專(zhuān)利名稱(chēng)：混凝土減縮劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減縮劑，尤其是一種能減少混凝土干燥收縮性的混凝土減縮劑。
背景技術(shù)：
混凝土是目前在工程中所廣泛使用的建筑材料之一，混凝土很大的一個(gè)缺點(diǎn)是在干燥條件下產(chǎn)生收縮，這種收縮導(dǎo)致了硬化混凝土的開(kāi)裂和其它缺陷。大型基礎(chǔ)底板、地下結(jié)構(gòu)、混凝土墻板及樓面板、梁的裂縫問(wèn)題是目前我國(guó)最常見(jiàn)的建筑工程質(zhì)量問(wèn)題之一，隨著預(yù)拌泵送混凝土和高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用日益廣泛，使得裂縫問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的，除了設(shè)計(jì)和施工因素外，溫度收縮、干燥收縮、自收縮是導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的主要原因?；炷恋氖湛s開(kāi)裂一直是困擾混凝土工程的一個(gè)難題。收縮的幅度雖然不大，但其造成的危害卻很?chē)?yán)重。收縮伴隨產(chǎn)生裂縫，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響美觀；裂縫為空氣和水進(jìn)入混凝土提供一個(gè)通道，易使混凝土發(fā)生碳化腐蝕、鋼筋銹蝕，在寒冷地區(qū)還會(huì)發(fā)生凍融循環(huán)。這些都會(huì)降低混凝土的耐久性，縮短建筑物的使用壽命。
在水利水電工程中，混凝土的裂縫是一種常見(jiàn)的病害和工程質(zhì)量問(wèn)題，特別是水工抗沖磨混凝土要求較高的強(qiáng)度和耐磨性能，常用配置方法是采用較高的水泥用量和摻用硅粉，因此，更容易出現(xiàn)裂縫。硅粉抗沖耐磨材料普遍都存在施工性能差、收縮大，容易發(fā)生裂縫等應(yīng)用上的致命弱點(diǎn)，曾大規(guī)模應(yīng)用硅粉抗沖磨混凝土的許多水利水電工程都發(fā)生了許多裂縫。
目前預(yù)防混凝土收縮開(kāi)裂的主要措施是纖維增強(qiáng)和添加混凝土減縮劑。而添加減縮劑由于其操作方便而更加廣泛地被使用。美國(guó)專(zhuān)利5181961、5389143、5626663公開(kāi)了醇類(lèi)減縮劑，美國(guó)專(zhuān)利4547223、4975121、5174820、5413634公開(kāi)了聚氧乙烯類(lèi)減縮劑，美國(guó)專(zhuān)利5556460、5604273等還公開(kāi)了多組分減縮劑。本發(fā)明的目的是提出一種能夠減少水泥混凝土的干縮和減少混凝土的自生體積收縮變形，甚至可使混凝土由收縮型變?yōu)榕蛎浶偷囊环N混凝土減縮劑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種減縮劑，用于混凝土的外加劑，所述減縮劑由多種有機(jī)物復(fù)合而成，包括單元醇(CnH2n+1OH)、多元醇R(CHOH)nR和聚醇醚，其中含有-COOH，-SO3H，R-O-R，-OH等多種官能團(tuán)；在常溫下呈無(wú)色或淺黃色液態(tài)，易溶于水；該減縮劑拌合在水泥砂漿中，不會(huì)導(dǎo)致砂漿粘稠，可使砂漿流動(dòng)性提高，其本身的減水率很小，在混凝土中一般不考慮其減水的作用；所述減縮劑對(duì)砂漿、混凝土的工作性能略有提高，對(duì)其它的力學(xué)性能略有降低，但很小。在混凝土中使用所述減縮劑時(shí)，使用的減縮劑占全部比重的0.5％到2％。摻加此外加劑可顯著降低砂漿、混凝土的干燥收縮，減少混凝土的自生體積收縮變形，甚至可以使混凝土由收縮型變?yōu)榕蛎浶?。這種減縮劑在防止混凝土開(kāi)裂方面具有重要的意義。
圖1是不同摻量的減縮劑對(duì)砂漿干縮的影響； 圖2是不同摻量的減縮劑對(duì)混凝土干縮的影響； 圖3是減縮劑對(duì)混凝土自生體積變形的影響。
