一種耐久型混凝土防水劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐久型混凝土防水劑，它包括如下重量百分比的組分：明礬3～11％；硫酸銅3～12％；粉煤灰15～29％；聚羧酸減水劑7～22％；膨脹劑20～38％；引氣劑0.03~0.7％；烷基磺酸鈉0～0.5％；硅灰8～26％。本發(fā)明防水劑既能減少孔隙率、促進水泥水化、提高混凝土的密度,又能減少混凝土的收縮，而且還能提高混凝土綜合耐久性能。
【專利說明】一種耐久型混凝土防水劑
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐久型混凝土防水劑。
【背景技術】
[0002]防水是提高水泥混凝土結(jié)構耐久性的重要措施，甚至是根本措施。水泥混凝土結(jié)構的防水性能基本上決定了其耐久性能。硬化后的水泥混凝土，傳統(tǒng)觀點看來，是一種致密性物質(zhì)，而實際上，根據(jù)當前大量的研究成果，在50年甚至100年的使用要求下，普通水泥混凝土對于水而言，不 僅不是致密性的，而且是可滲透的。水是導致水泥混凝土結(jié)構和鋼筋混凝土結(jié)構耐久性損壞的重要物質(zhì)。無論是水泥混凝土的軟水侵蝕、凍融破壞、堿集料反應、鋼筋銹蝕和硫酸鹽腐蝕等，還是水泥混凝土中的鋼筋氧化腐蝕，甚至水工、港工結(jié)構的溶蝕，都離不開水的作用，沒有水的參與，大部分侵蝕幾乎不會產(chǎn)生。對于水灰比在0.5-
0.7的水泥混凝土，水化以后，其空隙率在16%左右。另外，由于水泥混凝土中骨料與膠凝材料之間可能存在的微裂隙，水分可以不斷深入水泥混凝土中，參與對水泥混凝土或水泥混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕。為了阻止水分的入侵，提高水泥混凝土結(jié)構的抗水侵蝕性能和耐久性能，研究了多種措施，如摻加礦物摻合料的高致密性混凝土、低水膠比混凝土、表面防水涂料和混凝土引氣等。在水泥混凝土中摻加防水劑，形成致密性混凝土或憎水混凝土以達到防水的目的，也是一種行之有效的技術途徑。
[0003]對于混凝土自身來說，引起混凝土自身劣化現(xiàn)象的主要原因是混凝土的中性化(碳化)和堿骨料反應?；炷恋奶蓟嵌趸寂c水泥石中的氫氧化鈣作用，生成碳酸鈣和水的過程。碳化使混凝土堿性降低，減弱了對鋼筋的保護作用，可導致鋼筋銹蝕。碳化還會使混凝土碳化層產(chǎn)生拉應力，可導致產(chǎn)生細微裂縫，而使混凝土抗拉、抗折強度降低。
[0004]混凝土原材料產(chǎn)生裂縫的另一原因是堿骨料反應。堿骨料反應是水泥中的堿與混凝土中的活性骨料(活性二氧化硅)產(chǎn)生的化學反應。這種反應生成的堿硅酸凝膠，吸水后會產(chǎn)生較大的體積膨脹，引起混凝土裂縫，甚至破壞。抑制堿骨料反應的措施有:盡量選擇非活性骨料，當不可能采用完全沒有活性的骨料時則應嚴格控制混凝土中總的堿量。另外，摻用活性混合材硅灰，粉煤灰，對堿骨料反應有明顯的抑制效果。還應避免混凝土形成表面積水和接縫積水。
[0005]常用水泥中礦渣水泥干縮率較大，普通水泥次之，粉煤灰水泥干縮率較小。一般來說，建筑工程和橋梁工程采用普通水泥即可。干縮率小其抗裂性不一定好，這里要考慮水泥的徐變。如采用正規(guī)廠家生產(chǎn)的含游離氧化鈣少的水泥以防止混凝土出現(xiàn)崩裂。選擇集料時，應選用碎石、粗砂，盡量不用碌石、細砂，因前者比后者干縮率小。也不能用海砂，避免鋼筋銹蝕膨脹裂縫的發(fā)生。澆灌大型混凝土結(jié)構中可以采用礦渣水泥、粉煤灰水泥等低水化熱的水泥品種。拌合混凝土時為了降低混凝土的澆筑溫度，我們可以加冰或冷水，或者將沙石冷卻。嚴禁采用含硫酸鹽或鎂鹽的水或海水攪拌混凝土，以避免與水泥中的鋁酸三鈣反應，造成體積膨脹裂縫或鋼筋銹蝕膨脹裂縫。盡量不采用含有氯化物的外加劑，防止鋼筋銹蝕，產(chǎn)生膨脹裂縫。[0006]在混凝土結(jié)構的澆注、構建制作、起模、運輸、對方以及拼裝和吊裝的過程中，如果施工工藝不合理或施工質(zhì)量低劣，就會產(chǎn)生向、橫向以及斜向、豎向、水平和表面以及深進的和貫穿的各種裂縫，對以細長的薄壁結(jié)構更是容易出現(xiàn)。