具有固體減水劑的作用。聚丙烯短纖維是一種以聚丙烯為原料，制造而成的 高強(qiáng)度束狀單絲纖維?？捎行У目刂苹炷?(砂漿)的固塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂縫，防止及抑制裂縫的形成及發(fā)展，大大改善混凝土的阻裂抗?jié)B性，抗沖擊及抗震能力。十二烷基苯磺酸鈉是引氣劑中的一種，可有效降低混凝土堿骨料反應(yīng)的危害，改善混凝土的和易性，減小拌合物的離析泌水，提高混凝土的耐久性和抗凍性，但其單摻時(shí)會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度。此無堿抗裂混凝土減縮劑將減水劑、纖維、引氣劑等進(jìn)行了復(fù)配，使其發(fā)揮各自的優(yōu)勢并克服其各自的缺陷，更好地達(dá)到了有效控制裂縫的目的。
[0010]無堿抗裂混凝土減縮劑摻入混凝土，能增大水的黏度，降低基表面張力。研究表明，表面張力與混凝土的干縮密切相關(guān)，基本上線性關(guān)系，因此可以用表面張力的降低值來估計(jì)降低干縮的效果，一般可降低混凝土的干縮30%~80%，對大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:在相同用量條件下，無堿抗裂混凝土減縮劑對混凝土的干縮影響最大，混凝土中摻lkg/m3無堿抗裂混凝土減縮劑的效果，相當(dāng)于摻8kg/m3膨脹劑或少用10kg/m3水的效果。無堿抗裂混凝土減縮劑對混凝土其他物理力學(xué)性能無不良影響，它可以和其他各種外加劑復(fù)合使用。例如與膨脹劑復(fù)合使用時(shí)，兩者可以相互取長補(bǔ)短，共同抑制建筑物整體開裂，制造出無收縮混凝土。為了降低生產(chǎn)成本以及提高混凝土的性能，因此復(fù)合型無堿抗裂混凝土減縮劑具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。
[0011]混凝土水化過程中，失水是造成干燥收縮的主要原因。干燥理論中，毛細(xì)管張力理論較有說服力。該理論認(rèn)為，混凝土水化體干燥時(shí)，毛細(xì)管首先蒸發(fā)。研究表明，充滿水的毛細(xì)孔大約為2.5~50nm之間，隨著毛細(xì)管內(nèi)部水分的蒸發(fā)，水面下降彎月面的曲率變大，在水的表面張力作用下產(chǎn)生毛細(xì)管收縮力，造成混凝土的力學(xué)變形干縮；而當(dāng)毛細(xì)孔大于50nm，產(chǎn)生的毛細(xì)孔張力可以忽視；毛細(xì)孔直徑小于2.5nm時(shí)不會(huì)促成毛細(xì)孔月牙面的形成。純水的表面張力為72N/m，添加無堿抗裂混凝土減縮劑的水溶液表面張力可降低為28N/m。因此，降低毛細(xì)管中水的表面張力，能使毛細(xì)管壓力減少，混凝土的干縮將相應(yīng)降低。研究結(jié)果還表明，無堿抗裂混凝土減縮劑不僅減少干縮，而且還能大幅度減少混凝土的早期的自收縮和塑性收縮。無堿抗裂混凝土減縮劑的作用機(jī)理就是降低水泥石毛細(xì)管中水的表面張力，在強(qiáng)堿性的環(huán)境中也能大幅度降低水的表面張力，不會(huì)對水泥的水化凝結(jié)造成異常的影響。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明減縮劑的有益效果為:
(I)減少收縮的效果明顯穩(wěn)定。混凝土干縮試驗(yàn)的無堿抗裂混凝土減縮劑摻量1%，混凝土干縮減小38%;隨著摻量的增加，當(dāng)摻量為2%時(shí)，混凝土干縮率減小72%。
