一种绿色无污染混凝土抗冻剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种绿色无污染混凝土抗冻剂及其制备方法，属于建筑材料领域。该抗冻剂是由水、减水剂、多肽分子聚合物A1、海藻胶体A2、多糖类高分子聚合物A3配制而成。各组分的质量比例为水∶减水剂∶A1∶A2∶A3=(83-99.96)∶(0.01-5)∶(0.01-3)∶(0.01-5)∶(0.01-4)。该体系的混凝土抗冻剂与现有的抗冻剂相比具有较好的工作性，在混凝土中掺量小，无碱、氨、氯释放，生产过程简单易行，使用的原料成本低，适合工业化生产。
【专利说明】一种绿色无污染混凝土抗冻剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种绿色无污染混凝土抗冻剂及其制备方法，属于建筑材料领域。
【背景技术】
[0002]混凝土拌合物浇灌后之所以能逐渐凝结硬化，直至获得最终强度，是由于水泥水化作用的结果，而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外，还与外界温度密切相关。当温度升高时水化作用加快，强度增长加快。但是当温度降低到冰点后，混凝土的冻害会对其性能产生恶劣的影响。这是因为:(I)存在于混凝土中的水此时开始结冰，逐渐由液相水变为固相冰，导致参与水泥水化作用的水减少，水化作用减慢，强度增长也会相应变慢。温度继续降低，当存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液相变成固相时，水泥水化作用基本停止，导致混凝土的强度不再增加。(2)由于水变成冰后体积约增大9%，同时产生约2.5MPa的膨胀应力，这个应力如果大于混凝土初凝时内部形成的强度，混凝土就会受到不同程度的破坏，即早期受冻破坏。(3)当水变成冰后，在骨料和钢筋表面会产生颗粒较大的冰棱，减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力，降低混凝土的强度。(4)当温度升高冰棱融化后，还会在混凝土内部形成各种空隙，导致混凝土耐久性的降低。
[0003]从上述混凝土冻害机理可以看出，降低混凝土拌合物中水的冰点是防止发生冻害最直接最有效的办法。因此第一代混凝土抗冻剂以各种防冻盐为主要成分，主要包括氯盐、硝酸盐、碳酸盐、硫酸钠、硫氰化钠和尿素等，这些组分有效降低了混凝土的冰点。然而根据乌拉尔定律，混凝土拌合物中液相冰点的降低程度与抗冻剂的摩尔浓度成正比，因此如果要获得较低的冰点，必须提高抗冻剂的掺量，而掺量越大，不仅施工费用提高，而且氯盐对钢筋的锈蚀、碱金属无机盐与混凝土的碱集料反应也会使混凝土的后期强度降低。
[0004]为了克服第一代抗冻剂的缺点，随着混凝土抗冻机理研究的深入，研究者们逐渐发现在负温下保证混凝土中完全不结冰的观点是不正确的，只要结冰不足以引起冻胀破坏，在掺抗冻剂后也允许结冰，只需要控制结冰量的多少、冰的形态等。基于此观点，研究者们开始研制第二代抗冻剂，即在降低冰点的基础上，改变结冰形式，使混凝土拌合物中的水形成的冰晶体积细小，形不成冻胀应力或只有细小的冻胀应力，这样即使混凝土内部有部分水结冰也不致造成破坏。这种抗冻剂多为结构上含有活化基团的有机物，如三甲胺、三乙胺、甲醇、甲基丁基甲酮等，这类有机物上含有能与水分子形成氢键的功能团，可以将水分子吸引在有机物的周围，形成可溶区，这一区域在负温下较难冻结或冻结后的冰晶细小、分散、不完整，呈现出多孔疏松的海绵状晶体，从而减少了冻胀应力形成的破坏。和无机盐类抗冻剂相比，这种有机质抗冻剂只需较少的掺量就能达到防冻的作用。
`[0005]专利CN102674747采用聚羧酸系高效减水剂、低分子醇、三萜皂甙、甲酸钙、有机醇胺和水配制成了混凝土抗冻剂。其中有机醇胺如三乙醇胺、二乙醇胺或三异丙醇胺的百分含量最多占到了 5%。专利CN103030331以乙酸乙酯、1，2-亚乙基二醇、尿素松香皂、月旨肪族减水剂、氢氧化钠、水为原料生产有机酸酯混凝土抗冻剂，尿素百分含量达到了 4%。上述专利以含氨的有机醇胺或者尿素为原料，易释放出刺激性的氨味。[0006]专利CN102618233以亚硝酸钠和硫氰酸钠水溶液为原料，降低了水剂的冰点，改善了水泥浆体系的流变性。专利CN102476932N按硫酸钠早强剂:有机高分子材料:引气减水剂= (30-68): (28-69):(0.5-2.0)的比例，得到了一种混凝土抗低温用高效抗冻剂。上述专利以钠盐为原料，能够有效降低抗冻剂的冰点，提高混凝土的早期强度，适合于混凝土的冬季施工。然而钠盐与混凝土会发生碱集料反应，降低混凝土的后期强度。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服上述现有混凝土抗冻剂的不足，制备一种绿色无污染的，无碱、氨、氯释放的抗冻剂。
