一种缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂及其制备方法
【专利摘要】本发明属于建筑材料【技术领域】，具体涉及一种缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂。该添加剂能有效提高混凝土的强度和抗分散性能，且具有制备工艺简单、生产成本低等优点。其特征在于：它包括偏高岭土和复合改性剂。偏高岭土与复合改性剂的质量比为50：1-15：1，其中所述的复合改性剂由聚丙烯酰胺、高效减水剂和有机水溶性多糖类物质按照质量百分数依次为70％-85％、10％-20％和5％-15％混合配制而成，各组分的百分比之和为100％。本掺合料作为水下混凝土的外加剂，能改善水下混凝土的工作性能、抗分散性能和延缓凝结时间，显著提高水下混凝土各龄期的强度，尤其是早期强度。同时，能够有效地改善水下混凝土的体积稳定性。
【专利说明】一种缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料【技术领域】，具体涉及一种缓凝型高流动性高强水下混凝土添 加剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着人类社会和文明的发展与进步，由于可供开发利用的陆地资源变得越来越 少，人类文明的发展的触角将向海洋延伸，因此21世纪将会是海洋开发的世纪，混凝土水 下施工将越来越多。而水下混凝土结构非常复杂。因此，除了要求混凝土的强度以外，还要 求施工工艺简单，经济合理，耐久性好且对环境无污染。在水下工程中混凝土仍然是最主要 和用量最大的建筑材料之一，水下混凝土的性能将直接影响水下工程的质量。因此，水下不 分散混凝土日益成为众多学者和工程技术人员研究的重点。而对于抗分散剂对水下不分散 混凝土的性能具有决定性的意义，水下不分散混凝土的添加剂研制成为研究的主攻方向。
[0003] 偏高岭土是一种富硅铝酸盐质无机矿物，由高岭土在适当温度（500-1000°C )煅 烧后脱水形成，具有很强的火山灰活性，现已作为活性外掺料运用于水泥混凝土、砂浆和其 它水泥产品中。基于偏高岭土的反应活性，可制备致密高强、耐久性和耐腐蚀性能优异的混 凝土材料，现已成为材料界研究的热点。
[0004] 然而，单一的混凝土材料体系显然无法满足上述要求。但是相关专利中有单掺纤 维素类和聚丙烯类增粘物质配制水下混凝土，但是所得到的的混凝土强度较低，并且水陆 强度比只有65%-70% (7d)和70^-75% (28d)，而且混凝土的坍落度损失大，不适合于远 距离的运输和施工。纵观过去在水下不分散混凝土的研究和应用结果上看，配制的水下不 分散混凝土的性能具有局限性，所浇筑的水下混凝土的强度等级普遍较低（C30以下），而 对水下不分散混凝土的抗冻性，抗cr渗透性能等耐久性也缺乏研究。故如何实现水下混 凝土的优异工作性能、自流平以及早强、良好的体积稳定性，有待进一步研究，应用于实际 工程之中。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种具有优异工作性能、缓凝、自流平以及早强、良好的体 积稳定性的缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂。它能够更有效地激发偏高岭土在水泥 基材料中的火山灰活性，尤其体现在早期强度方面，同时具有流动性损失小，对于混凝土的 耐久性也有较好的改善作用。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0007] -种缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂，其特征在于，所述添加剂包括偏高 岭土和复合改性剂，所述偏高岭土与复合改性剂的质量比为50 :1-15 :1，所述复合改性剂 由聚丙烯酰胺、高效减水剂和有机水溶性多糖类物质按照质量百分比依次为70% -85%、 10% -20%和5% -15%混合配制而成，各组分的质量百分比之和为100%。
[0008] 上述方案中，所述的偏高岭土为高岭土经过粉磨在500-1000°C的温度下煅烧 0. 5-6. 0小时后冷却制得，其中，偏高岭土中Si02与A1203的质量百分含量之和彡50wt%， 比表面积> 2300m2/kg。
[0009] 上述方案中，所述的聚丙烯酰胺为阴离子型，固含量> 95.0%，分子量为 1000-2000万，有效pH值的范围为7-14,白色固体。
[0010] 上述方案中，所述的高效减水剂为粉末状聚羧酸减水剂。
[0011] 上述方案中，所述的有机水溶性多糖类物质为蔗糖、葡萄糖酸钠或葡萄糖，含量 彡99. 0%，白色粉末固体。
[0012] 所述的缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂的制备方法，其特征在于：将经过 烘干的偏高岭土放入球磨机中，加入复合改性剂，研磨时间为30-120min，得到所述缓凝型 高流动性高强水下混凝土添加剂。使用的时候，将制得的添加剂按质量分数为3% -15%取 代水泥，得到水下混凝土胶凝材料。
[0013] 本发明的技术方案中，改性偏高岭土改性过程中，偏高岭土在机械作用下，复合改 性剂通过物理作用和化学作用吸附在偏高岭土的表面，进入团聚偏高岭土颗粒间隙，它有 两个显著的功能：一是使团聚的偏高岭土充分分散，二是对偏高岭土颗粒表面的改性。
[0014] 本发明的优点在于：
[0015] 1)本发明能明显提高水下浇注混凝土的早期强度，普通砂浆中改性偏高岭土基水 下混凝土添加剂的掺量为3wt % -15wt %，能显著提高砂浆7d强度20 %以上，且28d强度增 长率仍能保持在15 %以上，而7天水陆强度比保持在70 %?85 %，28天水陆强度比保持在 80?90%。这是偏高岭土作为一种混凝土矿物掺合料，由于其火山灰活性和微填充效应， 能够显著提高混凝土的早期强度和后期耐久性。