[0013](2)無堿抗裂混凝土減縮劑，投料方式簡單，生產(chǎn)條件容易控制、工藝簡單，能生產(chǎn)出具有低堿、低摻量、能有效控制混凝土收縮的無堿抗裂混凝土減縮劑。具有較好的社會(huì)效益和較大的經(jīng)濟(jì)效益
(3)、對混凝土在早期有水的養(yǎng)護(hù)要求不高，如果養(yǎng)護(hù)困難或沒法養(yǎng)護(hù)它一樣能減少混凝土收縮。
[0014](4)不僅改善水泥基材料的塑性收縮抗裂性能，并減小了砂漿的干縮。
[0015](5)無堿抗裂混凝土減縮劑的加入能較顯著的降低水溶液的表面張力，同時(shí)不會(huì)降低混凝土表面的塑性抗拉強(qiáng)度。
[0016](6)表面張力試驗(yàn)表明，無堿抗裂混凝土減縮劑減小干縮的機(jī)理主要在于降低了孔溶液的表面張力 ；從對孔結(jié)構(gòu)的分析表明，無堿抗裂混凝土減縮劑摻入后減少了孔隙率，并減少了孔徑> 0.1ym的孔的含量，從而增強(qiáng)了摻無堿抗裂混凝土減縮劑的混凝土力學(xué)性能。
[0017](7)不會(huì)在混凝土中弓丨起堿集料反應(yīng)。
[0018]總之，本發(fā)明抗裂無堿抗裂混凝土減縮劑具有低堿、低摻量、與水互溶等特點(diǎn)，能有效控制混凝土的塑性收縮及早期收縮，尤其對大流態(tài)混凝土效果更好。具有表面活性和良好的分散能力，生產(chǎn)的產(chǎn)品不含氨、氯等有害物質(zhì)，屬綠色環(huán)保產(chǎn)品，成功解決了混凝土收縮的問題。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
所述無堿抗裂混凝土減縮劑各組分含量為:1級粉煤灰:5.5kg、聚丙烯短纖維:1.5kg、聚乙二醇:0.9kg、甲基丙烯酸:0.7kg、甲酸鈣:0.68kg、新戍二醇:0.64kg、十二烷基苯磺酸鈉:0.08kg。
[0020]實(shí)施例2
所述無堿抗裂混凝土減縮劑各組分含量為:1級粉煤灰:4.5kg、聚丙烯短纖維:1.5kg、聚乙二醇:1.4kg、甲基丙烯酸:1.2kg、甲酸鈣:0.28kg、新戍二醇:1.04kg、十二烷基苯磺酸鈉:0.08kg。
[0021]實(shí)施例3
所述無堿抗裂混凝土減縮劑各組分含量為:1級粉煤灰:6.5kg、聚丙烯短纖維:1.0kg、聚乙二醇:0.7kg、甲基丙烯酸:0.7kg、甲酸鈣:0.48kg、新戍二醇:0.54kg、十二烷基苯磺酸鈉:0.08kg。
[0022]實(shí)施例4
對實(shí)施例1至3任一項(xiàng)所述無堿抗裂混凝土減縮劑的性能試驗(yàn)和分析如下:
(I)無堿抗裂混凝土減縮劑對混凝土的作用當(dāng)砂漿干縮試驗(yàn)的無堿抗裂混凝土減縮劑摻量1%，混凝土干縮減小38%;隨著摻量的增加，當(dāng)摻量為2%時(shí)，混凝土干縮率減小72%。隨著無堿抗裂混凝土減縮劑的摻量增加，混凝土的干縮量減小。對于SHSRA減縮劑，混凝土 3 d減縮率均達(dá)70%左右，28 d減縮率為40%左右，當(dāng)摻量從1%增加到2%時(shí)，減縮率明顯提高?？梢?，無堿抗裂混凝土減縮劑顯著地減小混凝土的干縮。
[0023](2)無堿抗裂混凝土減縮劑對新拌混凝土性能的影響
以下的混凝土在試驗(yàn)中，新拌混凝土的坍落度6.9CM和含氣量測定結(jié)果1%。摻加無堿抗裂混凝土減縮劑后，新拌混凝土的坍落度8.6cm和含氣量略有增加到1.5%。摻加現(xiàn)有技術(shù)中的SHSRA減縮劑后，新拌混凝土的坍落度12.5cm和含氣量為2.1%。
[0024](3)無堿抗裂混凝土減縮劑對混凝土力學(xué)性能的影響
