CN108191293A

CN108191293A - 一种混凝土低温养护剂

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Publication number: CN108191293A
Application number: CN201810165777.1A
Authority: CN
Inventors: 张丰; 白银; 蔡跃波; 宁逢伟; 陈波; 曹志伟; 郭西宁; 胡海明
Original assignee: Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
Current assignee: Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2018-06-22
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: CN108191293B

Abstract

本发明公开了一种混凝土低温养护剂，以质量百分比计，包括如下组分：水泥水化催化组分4%～60%，防裂组分35%～95%，增塑组分0.3%～10%。所述水泥水化催化组分由晶核、催化剂组成，晶核为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米三氧化二铝的一种或多种复合组成，催化剂由硝酸锂、硫酸铁以及碱土金属卤化物中的一种或多种组成；本发明混凝土低温养护剂，无氯、无碱，各组分之间协调加速混凝土在低温条件下的水化进程，在混凝土中的掺量为5%～10%，能使混凝土在(0℃~5℃)低温环境下的强度不低于同配合比混凝土在20℃标准养护条件下的强度，大幅降低低温气候下混凝土的养护成本，同时对混凝土的工作性和变形性能无明显影响。

Description

一种混凝土低温养护剂

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种混凝土低温养护剂，用于提高低温(0℃～5℃)环境下混凝土的强度发展速率，降低混凝土养护成本。

背景技术

在0℃～5℃的低温环境下，混凝土的强度发展缓慢，通常1d强度仅能达到20℃标养条件下的20％～30％，3d达到40％左右。为了保障工程质量和施工进度，这种情况下都需要采取搭设保温棚、电炉加热、煤气炉加热、蒸汽加热等养护措施，成本高昂。对于一些特定的工程结构，加速养护甚至不能实施，如高墩连续刚构桥梁的0号块，需要在100m甚至更高的桥墩顶端现浇，养护极不方便，难于实施；再如深水水下混凝土结构修复，水深100m以下时温度仅有4℃，难以采取其他养护措施。

如果在常温下，为了加快混凝土强度发展速度，一般会加入早强剂。混凝土早强剂是一种可提高混凝土早期强度的外加剂，掺早强剂的混凝土10h即可达到拆模强度，通常1d可达设计强度的50％，3d达基准混凝土28d的强度。传统早强剂存在的主要问题有：①使混凝土后期强度损失较大；②多会引入氯离子或硫酸根，增加混凝土中钢筋锈蚀风险和硫酸盐侵蚀风险；③有机醇胺类早强剂中含大量羟基，掺量很少、难以控制，易造成混凝土严重缓凝和混凝土强度下降等问题；④早强剂多在常温下使用，5℃及以下的低温下早强效果有限。

因此，对于建筑材料技术领域很有必要开发出一种新型的混凝土低温养护剂，用于低温(0℃～5℃)环境下混凝土自养护，免去外加的养护措施，加快低温环境下公路、桥梁、隧等工程施工进度，有利于提高混凝土质量、降低工程成本。

发明内容

为了解决上述技术难题，本发明用有机-无机复合技术，研制出一种粉体的、无氯、无碱的新型混凝土低温养护剂。该低温养护剂可大幅度提高低温(0℃～5℃)条件下水泥混凝土强度，使其与20℃标准养护条件下混凝土的强度相当，且该低温养护剂对混凝土工作性影响不大，还有一定的防裂作用，有效预防低温环境下混凝土的开裂问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种混凝土低温养护剂，以质量百分比计，包括如下组分：

水泥水化催化组分4％～60％，

防裂组分35％～95％，

增塑组分0.3％～10％。

所述水泥水化催化组分由晶核、催化剂组成，以质量百分比计，晶核50％～90％，催化剂10％～50％。

进一步优选为：晶核80％～90％，催化剂10％～20％。

所述晶核为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米三氧化二铝、硅灰的一种或多种复合组成，催化剂由硝酸锂、硫酸铁、碳酸锂以及碱土金属卤化物中的两种或多种组成。所述的碱土金属卤化物包括但不限于氟化钙、氟化镁、溴化钙、溴化镁等。

防裂组分由氧化钙类膨胀剂、硫铝酸钙类膨胀剂、氧化镁类膨胀剂、石膏的一种或几种复合而成。混凝土是暴露在空气中的，因此怕开裂，防裂的主要机理是防止其收缩，此收缩是指混凝土凝固硬化以后的收缩。

