专利名称：混凝土减缩剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种减缩剂，尤其是一种能减少混凝土干燥收缩性的混凝土减缩剂。
背景技术：
混凝土是目前在工程中所广泛使用的建筑材料之一，混凝土很大的一个缺点是在干燥条件下产生收缩，这种收缩导致了硬化混凝土的开裂和其它缺陷。大型基础底板、地下结构、混凝土墙板及楼面板、梁的裂缝问题是目前我国最常见的建筑工程质量问题之一，随着预拌泵送混凝土和高强混凝土的应用日益广泛，使得裂缝问题越来越严重。产生裂缝的原因是多方面的，除了设计和施工因素外，温度收缩、干燥收缩、自收缩是导致混凝土开裂的主要原因。混凝土的收缩开裂一直是困扰混凝土工程的一个难题。收缩的幅度虽然不大，但其造成的危害却很严重。收缩伴随产生裂缝，降低结构强度，影响美观；裂缝为空气和水进入混凝土提供一个通道，易使混凝土发生碳化腐蚀、钢筋锈蚀，在寒冷地区还会发生冻融循环。这些都会降低混凝土的耐久性，缩短建筑物的使用寿命。
在水利水电工程中，混凝土的裂缝是一种常见的病害和工程质量问题，特别是水工抗冲磨混凝土要求较高的强度和耐磨性能，常用配置方法是采用较高的水泥用量和掺用硅粉，因此，更容易出现裂缝。硅粉抗冲耐磨材料普遍都存在施工性能差、收缩大，容易发生裂缝等应用上的致命弱点，曾大规模应用硅粉抗冲磨混凝土的许多水利水电工程都发生了许多裂缝。
目前预防混凝土收缩开裂的主要措施是纤维增强和添加混凝土减缩剂。而添加减缩剂由于其操作方便而更加广泛地被使用。美国专利5181961、5389143、5626663公开了醇类减缩剂，美国专利4547223、4975121、5174820、5413634公开了聚氧乙烯类减缩剂，美国专利5556460、5604273等还公开了多组分减缩剂。本发明的目的是提出一种能够减少水泥混凝土的干缩和减少混凝土的自生体积收缩变形，甚至可使混凝土由收缩型变为膨胀型的一种混凝土减缩剂。
发明内容
本发明提出一种减缩剂，用于混凝土的外加剂，所述减缩剂由多种有机物复合而成，包括单元醇(CnH2n+1OH)、多元醇R(CHOH)nR和聚醇醚，其中含有-COOH，-SO3H，R-O-R，-OH等多种官能团；在常温下呈无色或浅黄色液态，易溶于水；该减缩剂拌合在水泥砂浆中，不会导致砂浆粘稠，可使砂浆流动性提高，其本身的减水率很小，在混凝土中一般不考虑其减水的作用；所述减缩剂对砂浆、混凝土的工作性能略有提高，对其它的力学性能略有降低，但很小。在混凝土中使用所述减缩剂时，使用的减缩剂占全部比重的0.5％到2％。掺加此外加剂可显著降低砂浆、混凝土的干燥收缩，减少混凝土的自生体积收缩变形，甚至可以使混凝土由收缩型变为膨胀型。这种减缩剂在防止混凝土开裂方面具有重要的意义。
图1是不同掺量的减缩剂对砂浆干缩的影响； 图2是不同掺量的减缩剂对混凝土干缩的影响； 图3是减缩剂对混凝土自生体积变形的影响。
具体实施例方式 本发明的一种实施方式是将一定量的减缩剂混合在混凝土成份中，优选的是减缩剂含量占0.5％-2％，充分均匀搅拌制成具有防开裂性能的混凝土。
1.混凝土原材料水泥——525#中热水泥；粉煤灰；硅粉；高效减水剂——缓凝型高效减水剂，减水率18％；减缩剂；骨料——石灰岩人工骨料。
2.试验结果 2.1.减缩剂对砂浆干缩的影响 砂浆干缩试验采用的配合比为水泥∶硅粉∶砂∶水＝630∶70∶1400∶210。减水剂掺量0.54％。掺用减缩剂的试验结果见图1。随着减缩剂掺量的增加，砂浆干缩减少。当减缩剂掺量为2％时，砂浆干缩率减少了42.6％。由此，减缩剂可显著的减少砂浆的干缩。
2.2.减缩剂对新拌混凝土性能的影响 在以下的混凝土试验中均采用表1配合比。混凝土的砂率为36％，粉煤灰掺量为15％，硅粉掺量为5％，减水剂掺量为0.8％。在试验中，新拌混凝土的坍落度和含气量测定结果见表2。掺加减缩剂后，新拌混凝土的含气量略有增加。
