尺寸稳定剂及其制备方法
阅读说明：本技术 尺寸稳定剂及其制备方法 (Dimensional stabilizer and preparation method thereof ) 是由 钟华 张后禅 于 2021-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明揭示了一种尺寸稳定剂及其制备方法。本发明提供的尺寸稳定剂包括疏水剂、生石灰、亚烷基二醇和聚羧酸减水剂。能够显著降低混凝土(板材)的翘曲,降低自收缩和干收缩,混凝土在硬化后的各个龄期,整体无膨胀变形,翘曲与收缩显著降低,做到尺寸稳定,减少开裂。(The invention discloses a size stabilizer and a preparation method thereof. The size stabilizer provided by the invention comprises a hydrophobic agent, quicklime, alkylene glycol and a polycarboxylic acid water reducing agent. The concrete (plate) can be remarkably reduced in warpage, self-shrinkage and dry shrinkage, the whole concrete has no expansion deformation at each age after hardening, the warpage and shrinkage are remarkably reduced, the size is stable, and cracking is reduced.)
技术领域
本发明涉及建筑化学领域，特别是涉及一种尺寸稳定剂及其制备方法。
背景技术
近年来绿色建筑和智能建造被大力支持和推动，其中装配式建筑成为了发展重点之一。高性能水泥、混凝土预制板材得到广泛应用。特别是高性能混凝土薄板，由于高掺量水泥基材料，而且通常处于低约束受力状态，会发生收缩引起的开裂，此外，薄板构件翘曲也是一个常见问题。这不仅会给构件安装带来困难,还会影响结构的耐久性。
目前市场上的控制混凝土收缩的主要有CSA、铝酸钙、复合型与HCSA型等膨胀剂粉剂。但所生成的钙矾石等水化产物的膨胀，特别是后期膨胀通常是有害的。膨胀剂也对养护条件十分敏感，养护条件变化会导致达不到预期性能。另外，对于预制混凝土外墙挂板，在低约束的情况下，膨胀剂对板的翘曲的控制有限。
减缩剂的应用比较少，其中一个原因是减缩效果不明显，特别是在混凝土初期的减缩率偏低。
对薄板翘曲的控制通常是增加支撑、加肋，或增加板厚，或增加纤维或钢筋，这会给生产、安装过程中带来成本控制以及其他问题。
因此，如何提高混凝土稳定性，减少板材的翘曲及收缩开裂，是业界希望解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种尺寸稳定剂及其制备方法，提高混凝土稳定性。
为解决上述技术问题，根据本发明的第一方面，提供一种尺寸稳定剂，包括疏水剂、生石灰、亚烷基二醇和聚羧酸减水剂。
可选的，所述尺寸稳定剂常温下为液态。
可选的，所述疏水剂包括油酸丁酯、丁基正丁酯和液体硬脂酸丁酯中的至少一种。
可选的，所述生石灰呈颗粒状，包括氧化钙或氧化钙和氧化镁的混合物。
可选的，所述生石灰粒径介于5μm-35μm。
可选的，所述亚烷基二醇包括乙二醇、丙二醇、氨基醇衍生物、二丙基乙炔基醚、二乙二醇、二丙二醇丁醚、2甲基-2，4-戊二醇中的至少一种。
可选的，所述聚羧酸减水剂的固含量在50％或以上。
根据本发明的第二方面，提供一种尺寸稳定剂的制备方法，包括：
将生石灰颗粒与疏水剂以第一比例混合第一时间，形成第一混合浆液；
将所述第一混合浆液与亚烷基二醇以第二比例混合第二时间，形成第二混合浆液；
将所述第二混合浆液与减水剂以第三比例混合第三时间，即得。
可选的，所述第一时间为0.5-3h，所述第二时间为0.5-3h，所述第三时间为0.5-3h。
可选的，所述第一比例为重量比95﹕5到50﹕50，所述第二比例为重量比10﹕90到90﹕10，所述第三比例为重量比99.5﹕0.5到90﹕10。
本发明提供的尺寸稳定剂及其制备方法中，尺寸稳定剂包括疏水剂、生石灰、亚烷基二醇和聚羧酸减水剂。能够显著降低混凝土(板材)的翘曲，降低自收缩和干收缩，混凝土在硬化后的各个龄期，整体无膨胀变形，翘曲与收缩显著降低，做到尺寸稳定，减少开裂。
附图说明