[0016] 2)改性偏高岭土基水下混凝土添加剂利用偏高岭土和聚丙烯酰胺的共同作用，提 高混凝土的抗分散性能。偏高岭土具有高比表面积和细度，掺加后改善了混凝土拌和物的 保水性能，使混凝土的凝聚性能增加，并且可和聚丙烯酰胺一起在水泥浆中改变了拌合物 粗组分体系中颗粒表面的电位，降低了粒子间的排斥作用，增大了颗粒间相吸的作用，使多 相粗分散体凝聚在一起，起到增稠的作用。而添加水溶性有机聚合物聚丙烯酰胺物质，由于 其聚合物分子链的结构及分子支链作用，可以缠绕形成网络状结构，从而越能充分发挥团 聚水泥颗粒，使混凝土发生增稠或絮凝作用，进一步提高混凝土的抗分散能力。聚羧酸减 水剂可以明显增加混凝土的工作性能，通过有机水溶性多糖类物质可以调节混凝土的凝结 时间。聚羧酸减水剂和蔗糖在水泥颗粒表面形成扩散双电层，改变了其电动电位，把水泥水 化过程中形成的空间网架结构中的束缚水释放出来，使水泥混凝土的流动性大幅度增加， 提高水泥的静电排拆能力和立体排拆能力，因而延缓水下不分散砂浆中水泥水化过程，减 少流动度经时损失。加入改性偏高岭土基添加剂后混凝土 7天水陆强度比在70%?85%， 28天水陆强度比在80?90%。流动性好，具有更好的填充性和自密实性。具有良好坍落 度和扩展度，静停1小时，坍落度经时损失小。
[0017] 3)本发明能提高混凝土的体积稳定性和耐久性，普通混凝土中加入偏高岭土后， 由于偏高岭土的火山灰效应以及微填充效应，能够大大提高混凝土的致密性，从而有效地 降低混凝土体积收缩和提高混凝土的耐久性。然而，改性偏高岭土的加入，改善了水下混凝 土的工作性能和提高了偏高岭土的活性反应率，更有利于降低混凝土的体积收缩和提高混 凝土的耐久性。因此，改性偏高岭土能够显著的提高混凝土的体积稳定性，改善混凝土的耐 久性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为基准样、偏高岭土样及实施例1砂浆试件干缩图。
【具体实施方式】
[0019] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0020] 实施例1
[0021] 一种缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂,它由偏高岭土、复合改性剂在球磨 机中研磨30min得到，其中，偏高岭土与复合改性剂的质量比为15 :1，所述的复合改性剂由 聚丙烯酰胺、聚羧酸减水剂和蔗糖按照质量百分比依次为80%、15%和5%混合配制而成。
[0022] 以砂浆试件作为考察对象，偏高岭土分别以6%、8%、12%等量取代胶凝材料并加 入1 %的减水剂配置砂浆。选取河砂（过2. 36_筛）及实施例1的缓凝型高流动性高强水 下混凝土添加剂分别以6%、8%、12%掺加，水灰比均为0. 45。
[0023] 按照GB/T 2429- 2005《水泥胶砂流动度测定方法》测试基准样、偏高岭土样、实 施例1的添加剂的拌合物的流动度；按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，用万 能压力试验机测试基准样和实施例1的7天和28天抗压强度。抗分散性参照中国石油天 然气集团公司企业标准水下不分散混凝土施工技术规范Q/CNPC 92-2003进行。
[0024] 表1砂浆试件的性能
[0025]
【权利要求】
1. 一种缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂，其特征在于，所述添加剂包括偏高 岭土和复合改性剂，所述偏高岭土与复合改性剂的质量比为50 :1-15 :1，所述复合改性剂 由聚丙烯酰胺、高效减水剂和有机水溶性多糖类物质按照质量百分比依次为70% -85%、 10% -20%和5% -15%混合配制而成，各组分的质量百分比之和为100%。
2. 根据权利要求1所述的一种缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂，其特征在于： 所述的偏高岭土为高岭土经过粉磨在500-1000°C的温度下煅烧0. 5-6. 0小时后冷却制得， 其中，偏高岭土中Si02与A1203的质量百分含量之和彡50wt%，比表面积彡2300m 2/kg。
3. 根据权利要求1所述的缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂，其特征在于：所述 的聚丙烯酰胺为阴尚子型，固含量> 95. 0%，分子量为1000-2000万，有效pH值的范围为 7-14。
4. 根据权利要求1所述的缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂，其特征在于：所述 的高效减水剂为粉末状聚羧酸减水剂。
5. 根据权利要求1所述的缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂，其特征在于：所述 的有机水溶性多糖类物质为蔗糖、葡萄糖酸钠或葡萄糖。
6. 根据权利要求1所述的缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂的制备方法，其特征 在于：将经过烘干的偏高岭土放入球磨机中，加入复合改性剂，研磨时间为30-120min，得 到所述缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂。
7. 如权利要求1所述的缓凝型高流动性高强水下混凝土添加剂在混凝土中的应用，其 特征在于，所述添加剂的掺量范围为8-12%。
【文档编号】C04B111/74GK104119010SQ201410404173
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】王桂明, 包明, 曾伟能, 水中和, 杨增良, 梅明军 申请人:武汉理工大学, 茂名高岭科技有限公司