表面张力调整减缩型聚羧酸减水剂在制备高性能混凝土中的用途制造技术

本发明专利技术提供了一种表面张力调整减缩型聚羧酸减水剂在制备高性能混凝土中的用途，本发明专利技术还提供了一种含有该表面张力调减缩型聚羧酸减水剂的高性能混凝土，本发明专利技术提供的表面张力调减缩型聚羧酸减水剂可显著地降低水溶液的表面张力，高性能混凝土减缩试验结果表明，其具有较好的减缩效果，用于高性能混凝土时，对高性能混凝土的和易性及强度没有影响，性价比较高。

Application of surface tension adjustment shrinkage reducing Polycarboxylic Water reducing agent in preparing high performance concrete

The invention provides a method for adjusting the surface tension reduction type polycarboxylate superplasticizer use in preparation of high performance concrete, the invention also provides a surface tension transfer containing the reduced type polycarboxylate superplasticizer in high performance concrete, reducing the surface tension of the invention provides a shrinkage type polycarboxylate superplasticizer can significantly to reduce the surface tension of water solution, high performance concrete shrinkage test results show that it has better reduction effect, for high performance concrete, high performance concrete effect on the workability and strength, higher price.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种减水剂的用途，具体涉及一种表面张力调整减缩型聚羧酸减水剂在制备高性能混凝土中的用途。
技术介绍
高性能混凝土(Highperformanceconcrete，简称HPC)是以耐久性作为基本要求的混凝土，发展高性能混凝土有利于改善建筑物的使用功能，延长建筑物的使用寿命，进而保护生态环境，促进经济社会的可持续发展。高性能混凝土是一种新型高性能混凝土，是指采用常规材料和生产工艺，通过掺加外加剂和掺和料配制而成的具有高工作性、高强度、高耐久性的综合性能优良的混凝土，自其产生以来得到了迅速的发展。但HPC在应用过程中，也出现了一些问题，其中以收缩开裂问题尤为突出，HPC的收缩开裂会影响其耐久性和使用寿命，据统计，混凝土结构开裂有80％是因变形而引起的，而混凝土的变形主要表现为收缩，HPC的推广应用必须解决其早期开裂的问题。HPC的微观结构有如下特点：1.孔隙率低，基本上不才在大于100μm的大孔；2.水化物中Ca(OH)2减少，C-S-H和钙矾石增多，3.未水化凝胶材料颗粒较多，各中心质间距缩短，有利的中心质效应增多，中心质网络骨架强化；4.界面过渡层厚度小，水化物结晶颗粒尺寸减小，更接近于水泥石本体水化物的分布；HPC的微观结构特点决定了其与普通混凝土的变形特征不同，随之带来了早期体积稳定性差，容易开裂等问题。HPC的微观结构特点决定了其与普通混凝土的变形特征不同，随之带来了早期体积稳定性差，容易开裂等问题。混凝土的早期收缩包括塑性收缩、化学收缩、干燥收缩、温度收缩、碳化收缩、自收缩。与普通混凝土相比，HPC具有水胶比较低、水泥用量较大、砂率较高等特点，其塑性收缩和自收缩最为突出。干燥收缩简称干缩，是指混凝土停止养护后，在不饱和的空气中，失去内部毛细孔的吸附水而发生的不可逆收缩，随着环境中相对湿度的降低，水泥浆体的干缩增大，干燥收缩过程中产生不均匀的收缩变形，导致混凝土内部产生应力，当其超过混凝土的抗拉强度时，便产生裂缝。