由于產(chǎn)生裂縫的原因不同，因此，出現(xiàn)裂縫的部位、走向以及寬度也不相同。如混凝土保護層過厚，使承受負彎矩的受力鋼筋保護層加厚，導致構件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫；混凝土振搗不密實、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導致鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫的起源點；如果澆筑混凝土速度過快，混凝土的流動性比較低，硬化前沉實不足，硬化后沉實又過大，會在澆筑后產(chǎn)生裂縫；混凝土攪拌和運輸?shù)臅r間太長，這樣水分蒸發(fā)多，從而使混凝土的塌落度降低，這樣混凝土的體積上產(chǎn)生收縮裂縫；用泵送混凝土施工時，為保證混凝土的流動性，增加水和泥用量，或因其他原因加大了水灰比，導致凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫；混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。如混凝土分層澆筑時，后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在澆混凝土初凝前澆筑，引起層面之間的水平裂縫；采用分段現(xiàn)澆時，先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好，新舊混凝土之間黏結(jié)力小，或后澆混凝土養(yǎng)護不到位，導致混凝土收縮而引起裂縫；混凝土早期受凍，使構件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象等等。
[0007]混凝土外加劑是一種在混凝土攪拌之前或拌制過程中加入的、用以改善混凝土性能的材料?；炷镣饧觿┢贩N較多，功能各異。使用各種不同品種的外加劑，可以達到不同的效果，如改善混凝土的工作性、提高硬化混凝土的抗凍融性能、大幅度降低混凝土的用水量，提高混凝土強 度、可補償混凝土干縮，減少混凝土的收縮裂縫、改善混凝土的耐腐蝕性、延長混凝土的使用壽命，提高耐久性等?；炷镣饧觿┰诨炷林械膹V泛應用，已使其成為混凝土中必不可少的第五組份，混凝土外加劑的特點是品種摻量小、在改善新拌和硬化混凝土性能中起著重要的作用。為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，混凝土外加劑是指在混凝土拌和過程中摻入的，用以改善混凝土性能的物質(zhì)。采用適當?shù)耐饧觿?，可減少混凝土的用水量、增加混凝土的流動性和和易性等。但外加劑的摻量不宜大于水泥質(zhì)量的5%，其摻量雖小但其效果很明顯。如摻用減水劑，在保證混凝土滿足設計強度的前提下，可最大限度的減少水泥用量。摻用緩凝減水劑可延長混凝土的初凝時間，延遲水化放熱速度和熱峰值出現(xiàn)的時間，這樣就會降低混凝土早期的內(nèi)外溫差，有利于防止裂縫的出現(xiàn)。加入膨脹劑可使混凝土獲得一定膨脹值，以抵消或者減緩由于混凝土收縮而產(chǎn)生的拉應力，從而防止混凝土產(chǎn)生開裂。大體積混凝土中常用的外加劑有木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑、高效緩凝減水劑、UEA型膨脹劑等。