增塑组分由聚羧酸系减水剂、三聚氰胺系减水剂及萘系减水剂中的一种与纤维素混合而成，混合比例为100:1～100:5。

所述混凝土低温养护剂，其制备方法为按照质量比例称取各组成成分，采用机械搅拌混合均匀即可，无需特殊制备工艺。所述混凝土低温养护剂的掺量为胶凝材料总量的5％～10％，内掺。

本发明提供的混凝土低温养护剂，通过晶核诱导晶体相的快速生成、通过催化剂促使水泥与水反应后形成溶解度高的产物，加速水泥水化反应向右进行，抵消了低温对水泥水化反应速率的降低作用，从而提高0℃～5℃的低温环境下混凝土强度发展速率，同时，掺入本发明的混凝土在水化硬化的不同阶段发生产物体积大于反应物体积的物理化学反应，抵消混凝土的自生体积收缩和降温导致的收缩，起到防裂效果。

本发明混凝土低温养护剂，无氯、无碱，各组分之间协调加速混凝土在低温条件下的水化进程，在混凝土中的掺量为5％～10％，能使混凝土在(0℃～5℃)低温环境下的强度不低于同配合比混凝土在20℃标准养护条件下的强度，大幅降低低温气候下混凝土的养护成本，同时对混凝土的工作性和变形性能无明显影响。

有益效果：掺入本发明混凝土低温养护剂以后，混凝土即使在0℃～5℃的环境下，不需要额外的养护方式(如加热、覆盖等)，其强度都能像在标准温度(20℃)下一样正常发展。同时，掺入本发明的混凝土在水化硬化的不同阶段发生产物体积大于反应物体积的物理化学反应，抵消混凝土的自生体积收缩和降温导致的收缩，起到防裂效果。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步说明。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例采用市场上常用的早强剂，分别为河南铝城聚能实业有限公司AFA砼超早强剂、北京德昌伟业建筑工程技术有限公DC早强剂、苏州龙龙化工科技有限公司甲酸钙，均采用外掺法掺入，先将早强剂掺入胶凝材料中干拌均匀，再加入水、砂搅拌成型。所配胶砂的水灰比为0.45，胶砂比1:3，成型砂浆后立即带模分别放入5±1℃低温养护箱和20±1℃标准养护箱中养护至指定龄期后取出测试抗压强度。此实例下，强度试验结果见下表1。分别掺入几种早强剂，与5℃低温条件下与不掺外加剂的砂浆相比，早期强度有明显增长，但是与20℃标准养护的砂浆强度差距还较大；掺入几种早强剂均会增加裂缝面积，比不掺的更易开裂。

表1实施例1效果

实施例2

本实施例单独采用晶核类材料，包括硅粉、纳米SiO₂、纳米CaCO₃等，采用外掺法掺入，先将晶核类材料掺入胶凝材料中干拌均匀，再加入水、砂搅拌成型。所配胶砂的水灰比为0.45，胶砂比1:3，成型砂浆后立即带模分别放入5±1℃低温养护箱和20±1℃标准养护箱中养护至指定龄期后取出测试抗压强度。此实例下，强度试验结果见下表2。掺入晶核类材料后，对砂浆1～3d的强度也有明显改善，改善幅度比一般早强剂略低，也无法与20℃标准养护条件下的砂浆强度相比；晶核类材料也会增加裂缝面积。

表2实施例5效果

实施例3

本实施例中膨胀剂选择石膏类、氧化钙类膨胀剂，掺量均为胶凝材料总量的10％，均内掺，先将膨胀剂掺入胶凝材料中干拌均匀后，再加入水、砂搅拌成型。所配胶砂的水灰比为0.45，胶砂比1:3，成型砂浆后立即带模分别放入5±1℃低温养护箱和20±1℃标准养护箱中养护至指定龄期后取出测试抗压强度。此实例下，强度试验结果见下表3。膨胀剂类材料对于早期强度无明显影响，但是对于减少裂缝面积效果显著。

表3实施例3效果

实施例4

本实施例中早强剂与晶核类材料复掺，先将材料掺入胶凝材料中干拌均匀后，再加入水、砂搅拌成型。所配胶砂的水灰比为0.45，胶砂比1:3，成型砂浆后立即带模分别放入5±1℃低温养护箱和20±1℃标准养护箱中养护至指定龄期后取出测试抗压强度。此实例下，强度试验结果见下表1。早强剂与晶核类材料复掺对早期强度也有一定改善，但仍无法与20℃标准养护条件下的砂浆强度相比；早强剂与晶核类材料复掺后导致裂缝明显增多。