抗壓強(qiáng)度:摻用不同摻量無堿抗裂混凝土減縮劑混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果增加5%，無堿抗裂混凝土減縮劑摻量對抗壓強(qiáng)度的影響是正面的?；炷恋目箟簭椥阅Ａ吭黾?%、軸壓強(qiáng)度增加6%和極限拉伸值增加8%、軸拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果增加4%。彈強(qiáng)比是混凝土的彈性模量與其抗壓強(qiáng)度之比。一般，彈強(qiáng)比越小，混凝土的抗裂性能越好。與基準(zhǔn)混凝土相比，28天摻無堿抗裂混凝土減縮劑2%的混凝土彈強(qiáng)比高增加5%，而90天彈強(qiáng)比增加9%。而對于減縮劑SHSRA，28天摻此減縮劑2%的混凝土抗壓強(qiáng)度為43.5MPa，其摻量對后期強(qiáng)度影響不大。
[0025](4)無堿抗裂混凝土減縮劑對混凝土自生體積變形的影響
混凝土在硬化過程中，由于膠凝材料水化而引起的混凝土體積的變化稱為自生體積變形。自生體積變形主要是由于膠凝材料和水在反應(yīng)前后反應(yīng)物與生成物密度不同所致。一般硅酸鹽水泥混凝土的自生體積變形多表現(xiàn)為收縮，若膠凝材料中含有某些膨脹的成分，則表現(xiàn)為膨脹。我們在保持混凝土配合比不變的情況下，只摻無堿抗裂混凝土減縮劑就能使混凝土的自生體積變形由負(fù)變?yōu)檎?，由收縮型變?yōu)榕蛎浶停?。只在混凝土中摻?%的無堿抗裂混凝土減縮劑，混凝土的自生體積變形的特征就發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，這對于減小混凝土的內(nèi)應(yīng)力(溫度應(yīng)力)特別有利。在其它的試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，無堿抗裂混凝土減縮劑可減小混凝土的自生體積收縮。這對混凝土減少開裂，具有重要的意義。
[0026]摻加無堿抗裂混凝土減縮劑均能夠有效地降低高性能混凝土的自收縮率。從摻量與自收縮的關(guān)系來看，提高無堿抗裂混凝土減縮劑的摻量，減縮效果都更加明顯，但摻量對不同組合在減縮率上提高的幅度不同。混凝土中加入無堿抗裂混凝土減縮劑，對坍落度影響不大，但可以減小低水灰比混凝土的粘性，這對改善高強(qiáng)混凝土的可泵性十分有利；從收縮產(chǎn)生的機(jī)理來看，無論是干燥收縮還是自收縮都是由于混凝土內(nèi)部相對濕度的降低造成的。相對濕度的降低標(biāo)志著液相表面曲率半徑的減小。
【權(quán)利要求】
1.一種無堿抗裂混凝土減縮劑，其特征在于，所述減縮劑包括如下重量百分比的組分:1級粉煤灰35%-66% 聚丙烯短纖維8%-18% 聚乙二醇2%-18% 甲基丙烯酸3%-17% 甲酸鈣2%-15% 新戊二醇3%-16% 十二烷基苯磺酸鈉0.2%-0.8%。
2.如權(quán)利要求1所述的減縮劑，其特征在于，所述I級粉煤灰為過45μ m方孔篩后篩余量< 12%的粉煤灰。
3.如權(quán)利要求2所述的減縮劑，其特征在于，所述聚丙烯短纖維抗拉強(qiáng)度>358Mpa，纖維直徑為18—48 μ m, 長度為8—10mm。
【文檔編號(hào)】C04B24/16GK104030596SQ201410302893
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】肖燎, 劉玉輝, 譚丁, 黃濤, 楊玉寶, 李再德, 黃偉, 金澤乾 申請人:湖南省建筑工程集團(tuán)總公司, 湖南省建筑施工技術(shù)研究所