一种多功能密实抗磨防腐剂及其用途
【专利摘要】本发明涉及一种多功能密实抗磨防腐剂及其用途，按照重量百分比计，包括萘系高效减水剂20-25％，木质素磺酸钠2-5％，羟基羧酸盐2-5％，十二烷基硫酸钠0-0.05％，粉状消泡剂0.005-0.01％，微硅粉40-50％，一级粉煤灰25-35％。本发明的多功能密实抗磨防腐剂把化学外加剂和矿物外加剂复合成同一种外加剂，共同发挥作用；选择不同粒径的矿物外加剂进行复合，利用相互填充使混凝土更密实；引气组分和消泡组分联掺，消除较大气泡增加混凝土密实程度；选择的缓凝组分不仅有稳定的缓凝效果，与其它的组分适应性好，而且本身具有一定的减水能力，显著增大混凝土拌合物坍落度，具有二次塑化效应。
【专利说明】一种多功能密实抗磨防腐剂及其用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混凝土外加剂，具体为一种多功能密实抗磨防腐剂及其用途。
【背景技术】
[0002]现如今越来越多的工程结构对混凝土提出高性能的要求。根据中国工程院院士吴中伟先生对高性能混凝土提出的定义，高性能混凝土以耐久性作为设计的主要指标，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。水利水电工程建筑物大多是百年甚至千年工程，耐久性显得犹为重要。截止到2004年，全国已建成的8.5万余座大小水库中，有三万多座病险库，另有两万多座需要除险加固。众多溢洪道、排砂洞经过几个运行期的使用混凝土表面可能空蚀、剥落，甚至有的会钢筋外露，严重影响工程的正常使用及结构安全。在混凝土溢流表面使用常规混凝土难以克服目前存在的问题。
[0003]为了解决混凝土坝体溢流表面容易空蚀、剥落的问题，首先采取的方法是采用硅粉混凝土，受水流冲刷表面的受损状况有所改善。其缺点是硅粉虽然具有很高活性，但由于硅粉混凝土施工困难，存在早期塑性干缩问题，且我国每年硅粉产量只有I万吨，价格偏贵，质量波动大。同时硅粉掺量大的高强混凝土本身需水量比大，后期强度增长减小，内部湿度低，继续水化困难。
[0004]目前国内已 知最主要的抗冲耐磨产品是HF高强耐磨粉煤灰混凝土，其采用HF外加剂激发粉煤灰的活性，使胶凝材料的水化产物致密、坚硬，并使自身强度和胶结力显著提高，从而达到提高混凝土的抗压强度、抗磨强度及耐久性能，其缺点是功能单一，价格昂贵，添加该产品的同时还需添加减水剂、引气剂、缓凝剂等产品，其综合使用效果并不能令多数客户满意。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种多功能密实抗磨防腐剂及其用途，解决了现有混凝土坝体溢流表面容易空蚀、剥落的问题，以及HF高强耐磨粉煤灰混凝土功能单一，价格昂贵，添加该产品的同时还需添加减水剂、引气剂、缓凝剂等产品，其综合使用效果并不能令多数客户满意等问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
[0007]—种多功能密实抗磨防腐剂，按照重量百分比计，包括萘系高效减水剂20-25%，木质素磺酸钠2-5%，羟基羧酸盐2-5%，十二烷基硫酸钠0-0.05%,粉状消泡剂
0.005-0.01%，微硅粉 40-50%，一级粉煤灰 25-35%。
[0008]进一步，本发明的一种优选方案为:按照重量百分比计，包括萘系高效减水剂22 %，木质素磺酸钠3 %，羟基羧酸盐2.5%，十二烷基硫酸钠0.01%，粉状消泡剂0.005 %，微硅粉45 %，一级粉煤灰27.485 %。
[0009]进一步，本发明的一种优选方案为:所述的羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠。[0010]进一步，本发明的一种优选方案为:所述的蔡系闻效减水剂为FDN闻效减水剂。
[0011]进一步，本发明的一种优选方案为:所述的微硅粉的比表面积不小于15000m2/kg，S12含量在85%以上。
[0012]进一步，本发明的一种优选方案为:所述的一级粉煤灰的比表面积不小于600m2/kg，需水量比不大于100%。