[0008]为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的:
[0009]一种绿色无污染混凝土抗冻剂，其特征在于由下列组分配制而成:水、减水剂、多肽分子聚合物Al、海藻胶体A2、多糖类高分子聚合物A3，所述的水、减水剂、A1、A2、A3的质量份数分别为(83-99.96)、(0.01-5)、(0.01-3)、(0.01-5)、(0.01-4)。
[0010]上述方法中，所述的减水剂为粉剂或液剂，选自木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐甲醛缩合物系减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种，减水率5-35%。
[0011]所述的多肽分子聚合物为明胶 。
[0012]所述的海藻胶体为琼脂。
[0013]所述的多糖类高分子聚合物为瓜尔胶。
[0014]一种绿色无污染混凝土抗冻剂的制备方法，其特征在于先将水加热至35-90°C，然后在搅拌状态下先后加入明胶和琼脂配制成溶液，接着向溶液中边搅拌边加入减水剂和瓜尔胶，溶解后冷却至室温。
[0015]本发明的工艺原理是:在减水剂的基础上，向其中加入绿色无污染的明胶和瓜尔胶作为多孔冰晶稳定剂，使混凝土中生成的冰晶细小而不结成大冰块，减少结冰对混凝土的冻害。此外加入的琼脂能最多吸收本身体积20倍的水，这种吸水作用可以促进水泥后期的水化，提高混凝土的后期强度。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0017]1、以明胶、琼脂和瓜尔胶为原料，无碱、氯、氨释放，绿色无污染，有利于环境保护。
[0018]2、原料成本低，制备工艺简单。
【具体实施方式】
[0019]以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明所保护范围不限于此。此外应理解，在阅读了本发明讲述的内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0020]实施例1-8的原料组成及配比列于表1。
[0021]表1本发明涉及实施例的原料组成及配比(wt.% )
[0022]
【权利要求】
1.一种一种绿色无污染混凝土抗冻剂，其特征在于由下列组分配制而成:水、减水剂、多肽分子聚合物Al、海藻胶体A2、多糖类高分子聚合物A3，所述的水、减水剂、Al、A2、A3的质量份数分别为(83-99.96)、(0.01-5)、(0.01-3)、(0.01-5)、(0.01-4)。
2.如权利要求1所述绿色无污染混凝土抗冻剂，其特征在于所述的减水剂为粉剂或液剂，选自木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐甲醛缩合物系减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种，减水率5-35%。
3.如权利要求1所述的绿色无污染混凝土抗冻剂，其特征在于所述的多肽分子聚合物为明胶。
4.如权利要求1所述的绿色无污染混凝土抗冻剂，其特征在于所述的海藻胶体为琼脂。
5.如权利要求1所述的绿色无污染混凝土抗冻剂，其特征在于所述的多糖类高分子聚合物为瓜尔胶。
6.如权利要求1所述的绿色无污染混凝土抗冻剂的制备方法，其特征在于先将水加热至35-90°C，然后在搅拌状态下先后加入明胶和琼脂配制成溶液，接着向溶液中边搅拌边加入减水剂和瓜尔胶，溶解后冷却至室温。
【文档编号】C04B24/38GK103626430SQ201310703579
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】张亚彬, 尹洪江, 毕江寰, 王少迪, 曹旭 申请人:天津工业大学