表1混凝土配合比单位kg/m3用水量胶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新拌混凝土性能掺量坍落度含气量基准---------6.1cm 1％加减缩剂0.5％0.5％6 1.4％加减缩剂1％1％6.5 1.8％加减缩剂2％2％8.2cm 1.8％ 2.3.减缩剂对混凝土力学性能的影响 抗压强度掺用不同掺量减缩剂混凝土的抗压强度试验结果见表3，减缩剂掺量对抗压强度的影响很小。
表3混凝土的强度。编号减缩剂掺量水灰比7天 28天 90天基准----0.29 52.3 62.4 71.6加减缩剂2％2％0.29 53.6 66.2 70.5加减缩剂1％1％0.29 51.4 68.4 72.6加减缩剂0.5％0.5％0.29 54.7 69 71.1 混凝土的抗压弹性模量和极限拉伸值、轴拉强度试验结果见表4和表5。混凝土的弹性模量分抗压和抗拉两种，他们的值受多种因素的影响，如骨料的弹性模量、硬化胶凝材料浆的结晶程度、混凝土的灰骨比、混凝土的容重、硬化胶凝材料浆与骨料界面的胶结情况、混凝土的孔隙率及孔分布情况、混凝土强度及龄期等。从试验结果来看，掺加减缩剂，混凝土的抗压弹模和极限拉伸值都略有降低。
弹强比是混凝土的弹性模量与其强度之比。弹强比越小，混凝土的抗裂性能越好。我们整理计算得到混凝土的弹强比，见表4。由此可说明在相同龄期，7天、28天掺加减缩剂2％的混凝土其抗裂性能有提高，而90天抗裂性能相近。因此，掺加减缩剂对提高混凝土的抗裂性能有益。
表4混凝土的抗压弹模、轴压强度和弹强比。编号 抗压弹性模量(GPa)轴压强度(MPa) 弹强比7天 28天 90天7天 28天 90天 7天 28天 90天基准混凝土43.08 45.96 48.93 50.6 61.4 61 0.82 0.74 0.68掺减缩剂2％41.86 44.68 49.70 46 56.7 62.4 0.78 0.67 0.70 通常混凝土的极限拉伸值越大，抗裂性越强。一般，混凝土的抗拉强度越高、水泥浆(或胶凝材料)用量越多，其极限拉伸值也越大。我们研究了掺加减缩剂对混凝土的极限拉伸的影响(见表5)。
表5混凝土的抗拉弹模和极拉应变值、轴拉强度。编号抗拉弹性模量(GPa)极限拉伸(10-6)轴拉强度(MPa)3天 7天 28天 90天 3天 7天 28天 90天 3天 7天 28天 90天基准混凝土38.4 42.7 46.2 49.5 98 112 106 107.7 3.51 4.34 4.58 4.72掺减缩剂2％36.1 41.2 43.7 48.5 94 107 97 96.6 3.06 3.95 3.92 4.13 2.4.减缩剂对混凝土干缩的影响 减缩剂的掺量对混凝土的干缩的影响见图2。从图中可看出，减缩剂显著减少混凝土的干缩，随着减缩剂的掺量增加，混凝土的干缩减少。
2.5.减缩剂对混凝土自生体积变形的影响 混凝土在硬化过程中，由于胶凝材料水化而引起的混凝土体积的变化称为自生体积变形。自生体积变形主要是由于胶凝材料和水在反应前后反应物与生成物密度不同所致。一般硅酸盐水泥混凝土的自生体积变形多表现为收缩，若胶凝材料中含有某些膨胀的成分，也表现为膨胀。这里我们在保持混凝土配合比不变的情况下，只掺加减缩剂就能使混凝土的自生体积变形由负变为正，由收缩型变为膨胀型。见图3。图中只在混凝土中掺加了2％的减缩剂，混凝土的自生体积变形的特征就发生了根本性的转变，这对于减少混凝土的内应力(温度应力)特别有利。在其它的试验中也发现，减缩剂可减少混凝土的自生体积收缩。这对混凝土减少开裂，具有重要的意义。
通过以上的实验结果，来分析一下减缩剂对混凝土性能的影响。从抗压强度来看，减缩剂对混凝土的抗压强度影响很小。但在其他性能方面如干缩、自生体积变形等方面却有着较大的影响，这结果为我们对混凝土材料的改性提供了有益的参考，外加剂能够很好的优化混凝土的性能。