具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的一種實(shí)施方式是將一定量的減縮劑混合在混凝土成份中，優(yōu)選的是減縮劑含量占0.5％-2％，充分均勻攪拌制成具有防開(kāi)裂性能的混凝土。
1.混凝土原材料水泥——525#中熱水泥；粉煤灰；硅粉；高效減水劑——緩凝型高效減水劑，減水率18％；減縮劑；骨料——石灰?guī)r人工骨料。
2.試驗(yàn)結(jié)果 2.1.減縮劑對(duì)砂漿干縮的影響 砂漿干縮試驗(yàn)采用的配合比為水泥∶硅粉∶砂∶水＝630∶70∶1400∶210。減水劑摻量0.54％。摻用減縮劑的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。隨著減縮劑摻量的增加，砂漿干縮減少。當(dāng)減縮劑摻量為2％時(shí)，砂漿干縮率減少了42.6％。由此，減縮劑可顯著的減少砂漿的干縮。
2.2.減縮劑對(duì)新拌混凝土性能的影響 在以下的混凝土試驗(yàn)中均采用表1配合比?；炷恋纳奥蕿?6％，粉煤灰摻量為15％，硅粉摻量為5％，減水劑摻量為0.8％。在試驗(yàn)中，新拌混凝土的坍落度和含氣量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。摻加減縮劑后，新拌混凝土的含氣量略有增加。
表1混凝土配合比單位kg/m3用水量膠材用量粉煤灰硅粉水泥砂中石小石105 280 42 14 224 761 811.8 541.2 表2新拌混凝土性能摻量坍落度含氣量基準(zhǔn)---------6.1cm 1％加減縮劑0.5％0.5％6 1.4％加減縮劑1％1％6.5 1.8％加減縮劑2％2％8.2cm 1.8％ 2.3.減縮劑對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響 抗壓強(qiáng)度摻用不同摻量減縮劑混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，減縮劑摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響很小。
表3混凝土的強(qiáng)度。編號(hào)減縮劑摻量水灰比7天 28天 90天基準(zhǔn)----0.29 52.3 62.4 71.6加減縮劑2％2％0.29 53.6 66.2 70.5加減縮劑1％1％0.29 51.4 68.4 72.6加減縮劑0.5％0.5％0.29 54.7 69 71.1 混凝土的抗壓彈性模量和極限拉伸值、軸拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4和表5?；炷恋膹椥阅Ａ糠挚箟汉涂估瓋煞N，他們的值受多種因素的影響，如骨料的彈性模量、硬化膠凝材料漿的結(jié)晶程度、混凝土的灰骨比、混凝土的容重、硬化膠凝材料漿與骨料界面的膠結(jié)情況、混凝土的孔隙率及孔分布情況、混凝土強(qiáng)度及齡期等。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，摻加減縮劑，混凝土的抗壓彈模和極限拉伸值都略有降低。
彈強(qiáng)比是混凝土的彈性模量與其強(qiáng)度之比。彈強(qiáng)比越小，混凝土的抗裂性能越好。我們整理計(jì)算得到混凝土的彈強(qiáng)比，見(jiàn)表4。由此可說(shuō)明在相同齡期，7天、28天摻加減縮劑2％的混凝土其抗裂性能有提高，而90天抗裂性能相近。因此，摻加減縮劑對(duì)提高混凝土的抗裂性能有益。
表4混凝土的抗壓彈模、軸壓強(qiáng)度和彈強(qiáng)比。編號(hào) 抗壓彈性模量(GPa)軸壓強(qiáng)度(MPa) 彈強(qiáng)比7天 28天 90天7天 28天 90天 7天 28天 90天基準(zhǔn)混凝土43.08 45.96 48.93 50.6 61.4 61 0.82 0.74 0.68摻減縮劑2％41.86 44.68 49.70 46 56.7 62.4 0.78 0.67 0.70 通?；炷恋臉O限拉伸值越大，抗裂性越強(qiáng)。一般，混凝土的抗拉強(qiáng)度越高、水泥漿(或膠凝材料)用量越多，其極限拉伸值也越大。我們研究了摻加減縮劑對(duì)混凝土的極限拉伸的影響(見(jiàn)表5)。