[0013]另外本发明也提供了一种密实抗磨的混凝土，包括本发明的所制备的多功能密实抗磨防腐剂，所述的多功能密实抗磨防腐剂的添加量为2-4%。
[0014]本发明的多功能密实抗磨防腐剂是化学外加剂和矿物外加剂的复合体，具有减水、减少泌水、适当缓凝、增强等高效减水剂的功能，又要发挥抗冲、耐磨、密实防腐的作，用它们的功能是相辅相成，互为补充的。
[0015]一、化学外加剂部分
[0016]工程中常用的外加剂均属于化学外加剂，其功能根据目的不同而大不一样，常用的主要有改善混凝土拌和物流变性能、调节混凝土凝结时间、硬化性能，改善混凝土耐久性等。基于多功能密实抗磨防腐剂的功能用途方面考虑，我们选择减水组分、缓凝组分和引气组分进入产品，以发挥各自作用。
[0017]1、减水组分
[0018]目前可用于高效减水的组分很多，常用的有单环芳烃的胺基磺酸盐、多环芳烃的萘基、蒽基甲醛缩合物、杂环芳烃的磺化三聚氰胺甲醛缩合物(密胺基)、以及链状分子结构的酮基磺酸盐和近几年已形成工业化生产的聚羧酸基高效减水剂等，其中胺基、密胺基、酮基和聚羧酸基高效减水剂常温常压下为液体，萘基和蒽基甲醛缩合物为粉剂。由于几乎所有矿物外加剂均难溶于水且两者密度不同，液体减水剂和矿物外加剂进行复合时会出现分层现象，难以形成均一稳定体，影响使用效果；同时考虑到降低生产运输成本的因素，多功能密实抗磨防腐剂设计为粉剂，减水组分采用粉体材料。
[0019]对比蔡系和恩系闻效减水剂，恩基闻效减水剂的减水和增强效果与蔡基闻效减水剂基本相当，但坍落度损失稍大，引气的气泡较大且稳定性差，硫酸钠含量高，一般在25~30%，气温低时结晶沉淀多。而萘系高效减水剂产量巨大，原料来源广泛，产品性能稳定，价格适宜。综合比较，我们选定萘系高效减水剂为多功能密实抗磨防腐剂中减水增强部分的主剂，其使用比例为使多功能密实抗磨防腐剂在推荐掺量范围内之掺量中值时能达到高效减水剂的效果。
[0020]2、缓凝组分
[0021]可在外加剂中作缓凝组分的有机物和无机物品种众多，常用的缓凝剂品种可归为8类近百种之多，其使用量、缓凝效果以及副作用千差万别。选择在多功能密实抗磨防腐剂中使用的缓凝剂主要考虑以下因素:
[0022]与选用的其它材料复合适应性好；
[0023]缓凝效果稳定，受温度影响小；
[0024]材料来源广泛，质量容易保证，成本可以接受；
[0025]掺量范围宽，在推荐范围内不会影响混凝土后期强度以及抗冲耐磨性能；
[0026]不会引起其它非预期的结果；
[0027]有其它可取的作用。[0028]综合上述因素，我们选择了一种羟基羧酸盐作为多功能密实抗磨防腐剂中的缓凝成分，其缓凝原理主要是它们的分子中的一C00M、-OH等基团容易与水泥浆中的游离钙生成不稳定络合物，这些络合物在水泥水化的初期能够抑制C3S的水化，通常情况下能使混凝土在拌合后保持坍落度I~2h，且耐温效应比较明显。该羟基羧酸盐能显著增大混凝土坍落度，即所谓的二次塑化效应，因此能够减少减水剂的用量，这在需要与矿物外加剂进行复合的情况下是很重要的。其另一个重要的特点是与多种减水组分、木质素磺酸盐以及大多水泥品种有良好的适应性，与磷酸盐、硼酸盐、其他类型羟基羧酸盐等缓凝剂有良好的协同作用，从而进一步提高调凝效果。
[0029]3、引气组分
[0030]引气剂能显著改善新鲜混凝土拌合物的匀质性和施工性能，更重要的是混凝土中存在适当的含气能成倍的提高混凝土的抗渗性、抗冻性等耐久性，因此它对混凝土综合耐久性的提高起着不可替代的作用。适当的引气剂在溶液中会附着在气泡膜上降低液膜的表面张力使气泡稳定存在，对混凝土耐久性有贡献的气泡均成球型，大小均匀，直径绝大多数小于200μπι。引气剂所形成的微小气泡既封闭了混凝土结构内许多毛细孔道，又会在水泥水化矿物表面形成憎水膜降低毛细抽吸效应。引气所形成的微气泡能减少混凝土表面缺陷，改善界面特性，提高混凝土抗折和抗压强度，降低混凝土碳化速度，同时有效降低混凝土碱骨料反应的危害。