混凝土浇筑成型后，随着胶凝材料的水化，在和外界没有水分交换的情况下，混凝土内部相对湿度较降低，使得毛细孔因水分被吸收而变得不饱和，产生了混凝土内部的自干燥，毛细孔周围的水泥石结构承受自真空作用而产生真空向内拉紧力，由此引起的宏观体积减少即为混凝土的自收缩。水灰比高时，自收缩不是混凝土收缩的主要方面，随着混凝土水灰比的降低，自收缩在混凝土收缩中比例增大，HPC的水灰比很低，水泥水化的自由水分少，早期强度发展快，自由水消耗较多。HPC的原材料与配合比，决定了它的早期水化速度快，自干燥程度高，自收缩大等特点，因此PHC的自收缩比普通混凝土大得多。自收缩的根源是水泥凝结硬化后的继续水化。聚羧酸减水剂近年来得到了广泛的研究和关注，聚羧酸减水剂分子结构具有良好的分子设计性，可以呈现多种变化，从而能够表现出不同的性能，适应不同建筑工程对混凝土多种性能的要求，聚羧酸减水剂的功能化已成为一种趋势，开发减缩型减水剂解决高性能混凝土收缩开裂的问题，成为HPC推广应用的关键点。混凝土的开裂是混凝土应用的一大技术难题，掺减缩剂，减少混凝土收缩，是其中解决方案之一，用减缩剂控制并减少混凝土的干缩、早期的塑性收缩和自身体积收缩。1982年日本日产水泥公司和三洋化学公司率先研制出减缩剂，1985年，美国Goto等人取得了第一个减缩剂专利。混凝土收缩是混凝土在浇筑及硬化后产生体积缩小的现象。如果收缩过大，所产生的收缩应力会使混凝土产生开裂，不但会降低结构强度，裂缝还为空气和水进入混凝土提供一个通道，使混凝土容易发生碳化腐蚀、钢筋锈蚀，在寒冷地区还会发生冻融循环，这些都大大降低了混凝土的耐久性，缩短了建筑物的使用寿命。因而，收缩开裂是困扰混凝土工程的一个难题。通常解决混凝土收缩问题的途径是掺入膨胀剂，主要的原理是通过膨胀剂在混凝土中生成膨胀性的水化产物来补偿收缩，减少了混凝土开裂的可能性。但是使用膨胀剂特别需要混凝土在早期有水的养护，条件苛刻，而且本身存在严重的水泥适应性和延迟钙矾石生成等问题，另外，在调节其添加量上存在困难，如果掺量过少，达不到效果，如果掺量过大，过量的部分就可能由于膨胀而导致扩大裂纹，因而使用膨胀剂对最终的结果有一定的不确定性。另外一种是掺纤维，但是掺加纤维只能是提高混凝土的抗裂能力，并不能减少混凝土的收缩，同时纤维价格高，存在与混凝土相容性问题。也大大限制了它的推广。混凝土收缩机理：混凝土的收缩可分为化学收缩、塑性收缩、温度收缩、自收缩、干燥收缩和碳化收缩六大类型，其中以干燥收缩最为普遍，机理比较复杂，已有的理论主要有毛细管张力学说、表面吸附学说、拆开应力学说等，这其中以毛细管张力理论最有说服力，该理论认为，在环境湿度小于100％时，毛细管内部的水面下降而形成弯月面，根据Laplas公式，在水的表面张力作用下，在毛细管中产生的附加压力：△P＝2σCOSθ/R式中，△P为弯曲页面下的附加压力，σ为水的表面张力，θ为水凹液面与毛细孔壁的接触角，R为毛细孔半径。在σ不变的情况下，毛细管越细，弯月面的曲率半径越小，产生的毛细管压力越大；在R不变时，P与水的表面张力σ成正比。随着毛细孔水的散失，R变小，△P增大，毛细孔张力作用在孔壁上，产生拉力，进而导致宏观上的混凝土收缩。式中，P为弯曲液面下的附加压力，σ为水的表面张力，R为水凹液面与毛细孔半径。在σ不变的情况下，毛细管越细，弯月面的曲率半径越小，产生的毛细管压力越大，在R不变时，P与水的表面张力成正比。随着毛细孔水的蒸发，R变小，P增大，毛细孔张力作用在孔壁上，产生拉力，进而导致宏观上的混凝土收缩。减缩剂的减缩原理：根据上面的收缩机理分析，混凝土的干燥收缩，是由于毛细孔中水形成的弯液面而产生的附加压力△P造成的，而决定△P的是三个变量：σ、θ和R，R是由混凝土组成材料的成分及配合比决定的，σ和θ与浸润在毛细孔中的液体有关，纯水的表面张力是72N/m，非常高，如果能把它降低到35N/m，那么相应应力就减小一半，减缩剂就是因此而诞生的。它是这样一种物质，在强碱的环境中能大幅度降低水的表面张力，另一方面，由水和减缩剂组成的溶液粘度增加，使得接触角θ增大，从而也进一步降低混凝土的收缩应力，降低混凝土的开裂。