[0008]混凝土在適當?shù)酿B(yǎng)護條件下，硬化后通常應該是不透水的，但實際上，普通混凝土總會有一定程度的滲水或漏水，這可以發(fā)生在有施工縫的地方，也可能發(fā)生于混凝土本體上。通過大量試驗和理論分析得知，造成混凝土滲漏水的主要原因(施工原因除外)有:①混凝土內(nèi)部存在數(shù)量較多的、連通性的粗大毛細管，并且毛細管壁是親水性的；②混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的各種收縮導致混凝土開裂，而在許多情況下，開裂是造成混凝土滲漏水的最主要原因。因此，要從根本上解決自防水混凝土滲漏問題.就必須做到:①減步毛細管數(shù)量，切斷連通的毛細管.細化毛細孔徑.使毛細管璧憎水化；②減少或避免混凝土產(chǎn)生體積收縮，消除裂紋?；炷练浪夹g的特點是可根據(jù)不同的工程、構造采取不同的作法，施工簡單、方便.造價較低.易于維修，防水耐久性好。所以，在土木建筑工程中，混凝土防水占有重要地位.但由于普通水泥自身的特點及混凝土內(nèi)部結(jié)構固有的缺陷，要求設計周密，施工嚴格，方可奏效。為了克服混凝土本身所存在的缺陷，國內(nèi)外都是通過在普通混凝土中摻入各種防水劑。較好地解決了混凝土防水技術的一系列問題。目前，我國建設市場上出售的主要是無機或有機的防水劑.例如氯化鐵、氯化鋁.三乙醇胺，有機硅等防水劑。通過加入這些防水劑，形成跛體或絡合物，堵塞毛細孔，提高混凝土的抗?jié)B能力；另一種方法是摻入引氣劑，形成不連通的微小氣泡，割斷毛細孔通道；第三種方法是加入防水劑，降低水灰比。減少孔隙率，細化毛細孔徑；第四種方法是摻入膨脹劑，配制成補償收縮混凝土，以提高混凝土的抗裂能力。實踐證明，大多數(shù)防水劑是能夠提高棍凝土的抗?jié)B能力的，但是，前三種方法在實際應用過程中.往往存在混凝土收縮開裂而引起滲漏的現(xiàn)象。第四種方法雖然能避免混凝土的收縮開裂問題，但是，由于普通膨脹劑盼摻量很大?；炷恋男杷吭黾虞^多。對施工工藝和養(yǎng)護的要求很嚴格，否則很容易產(chǎn)生塑性收縮裂紋。造成防水的失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種耐久型混凝土防水劑。
[0010]為了達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為:
所述耐久型混凝土防水劑包括如下重量百分比的組分:
明礬3~11% ;硫酸銅3~12% ;粉煤灰15~29% ;聚羧酸減水劑7~22% ;膨脹劑20~38% ;引氣劑0.03^0.7% ;烷基磺酸鈉O~0.5% ;硅灰8~26%。
[0011]優(yōu)選地，所述防水劑包括如下重量百分比的組分:
明礬3~7% ;硫酸銅3~8% ;粉煤灰15~25% ;聚羧酸減水劑7~18% ;膨脹劑20~34% ;引氣劑0.03~0.3% ;烷基磺酸鈉O~0.1% ;硅灰8~22%。
[0012]優(yōu)選地，所述防水劑包括如下重量百分比的組分:
明礬5~9% ;硫酸銅5~10% ;粉煤灰17~27% ;聚羧酸減水劑9~20% ;膨脹劑22~36% ;引氣劑0.05~0.5% ;烷基磺酸鈉0.2~0.3% ;硅灰10~24% 0
[0013]優(yōu)選地，所述防水劑包括如下重量百分比的組分:
明礬7~11% ;硫酸銅7~12% ;粉煤灰19~29% ;聚羧酸減水劑11~22% ;膨脹劑24~38% ;引氣劑0.07~0.7% ;烷基磺酸鈉0.4~0.5% ;硅灰12~26%。
[0014]優(yōu)選地,所述粉煤灰為一級粉煤灰,所述一級粉煤灰為過45 μ m方孔篩后篩余量(12%的粉煤灰；所述膨脹劑為明礬石膨脹劑EA-L、U型混凝土膨脹劑UEA、復合膨脹劑CEA或鋁酸鈣膨脹劑AEA ;所述引氣劑為非松香類引氣劑。
[0015]其中，明礬:即十二水硫酸鋁鉀，由明礬石經(jīng)煅燒、萃取，結(jié)晶而制得。化學式為KAl(SCM)2.12H20，無色透明呈立方八面結(jié)晶或單斜立方結(jié)晶，起凝聚作用。
[0016]硫酸銅:分子式為CuS04,是売監(jiān)色不對稱二斜晶系結(jié)晶或粉末。
[0017]聚羧酸減水劑:高性能減水劑，聚酯型或聚醚型結(jié)構，可以有效減少混凝土水泥用量，還可以大幅減少混凝土收縮。
[0018]膨脹劑:由不同礦物組成的膨脹熟料與石膏等粉磨而成，可采用明礬石膨脹劑EA-L, U型混凝土膨脹劑UEA,復合膨脹劑CEA和鋁酸鈣膨脹劑AEA等