[0031]引气剂分阴离子、氧离子、非离子系三类，品种同样众多，目前在建材行业中多用阴离子型表面活性剂。常用引气剂多为胶状体或粘稠液体，不容易和粉状材料复合。我们选用一种经过改性的与粉状载体复合的烷基硫酸盐作为粉状引气组分一十二烷基硫酸钠，掺量范围在0.0075-0.01%ο
[0032]4、消泡组分
[0033]消泡剂和引气剂实际上是相辅相成的。在混凝土添加剂中引气剂与消泡剂以适当的比例同时存在其效果是使引气剂的掺量与含气量的正比增长有优良的稳定性。在多功能密实抗磨防腐剂中添加适量消泡剂主要是消除混凝土中较大的气泡，使混凝土更加密实。本发明是粉状物，因此选用粉末消泡剂。
[0034]5、矿物外加剂部分
[0035]矿物外加剂作用机理有粉体效应和化学作用两方面。
[0036]5.1粉体效应
[0037]抗冲耐磨混凝土的核心问题是获得水泥基材料的密实填充结构。通常硅酸盐水泥的比表面积在300m2/kg左右，其平均粒径为17~20 μ m，而多种微细矿物外加剂的比表面积在500~15000m2/kg，其平均粒径为2~10 μ m。因此用适量微细活性材料填充硅酸盐水泥的孔隙，可获得较密实的堆积。多个研究表明，复合双掺矿物组分比单独掺入某一种矿物组分对提高混凝土的施工性、强度以及耐久性等效果明显。不同粒径的矿物掺合料逐级填充，粒径较小的填充粒径较大的，粒径更小的颗粒填充粒径较小的颗粒，以化学外加剂的静电斥力和分散作用以 及拌和设备的物理搅拌来达到不同粒径的颗粒充分分散、相互填充的效果，发挥复合矿物外加剂的叠加效应，从而使各种矿物组分合理搭配、优势互补，达到密实的目的。
[0038]5.2化学作用[0039]掺用了矿物外加剂的水泥在水化时和水化后，矿物外加剂中的活性组分与水泥水化生成的Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等，水化产物将毛细孔堵塞，强化了混凝土的结构，使混凝土耐久性和长期性能得到改善。
[0040]选用比表面积不小于15000m2/kg、Si02含量在85%以上的微硅粉以及比表面积不小于600m2/kg、需水量比不大于100%的一级粉煤灰两种矿物材料作为多功能密实抗磨防腐剂中的矿物外加剂。
[0041]本发明的多功能密实抗磨防腐剂的均值指标见表1。
[0042]表1多功能密实抗磨防腐剂的均值指标见表1
[0043]
【权利要求】
1.一种多功能密实抗磨防腐剂，其特征在于:按照重量百分比计，包括萘系高效减水剂20-25 %，木质素磺酸钠2-5 %，羟基羧酸盐2-5 %，十二烷基硫酸钠0-0.05 %，粉状消泡剂 0.005-0.0I %，微硅粉 40-60 %，一级粉煤灰 25-35 %。
2.根据权利要求1所述的一种多功能密实抗磨防腐剂，其特征在于:按照重量百分比计，包括萘系高效减水剂22 %，木质素磺酸钠3 %，羟基羧酸盐2.5 %，十二烷基硫酸钠0.01%,粉状消泡剂0.005%，微硅粉45%，一级粉煤灰27.485%。
3.根据权利要求1或2所述的一种多功能密实抗磨防腐剂，其特征在于:所述的萘系高效减水剂为FDN高效减水剂。
4.根据权利要求1或2所述的一种多功能密实抗磨防腐剂，其特征在于:所述的羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠。
5.根据权利要求1或2所述的多功能密实抗磨防腐剂，其特征在于:所述的微硅粉的比表面积不小于15000m2/kg，S12含量在85%以上。
6.根据权利要求1或2所述的多功能密实抗磨防腐剂，其特征在于:所述的一级粉煤灰的比表面积不小于600m2/kg,需水量比不大于100%。
7.一种密实抗磨的混凝土，其特征在于:包括权利要求1-6任一项的多功能密实抗磨防腐剂。
8.根据权利要求7所述的一种密实抗磨的混凝土，其特征在于:所述的多功能密实抗磨防腐剂的添加量为2 -4%。
【文档编号】C04B24/18GK104030597SQ201410232817
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】吕昌裕, 张广芝, 王光敏 申请人:中国水电十一局有限公司混凝土外加剂厂