混凝土材料作为多相不连续的脆性材料，具有抗压强度高，抗拉强度低的特性。混凝土开裂主要是由于混凝土中拉应力超过了抗拉强度，或者说由于拉伸应变达到或超过了极限拉伸值而引起的。而混凝土的干缩、降温冷缩及自生体积收缩等收缩变形，受到基础及周围环境的约束时(限制收缩)，在混凝土内引起拉应力，因此都有可能引起混凝土的开裂。在各种因素的作用下，难免产生或多或少的裂缝。因此，从整体上，提高混凝土的抗裂能力是避免混凝土开裂或少开裂的重要手段。从大量的实验分析表明，抗裂性好的水工混凝土应该具有较高的抗拉强度、较大的极限拉伸值、较低的弹性模量、较小的干缩率、较低的绝热温升值以及较小的温度变形系数和自生体积变形等。这里，由于我们采用相同配合比进行试验，混凝土的差别只在于是否掺加减缩剂，因此这里我们用抗裂系数这一参数，来评价减缩剂对混凝土抗裂性能的影响。
抗裂系数是混凝土的抗拉强度和极限拉伸值的乘积与干缩应力(不考虑徐变变形)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混凝土的抗拉强度，El混凝土的抗拉弹性模量，εp混凝土的极限拉伸值，εd混凝土的干缩率。
Kl越大，混凝土的抗裂能力越强。根据我们的试验结果计算抗裂系数见表6。
表6混凝土的抗裂系数。编号 抗裂系数3天7天28天90天 基准混凝土0.260.150.0830.062 掺减缩剂2％0.450.210.1090.075 由上表可见，在相同龄期，掺加减缩剂的混凝土比不掺减缩剂的混凝土其抗裂系数有很大的提高，由此说明，减缩剂能较大的改善混凝土的抗裂性能。这里我们只考虑了混凝土的极限拉伸值、抗拉强度、弹性模量和干缩率等几个因素。如果我们还考虑对混凝土自生体积变形的影响见图，那么减缩剂在防止混凝土开裂方面有着较好的功能。基准混凝土的自生体积变形是收缩的，掺加减缩剂后混凝土的自生体积变形为正，由收缩型混凝土变为微膨胀型混凝土，这对补偿混凝土的收缩具有较大的作用，这里我们测定结果基准混凝土和掺减缩剂的混凝土自生体积变形相差达45个微应变。通过我们的试验结果表明，在一定的条件下，减缩剂可增加混凝土的自生体积变形，甚至使混凝土由收缩型变为膨胀型混凝土。
权利要求
1.一种减缩剂，用于混凝土的外加剂，其特征是所述减缩剂由多种有机物复合而成，包括单元醇(CnH2n+1OH)、多元醇R(CHOH)nR和聚醇醚，其中含有-COOH，-SO3H，R-O-R，-OH多种官能团。
2.根据权利要求1所述的减缩剂，其特征是在常温下呈无色或浅黄色液态，易溶于水。
3.根据权利要求1所述的减缩剂，其特征是该减缩剂拌合在水泥砂浆中，不会导致砂浆粘稠，可使砂浆流动性提高，在混凝土中不考虑其减水的作用。
4.根据权利要求1所述的减缩剂，其特征是在混凝土中使用所述减缩剂时，使用的减缩剂占全部比重的0.5％到2％。
5.根据权利要求1所述的减缩剂，其特征是掺加此外加剂可显著降低砂浆、混凝土的干燥收缩，减少混凝土的自身体积收缩变形，可以使混凝土由收缩型变为膨胀型。
全文摘要
本发明提出一种减缩剂，用于混凝土的外加剂，所述减缩剂由多种有机物复合而成，包括单元醇(CnH2n+1OH)、多元醇R(CHOH) nR和聚醇醚，其中含有－COOH，－SO3H，R－O－R，－OH等多种官能团；在常温下呈无色或浅黄色液态，易溶于水；该减缩剂拌合在水泥砂浆中，不会导致砂浆粘稠，可使砂浆流动性提高，其本身的减水率很小，在混凝土中一般不考虑其减水的作用；所述减缩剂对砂浆、混凝土的工作性能略有提高，对其它的力学性能略有降低，但很小。在混凝土中使用所述减缩剂时，使用的减缩剂占全部比重的0.5％到2％。掺加此外加剂可显著降低砂浆、混凝土的干燥收缩，减少混凝土的自生体积收缩变形，甚至可以使混凝土由收缩型变为膨胀型。
文档编号C04B24/02GK1648098SQ20051000730
公开日2005年8月3日 申请日期2005年2月6日 优先权日2005年2月6日
发明者雷爱中, 陈改新, 王秀军 申请人:雷爱中