表5混凝土的抗拉彈模和極拉應(yīng)變值、軸拉強(qiáng)度。編號(hào)抗拉彈性模量(GPa)極限拉伸(10-6)軸拉強(qiáng)度(MPa)3天 7天 28天 90天 3天 7天 28天 90天 3天 7天 28天 90天基準(zhǔn)混凝土38.4 42.7 46.2 49.5 98 112 106 107.7 3.51 4.34 4.58 4.72摻減縮劑2％36.1 41.2 43.7 48.5 94 107 97 96.6 3.06 3.95 3.92 4.13 2.4.減縮劑對(duì)混凝土干縮的影響 減縮劑的摻量對(duì)混凝土的干縮的影響見(jiàn)圖2。從圖中可看出，減縮劑顯著減少混凝土的干縮，隨著減縮劑的摻量增加，混凝土的干縮減少。
2.5.減縮劑對(duì)混凝土自生體積變形的影響 混凝土在硬化過(guò)程中，由于膠凝材料水化而引起的混凝土體積的變化稱(chēng)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，也表現(xiàn)為膨脹。這里我們?cè)诒３只炷僚浜媳炔蛔兊那闆r下，只摻加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)榕蛎浶汀Ｒ?jiàn)圖3。圖中只在混凝土中摻加了2％的減縮劑，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(duì)于減少混凝土的內(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)，減縮劑可減少混凝土的自生體積收縮。這對(duì)混凝土減少開(kāi)裂，具有重要的意義。
通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，來(lái)分析一下減縮劑對(duì)混凝土性能的影響。從抗壓強(qiáng)度來(lái)看，減縮劑對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響很小。但在其他性能方面如干縮、自生體積變形等方面卻有著較大的影響，這結(jié)果為我們對(duì)混凝土材料的改性提供了有益的參考，外加劑能夠很好的優(yōu)化混凝土的性能。
混凝土材料作為多相不連續(xù)的脆性材料，具有抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低的特性?；炷灵_(kāi)裂主要是由于混凝土中拉應(yīng)力超過(guò)了抗拉強(qiáng)度，或者說(shuō)由于拉伸應(yīng)變達(dá)到或超過(guò)了極限拉伸值而引起的。而混凝土的干縮、降溫冷縮及自生體積收縮等收縮變形，受到基礎(chǔ)及周?chē)h(huán)境的約束時(shí)(限制收縮)，在混凝土內(nèi)引起拉應(yīng)力，因此都有可能引起混凝土的開(kāi)裂。在各種因素的作用下，難免產(chǎn)生或多或少的裂縫。因此，從整體上，提高混凝土的抗裂能力是避免混凝土開(kāi)裂或少開(kāi)裂的重要手段。從大量的實(shí)驗(yàn)分析表明，抗裂性好的水工混凝土應(yīng)該具有較高的抗拉強(qiáng)度、較大的極限拉伸值、較低的彈性模量、較小的干縮率、較低的絕熱溫升值以及較小的溫度變形系數(shù)和自生體積變形等。這里，由于我們采用相同配合比進(jìn)行試驗(yàn)，混凝土的差別只在于是否摻加減縮劑，因此這里我們用抗裂系數(shù)這一參數(shù)，來(lái)評(píng)價(jià)減縮劑對(duì)混凝土抗裂性能的影響。
抗裂系數(shù)是混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值的乘積與干縮應(yīng)力(不考慮徐變變形)的比值，即<math> <mrow> <msub> <mi>K</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>l</mi> </msub> <msub> <mi>ϵ</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>ϵ</mi> <mi>p</mi> </msub> <msub> <mi>E</mi> <mi>l</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow> </math> 其中，Rl混凝土的抗拉強(qiáng)度，El混凝土的抗拉彈性模量，εp混凝土的極限拉伸值，εd混凝土的干縮率。