图1为本发明一实施例中普通砂浆翘曲试验图；
图2为本发明一实施例中高强砂浆翘曲试验图；
图3为本发明一实施例中混凝土收缩试验图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的尺寸稳定剂及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例1
本发明实施例1提供了一种降低混凝土翘曲、收缩的尺寸稳定剂，使得混凝土在从终凝以后，就不再有体积膨胀，并且显著降低翘曲和收缩，达到尺寸稳定，控制开裂。
所述尺寸稳定剂包括疏水剂、生石灰、亚烷基二醇和减水剂。
通常，本发明的尺寸稳定剂为液态。
本发明考虑的一个因素是，由于环境的湿度梯度形成混凝土板内相应的干缩梯度，造成板的翘曲。由湿度梯度引起的混凝土尺寸变化所带来的翘曲、和由收缩引起的开裂、尺寸偏差和耐久性降低，对于预制大尺寸薄板尤为明显。因此通过平衡自收缩控干收缩机制材料的设计与开发，减少总体收缩变形，控制翘曲/保证平整度，减少开裂，减少维护。
具体的，所述疏水剂包括油酸丁酯、丁基正丁酯和液体硬脂酸丁酯中的至少一种，利用疏水剂通过堵塞毛细孔和疏水作用，控制毛细孔内的水分与外界交换，放缓失水过程，降低湿度梯度，从而降低翘曲。
进一步的，所述疏水剂与亚烷基二醇有叠加效应，能够舒缓干缩梯度，降低翘曲。
所述亚烷基二醇包括乙二醇、丙二醇、氨基醇衍生物、二丙基乙炔基醚、二乙二醇、二丙二醇丁醚、2甲基-2，4-戊二醇中的至少一种。
此外，本发明中疏水剂的另外一个作用是控制生石灰的水化与羧化，抵消混凝土部分早期收缩。
所述亚烷基二醇能够降低孔径2.5nm-50nm的毛细孔内水的表面张力，从而降低各龄期混凝土自收缩和干收缩，也会降低由湿度梯度引起的翘曲。
所述疏水剂能够降低混凝土中的湿度梯度，所述亚烷基二醇降低水的表面张力，二者协同作用，显著降低翘曲。
在本发明中，生石灰能够提供早期微膨胀，部分抵消混凝土部分早期收缩。生石灰颗粒经与疏水剂和亚烷基二醇液体均匀混合，在液体有机环境下，导致生石灰和有机液体中的组分之间的化学反应(例如，少量溶解水、乙二醇中的某些羟基等)，在氧化钙或CSA颗粒周围形成屏障或壳，控制高活性膨胀性生石灰或CSA的水化作用，羧基化副产物或氢氧化钙，达到有效可控延迟水化。主要用来抵消部分混凝土早期收缩。
所述生石灰颗粒的粒径可以是5μm-35μm，例如10μm、15μm、20μm、25μm、30μm等。
CaO生石灰膨胀率高，生成的水化产物CSH对强度无不良影响，对养护条件相对不敏感。但其水化反应快，不易控制。而本发明提供的尺寸稳定剂中，在油酸丁酯等疏水剂的液体环境下，减缓生石灰的水化，抵消部分早期收缩。而混凝土总体是在收缩状态，长期收缩由其它有机组分来承担，产生平稳收缩曲线，确保在各个龄期的尺寸稳定性。
所述聚羧酸减水剂用于提供分散效果，形成稳定液体，对生石灰的羧基化来减缓生石灰水化速度。并且，能够与亚烷基二醇减缩剂共同使用，产生协同效应，使得混凝土在不同龄期整体收缩平衡可控。
所述聚羧酸减水剂的固含量在50％或以上。
早期收缩经可控水化和羧基化的生石灰抵消部分早期收缩，而由亚烷基二醇降低水的表面张力带来的减缩效应可持续到一年以上，为长期翘曲与收缩控制提供保证。
普通的膨胀剂对混凝土、砂浆薄板的翘曲控制作用有限，而本发明的尺寸稳定剂，能够降低对普通砂浆(混凝土)板的翘曲38-80％，降低高强砂浆(混凝土)板的翘曲37-50％。
在掺加本发明的尺寸稳定剂重量比2％的混凝土中，在1天水养护后基本上处于收缩状态，但总收缩值(自收缩和干缩)降低40-79％。
实施例2
本发明实施例2提供一种尺寸稳定剂的制备方法，包括：
将生石灰颗粒与疏水剂以第一比例混合第一时间，形成第一混合浆液；
将所述第一混合浆液与亚烷基二醇以第二比例混合第二时间，形成第二混合浆液；
将所述第二混合浆液与减水剂以第三比例混合第三时间，即得。
其中，所述第一时间为0.5-3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h等，所述第二时间为0.5-3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h等，所述第三时间为0.5-3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h等。
其中，所述第一比例为重量比95﹕5到50﹕50，所述第二比例为重量比10﹕90到90﹕10，所述第三比例为重量比99.5﹕0.5到90﹕10。