引氣劑:采用非松香類引氣劑，可提高混凝土的和易性，減少混合料的泌水，改善混凝土的抗?jié)B和抗凍性能并有助于運輸和澆筑。[0019]烷基磺酸鈉:是引氣劑中的一種，可有效降低混凝土堿骨料反應的危害，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，但其單摻時會降低混凝土的強度。
[0020]硅灰:主要成分SiO2,灰色或灰白色粉末，能填充水泥顆粒間的孔隙，同時與水化產(chǎn)物生成凝膠體，與堿性材料氧化鎂反應生成凝膠體。具有保水、防止離析、泌水等作用。
[0021]下面結(jié)合原理對本發(fā)明作進一步說明:
本發(fā)明防水劑可以避免其它防水外加劑防水和控制混凝土裂縫不徹底的現(xiàn)象，可以改善混凝土的結(jié)構克服混凝土的自身缺陷，從而達到全面系統(tǒng)防水和控制混凝土裂縫的目的。該防水劑具有使養(yǎng)護好的混凝土的滲水性減小，使得硬化混凝土具有防水或憎水性的功能。該防水劑的作用機理分為有活性和非活性，所謂有活性是指防水劑能與水泥中某些成分發(fā)生化學反應，反應生成物能使水泥石體積更加密實，從而提高混凝土的抗?jié)B性，制止氫氧化鈣遇水析出，達到防水的目的。而非活性是指防水劑本身并不與水泥發(fā)生任何化學反應，它們的作用是惰性填充性，使混凝土密實，從而達到防水的作用。此外，加入減水劑、引氣劑組分，由于它們的分散與引氣作用，能在一定程度上減少混凝土或砂漿的水灰比；能改變毛細管的孔徑和孔分布，使孔徑變?。贿€可以降低液一氣相的表面張力，使水泥顆粒潤濕得更 好。這些都可使毛細管的吸附加強，增加了水分通過毛細管的阻力，從而減少滲透，提高防水性。另外，使用一些憎水性物質(zhì)也可以提高混凝土的抗?jié)B性。
[0022]現(xiàn)有的防水劑多為無機或有機的防水劑，如氯化鐵、氯化鋁、有機硅等防水劑。相對于現(xiàn)有技術中的防水劑，本發(fā)明耐久型混凝土防水劑摻入了明礬、粉煤灰、聚羧酸減水齊?、烷基磺酸鈉等，將減水劑、膨脹劑、引氣劑等進行了復配研制，使其發(fā)揮各自的優(yōu)勢并克服其各自的缺陷，避免其它防水外加劑防水和控制混凝土裂縫不徹底的現(xiàn)象，并改善混凝土的結(jié)構克服混凝土的自身缺陷，從而更好地達到全面系統(tǒng)防水和控制混凝土裂縫的目的。本發(fā)明防水劑既能減少孔隙率、促進水泥水化、提高混凝土的密度，又能減少混凝土的收縮，而且還能提高混凝土綜合耐久性能。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
所述耐久型混凝土防水劑包括如下重量百分比的組分:
明帆0.66kg ;硫酸銅0.75kg ;粉煤灰2.1kg ;聚羧酸減水劑1.55kg ;膨脹劑:明帆石膨脹劑EA-L 3.1kg ;引氣劑:丙烯酸環(huán)氧脂0.03kg ;烷基磺酸鈉0.01kg ;硅灰1.8kg。
[0024]實施例2
所述耐久型混凝土防水劑包括如下重量百分比的組分:
明帆0.73kg ;硫酸銅0.8kg ;粉煤灰2kg ;聚羧酸減水劑1.6kg ;膨脹劑:明帆石膨脹劑EA-L 3kg ;引氣劑:丙烯酸環(huán)氧脂0.04kg ;烷基磺酸鈉0.03kg ;娃灰1.8kg。
[0025]實施例3
所述耐久型混凝土防水劑包括如下重量百分比的組分:
明帆0.8kg ;硫酸銅0.81kg ;粉煤灰2.1kg ;聚羧酸減水劑1.6kg ;膨脹劑:明帆石膨脹劑EA-L 3kg ;引氣劑:丙烯酸環(huán)氧脂0.05kg ;烷基磺酸鈉0.04kg ;娃灰1.6kg。
[0026]實施例4對實施例1至3任一項所述耐久型混凝土防水劑的性能試驗和分析如下:
摻加了該防水劑的混凝土不僅具有高抗?jié)B、結(jié)構自防水，而且還要求具有裂縫自修復性能，即當混凝土內(nèi)部出現(xiàn)微裂縫時，防水劑中的特殊成分如硅灰和明礬等在一定條件下能促使混凝土中未水化的水泥產(chǎn)生新的晶體把裂縫堵住，從而賦予混凝土永久的防水性倉泛。
[0027]( I)高性能防水劑對混凝土抗?jié)B性能的影響