日本和美国对于混凝土减缩剂的研究较多，从其研究发展路程来看，先是单组份的小分子化合物，由于容易挥发，进而发展到大分子化合物，同时也由单一组分发展到多组分的化合物复合型产品，这样不仅能降低混凝土的开裂收缩值，而且还克服了以前单一组分产品的许多缺点，如单一组分减缩剂的长期减缩效果不够理想，成本较高和混凝土强度易降低等，另一个发展规律就是由单一功能的产品逐渐向多功能产品发展，例如同时具有减缩和减水功能。国内对减缩剂的研发起步较晚，一般减缩剂价格又比较高，故至今尚未有较多推广应用。但随着经济不断增长，海运工程混凝土以及基础设施建筑物的耐久性和质量外观要求会逐步提高，混凝土开裂的问题也会逐步增大，解决这一难题仍然是混凝土研究学者们的一项艰巨任务。减缩剂能显著减少混凝土早期收缩，其主要作用机理是降低孔隙水的表面张力而减少毛细孔失水时产生的收缩应力，另一方面是增大混凝土中孔隙水的粘度，增强水在混凝土胶体中的吸附作用而减少混凝土的收缩值。减缩剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能混凝土，其特征在于，所述高性能混凝土包括水泥、粉煤灰、矿粉、集料、外加剂和水，所述外加剂包括表面张力调整减缩型聚羧酸减水剂，所述表面张力调整减缩型聚羧酸减水剂为式(Ⅰ)所示的化合物，所述式(Ⅰ)所示的化合物的结构式如下：其中a为的整数，b为的整数，c为的整数；d为的整数，e为1‑100的整数；所述A为所述B为m1为的整数，m2为的整数；所述C为l为的整数；所述D为所述E为n为的整数；R1为H或CH3；R2为H或CH3；R3为H2C＝CH‑CH2‑、或H2C＝CHO‑CH2CH2CH2CH2‑；R4为H2C＝CH‑CH2‑、或H2C＝CHO‑CH2CH2CH2CH2‑。

【技术特征摘要】
1.一种高性能混凝土，其特征在于，所述高性能混凝土包括水泥、粉煤灰、矿粉、集料、外加剂和水，所述外加剂包括表面张力调整减缩型聚羧酸减水剂，所述表面张力调整减缩型聚羧酸减水剂为式(Ⅰ)所示的化合物，所述式(Ⅰ)所示的化合物的结构式如下：其中a为的整数，b为的整数，c为的整数；d为的整数，e为1-100的整数；所述A为所述B为m1为的整数，m2为的整数；所述C为l为的整数；所述D为所述E为n为的整数；R1为H或CH3；R2为H或CH3；R3为H2C＝CH-CH2-、或H2C＝CHO-CH2CH2CH2CH2-；R4为H2C＝CH-CH2-、或H2C＝CHO-CH2CH2CH2CH2-。2.根据权利要求1所述的高性能混凝土，其特征在于，所述表面张力调整减缩型聚羧酸减水剂由以下方法制备而成：(1)将丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种与苄基醇、甲基苄基醇、苯乙醇、苯丙醇、苯丁醇、甲基苯乙醇、甲基苯丙醇和甲基苯丁醇中的至少一种混合，加入催化剂和阻聚剂，搅拌，升温至80～90℃，保温反应5～6h，降温，得反应产物；(2)将水，甲基丙烯酸和丙烯酸中的一种，APEG、HPEG、VPEG和TPEG中的一种，APPG、HPPG、VPPG和TPPG中的一种，烯丙基苯磺酸钠，链转移剂和步骤(1)得到的反应产物混合，边搅拌边升温至60～70℃，滴加引发剂溶液，并在2.0h内滴加完毕，继续保温反应4～6h，降温，用碱液中和至pH＝6～7,即得表面张力调整减缩型聚羧酸减水剂。3.根据权利要求2所述的高性能混凝土，其特征在于，所述步骤(1)中丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种与苄基醇、甲基苄基醇、苯乙醇、苯丙醇、苯丁醇、甲基苯乙醇、甲基苯丙醇和甲基苯丁醇中的至少一种的摩尔比为丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种：苄基醇、甲基苄基醇、苯乙醇、苯丙醇、苯丁醇、甲基苯乙醇、甲基苯丙醇和甲基苯丁醇中的至少一种＝1:1～1.2:1。4.根据权利要求2所述的高性能混凝土，其特征在于，所述步骤(1)中催化剂为甲基苯磺酸，所述催化剂的用量是所述丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种与苄基醇、甲基苄基醇、苯乙醇、苯丙醇、苯丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小富，赵利华，白淑英，
申请(专利权)人：广东红墙新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44