Kl越大，混凝土的抗裂能力越強(qiáng)。根據(jù)我們的試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算抗裂系數(shù)見(jiàn)表6。
表6混凝土的抗裂系數(shù)。編號(hào) 抗裂系數(shù)3天7天28天90天 基準(zhǔn)混凝土0.260.150.0830.062 摻減縮劑2％0.450.210.1090.075 由上表可見(jiàn)，在相同齡期，摻加減縮劑的混凝土比不摻減縮劑的混凝土其抗裂系數(shù)有很大的提高，由此說(shuō)明，減縮劑能較大的改善混凝土的抗裂性能。這里我們只考慮了混凝土的極限拉伸值、抗拉強(qiáng)度、彈性模量和干縮率等幾個(gè)因素。如果我們還考慮對(duì)混凝土自生體積變形的影響見(jiàn)圖，那么減縮劑在防止混凝土開(kāi)裂方面有著較好的功能?；鶞?zhǔn)混凝土的自生體積變形是收縮的，摻加減縮劑后混凝土的自生體積變形為正，由收縮型混凝土變?yōu)槲⑴蛎浶突炷粒@對(duì)補(bǔ)償混凝土的收縮具有較大的作用，這里我們測(cè)定結(jié)果基準(zhǔn)混凝土和摻減縮劑的混凝土自生體積變形相差達(dá)45個(gè)微應(yīng)變。通過(guò)我們的試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定的條件下，減縮劑可增加混凝土的自生體積變形，甚至使混凝土由收縮型變?yōu)榕蛎浶突炷痢?br>
權(quán)利要求
1.一種減縮劑，用于混凝土的外加劑，其特征是所述減縮劑由多種有機(jī)物復(fù)合而成，包括單元醇(CnH2n+1OH)、多元醇R(CHOH)nR和聚醇醚，其中含有-COOH，-SO3H，R-O-R，-OH多種官能團(tuán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減縮劑，其特征是在常溫下呈無(wú)色或淺黃色液態(tài)，易溶于水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減縮劑，其特征是該減縮劑拌合在水泥砂漿中，不會(huì)導(dǎo)致砂漿粘稠，可使砂漿流動(dòng)性提高，在混凝土中不考慮其減水的作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減縮劑，其特征是在混凝土中使用所述減縮劑時(shí)，使用的減縮劑占全部比重的0.5％到2％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減縮劑，其特征是摻加此外加劑可顯著降低砂漿、混凝土的干燥收縮，減少混凝土的自身體積收縮變形，可以使混凝土由收縮型變?yōu)榕蛎浶汀?br>
全文摘要
本發(fā)明提出一種減縮劑，用于混凝土的外加劑，所述減縮劑由多種有機(jī)物復(fù)合而成，包括單元醇(CnH2n+1OH)、多元醇R(CHOH) nR和聚醇醚，其中含有－COOH，－SO3H，R－O－R，－OH等多種官能團(tuán)；在常溫下呈無(wú)色或淺黃色液態(tài)，易溶于水；該減縮劑拌合在水泥砂漿中，不會(huì)導(dǎo)致砂漿粘稠，可使砂漿流動(dòng)性提高，其本身的減水率很小，在混凝土中一般不考慮其減水的作用；所述減縮劑對(duì)砂漿、混凝土的工作性能略有提高，對(duì)其它的力學(xué)性能略有降低，但很小。在混凝土中使用所述減縮劑時(shí)，使用的減縮劑占全部比重的0.5％到2％。摻加此外加劑可顯著降低砂漿、混凝土的干燥收縮，減少混凝土的自生體積收縮變形，甚至可以使混凝土由收縮型變?yōu)榕蛎浶汀?br>
文檔編號(hào)C04B24/02GK1648098SQ20051000730
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2005年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月6日
發(fā)明者雷愛(ài)中, 陳改新, 王秀軍 申請(qǐng)人:雷愛(ài)中