摻防水劑的混凝土的重要指標是抗?jié)B性能，目前評價混凝土的抗?jié)B性能的指標主要有滲透高度比、抗?jié)B壓力。防水劑摻量對混凝土抗?jié)B壓力的影響。試驗可以看出，隨著防水劑摻量的增加，摻防水劑的混凝土的滲透高度比顯著降低，表明混凝土的防水抗?jié)B性能明顯提高。當抗?jié)B儀壓力加到0.6MPa時，基準混凝土全部透水，滲透高度比為100%。摻防水劑的混凝土也加到這個壓力，并保持相同時間，當防水劑摻量為3%時，滲透高度比為38%，說明防水劑能明顯提高混凝土防水抗?jié)B性能。當防水劑摻量進一步提高到5%，滲透高度比繼續(xù)降到28%，符合JC474-2008中滲透高度比小于30%的要求。摻量增加到6%，滲透高度比為12%，此時混凝土具有良好的防水抗?jié)B性能，再增加摻量，滲透高度比降低趨勢變緩，表明防水劑適宜摻量為6%。而氯化鐵防水劑摻量一般以3%為宜。它含量過多對鋼筋銹蝕、混凝土千縮、凝結(jié)時間都有影響，少了效果不夠顯著。
[0028]防水劑摻量對混凝土 14d抗?jié)B壓力以及28d第二次抗?jié)B壓力的影響，可以看出基準混凝土不具備裂縫自修復性能。摻3%的防水劑后，混凝土的14d抗?jié)B壓力達1.5MPa，28d第二次抗?jié)B壓力為1.9MPa，表明防水劑能使混凝土中的滲水通道得到修復。當防水劑摻量為5%時，混凝土的14d抗?jié)B壓力達到2.7MPa，28d第二次抗?jié)B壓力為2.9MPa，說明摻6%防水劑的混凝土在14d內(nèi)抗?jié)B等級即可接近P30。
[0029](2)防水劑對混凝土抗壓強度比的影響
摻加了防水劑后，為保持混凝土坍落度在一定范圍，混凝土水灰比逐漸減低，防水劑具有一定減水功能。防水劑摻量為6%時，減水率約為15%，而對于有機硅防水劑，其摻量為1%時減水率為20%左右，且隨摻量增加減水率也增大。這說明此防水劑不是主要通過降低水灰比的方式來提高抗?jié)B性能。
[0030]耐久型混凝土防水劑加入到混凝土中，一方面是通過活性摻合料組分來密實混凝土結(jié)構，通過有機、無機增強組分來加快混凝土強度發(fā)展，另一方面是通過活性催化組分來促進混凝土中未完全水化的水泥再次水化，進一步提高混凝土的結(jié)構密實性和強度。
【權利要求】
1.一種耐久型混凝土防水劑，其特征在于，包括如下重量百分比的組分: 明礬3~11% ;硫酸銅3~12% ;粉煤灰15~29% ;聚羧酸減水劑7~22% ;膨脹劑20~38% ;引氣劑0.03^0.7% ;烷基磺酸鈉O~0.5% ;硅灰8~26%。
2.如權利要求1所述的防水劑，其特征在于，包括如下重量百分比的組分: 明礬3~7% ;硫酸銅3~8% ;粉煤灰15~25% ;聚羧酸減水劑7~18% ;膨脹劑20~34% ;引氣劑0.03~0.3% ;烷基磺酸鈉O~0.1% ;硅灰8~22%。
3.如權利要求1所述的防水劑，其特征在于，包括如下重量百分比的組分: 明礬5~9% ;硫酸銅5~10% ;粉煤灰17~27% ;聚羧酸減水劑9~20% ;膨脹劑22~36% ;引氣劑0.05~0.5% ;烷基磺酸鈉0.2~0.3% ;硅灰10~24%。
4.如權利要求1所述的防水劑，其特征在于，包括如下重量百分比的組分: 明礬7~11% ;硫酸銅7~12% ;粉煤灰19~29% ;聚羧酸減水劑11~22% ;膨脹劑24~38% ;引氣劑0.07~0.7% ;烷基磺酸鈉0.4~0.5% ;硅灰12~26%。
5.如權利要求1至4任一項所述的防水劑，其特征在于，所述粉煤灰為一級粉煤灰；所述膨脹劑為明礬石膨脹劑EA-L、U型混凝土膨脹劑UEA、復合膨脹劑CEA或鋁酸鈣膨脹劑AEA ;所述引氣劑為非松 香類引氣劑。
【文檔編號】C04B24/24GK104016611SQ201410303111
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】肖燎, 譚丁, 盛德新, 謝勇, 楊利平, 張?zhí)煜? 劉玉輝, 袁俊杰 申請人:湖南省建筑工程集團總公司, 湖南省建筑施工技術研究所