本发明制备的尺寸稳定剂，与常用的膨胀剂粉剂产品不同，由于尺寸稳定剂为液体浆料，计量更精确、在混凝土中更容易分散均匀，可显著降低混凝土预制板，特别是大尺寸混凝土薄板翘曲、变形和开裂。
实施例3
在本发明实施例3中，给出一个具体的实例，并进一步提供该实例的应用比对实验。本实例中尺寸稳定剂组分为：
油酸丁酯﹕生石灰﹕2-甲基-2，4-戊二醇﹕聚羧酸减水剂(TS 50％)重量比例为30﹕20﹕47﹕3。
尺寸稳定剂掺量对翘曲的影响——普通砂浆。
普通砂浆参照配比MN-1(Ref)(空白，未掺加尺寸稳定剂)：硅酸盐水泥460kg/m3，水155kg/m3,聚羧酸高效减水剂(50％TS)掺量700ml/100kg水泥重量，消泡剂100g/100kg水泥重量，河砂(最大粒径2.38mm)1720kg/m3。
MN-2(尺寸稳定剂掺量1％)，配比同MN-1，但掺加尺寸稳定剂1000ml/100kg水泥重量。
MN-3(尺寸稳定剂掺量2％)，配比同MN-1，但掺加尺寸稳定剂2000ml/100kg水泥重量。
MN-4(尺寸稳定剂掺加3％CSA)，配比同MN-1，但掺加CSA膨胀剂型尺寸稳定剂3000ml/100kg水泥重量。
试验方法
制作1cm厚，10cm宽，100cm长的板条，水养护一天，取出干燥后，除一个迎面(宽10cm、长100cm的面)，其它面均涂防水硅胶。然后将板条置于湿度(40±3)％,温度(26±3)℃范围内的环境中，量测板条在1天、7天、14天、21天和28天的翘曲(中间最大挠度)。
如图1所示，掺加1％尺寸稳定剂的砂浆1天水养护后的翘曲与参照配比相比，降低38％到65％；掺加2％尺寸稳定剂的砂浆1天水养护后的翘曲与参照配比相比，降低49％到80％；掺加3％CSA膨胀剂的砂浆1天水养护后的翘曲与参照配比相比，无显著变化。
尺寸稳定剂掺量对翘曲的影响——高强砂浆
高强砂浆配比MH-1(Ref)(空白，未掺加尺寸稳定剂)：硅酸盐水泥730kg/m3，硅灰100kg/m3,水183kg/m3,聚羧酸高效减水剂(50％TS)1300ml/100kg水泥重量，石英砂(最大粒径2.38mm)1430kg/m3。
高强砂浆配比MH-2(尺寸稳定剂掺量2％)，配比同MH-1，但掺加尺寸稳定剂2000ml/100kg水泥重量。
试验方法
制作1cm厚，10cm宽，100cm长的板条，水养护一天，取出干燥后，除一个迎面(宽10cm、长100cm的面)，其它面均涂防水硅胶。然后将板条置于湿度(40±3)％,温度(26±3)℃范围内的环境中，量测板条在1天、7天、14天、21天和28天的翘曲(中间最大挠度)。
如图2所示，掺加2％尺寸稳定剂的高强砂浆1天水养护后的翘曲与参照配比相比，降低37％到50％。
尺寸稳定剂掺量对混凝土收缩的影响
高强混凝土配比CH-1：硅酸盐水泥620kg/m3，硅灰70kg/m3,水152kg/m3,粗骨料(最大粒径10mm)690kg/m3，石英砂(最大粒径2.38mm)760kg/m3，聚羧酸高效减水剂(50％TS)1200ml/100kg水泥重量。
高强混凝土配比CH-3(尺寸稳定剂掺量2％)，配比同CH-1，但掺加尺寸稳定剂2000ml/100kg水泥重量。
如图3所示，掺加2％尺寸稳定剂的混凝土1天水养护后的总收缩与参照配比相比，降低45％到79％。
混凝土收缩试验按照GB50080标准进行。
根据以上实验，能够得出：
尺寸稳定剂能够降低普通砂浆和高强砂浆的翘曲38-80％。
CSA膨胀剂对翘曲影响不大。
掺加尺寸稳定剂2％的砂浆(混凝土)板在水养护1天后，与未掺加尺寸稳定剂的板比较，板的翘曲降低38-80％。
掺加尺寸稳定剂2％的混凝土在水养护1天后，均处于收缩状态；尺寸稳定剂能够降低混凝土板收缩38-57％。
尺寸稳定剂在各个龄期内对翘曲和收缩提供平衡控制。
综上所述，本发明的尺寸稳定剂，通过疏水剂的堵塞毛细孔和疏水作用，控制毛细孔内的水分与外界交换，降低湿度梯度，降低翘曲。通过疏水剂控制生石灰的水化与羧化，抵消混凝土部分早期收缩。疏水剂与亚烷基二醇有叠加效应，能够舒缓干缩梯度，降低翘曲。生石灰经与疏水剂和亚烷基二醇液体均匀混合，在疏水剂液体有机环境下，导致生石灰和有机液体中的组分之间的化学反应，控制高活性膨胀性生石灰或CSA的水化作用，羧基化副产物或氢氧化钙，达到有效可控延迟水化，主要用来抵消部分混凝土早期收缩。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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