表4实施例5效果

实施例5

采用本发明提供的一种混凝土低温养护剂，其组分及质量百分比为：水泥水化催化组分45％，防裂组分50％，增塑组分5％。

其中，水泥水化催化组分中晶核为纳米碳酸钙和纳米二氧化硅按照质量比1：1复合，占75％；催化剂为溴化钙，占25％。

防裂组分由8份重庆三圣特种建材有限公司生产的氧化钙膨胀剂熟料、1份唐山北极熊建材有限公司生产的CSA型硫铝酸钙类膨胀剂与1份石膏复合而成，所述份为质量份。

增塑组分由苏州弗克新型建材有限公司生产的Fox-8H型聚羧酸系减水剂与化学纯甲基纤维素按照100:2混合而成。

将上述水泥水化催化组分与增塑组分置于密闭容器中充分混合均匀形成混合物1，再将防裂组分与混合物1通过机械搅拌混合均匀，即得实施例5。

本实施例中低温养护剂掺量为胶凝材料用量的7％，使用时采用外掺法，先将低温养护剂掺入胶凝材料中干拌均匀后，再加入水、砂搅拌成型。所配胶砂的水灰比为0.45，胶砂比1:3，成型砂浆后立即带模分别放入5±1℃低温养护箱和20±1℃标准养护箱中养护至指定龄期后取出测试抗压强度。此实例下，强度试验结果见下表1，掺低温养护剂的试件在5℃低温下，强度与20℃标准养护下试件强度相当，并且直至28d，强度一直在增长，未下降。掺实施例5低温养护剂的混凝土在5℃养护条件下未开裂，抗裂性改善明显。

表5实施例5效果

实施例6

采用本发明提供的一种混凝土低温养护剂，其组分及质量百分比为：水泥水化催化组分22％，防裂组分70％，增塑组分8％。

其中，水泥水化催化组分中晶核为纳米二氧化硅，占60％；催化剂为3份硝酸锂和7份溴化钙的混合物，占40％。

防裂组分由8份江苏苏博特新材料股份有限公司生产的HEM-I型氧化镁膨胀剂与2份石膏复合而成。

增塑组分由苏州弗克新型建材有限公司生产的Fox-8H型聚羧酸系减水剂与纤维素按照100:3混合而成。

本实施例中低温早强剂掺量为胶凝材料用量的5％，使用时采用外掺法，成型混凝土时先将低温早强剂加入胶凝材料、砂、石中干拌30s后，再加水搅拌。所配混凝土的水灰比为0.34，单位用水量145kg/m³，成型完混凝土试件后立即带模分别放入5±1℃低温养护箱和20±1℃标准养护箱中养护至指定龄期后取出测试抗压强度。此实例下，掺入实施例2的混凝土在5℃养护下的强度与不掺养护剂的混凝土在20℃养护下的强度基本相当，裂缝面积大幅减小，低温养护剂效果显著。

表6实施例6效果

Claims

1.一种混凝土低温养护剂，其特征在于：以质量百分比计，包括如下组分，

水泥水化催化组分4%～60%

防裂组分35%～95%

增塑组分0.3%～10%；

所述的水泥水化催化组分由晶核和催化剂组成，以质量百分比计，晶核50%～90%，催化剂10%～50%。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土低温养护剂，其特征在于，所述晶核为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米三氧化二铝或者硅灰中的一种或多种复合组成。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土低温养护剂，其特征在于，所述催化剂由硝酸锂、硫酸铁、碳酸锂以及碱土金属卤化物中的一种或多种组成。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土低温养护剂，其特征在于，所述防裂组分为氧化钙类膨胀剂、硫铝酸钙类膨胀剂、氧化镁类膨胀剂、石膏中的一种或几种复合而成。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土低温养护剂，其特征在于，所述增塑组分由减水剂与纤维素按质量比100:1～100:5混合而成。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土低温养护剂，其特征在于，所述水泥水化催化组分中以质量百分比计晶核80%～90%，催化剂10%～20%。

7.根据权利要求3所述的一种混凝土低温养护剂，其特征在于，所述的碱土金属卤化物包括但不限于氟化钙、氟化镁、溴化钙、溴化镁。

8.根据权利要求5所述的一种混凝土低温养护剂，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂、三聚氰胺系减水剂或者萘系高效减水剂。