一种具有减水及防腐功能的混凝土外加剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种具有减水及防腐功能的混凝土外加剂及其制备方法 (Concrete admixture with water reducing and corrosion preventing functions and preparation method thereof ) 是由 冯鹏 王赢 陈春超 李明远 范舟 刘寅莹 宋倩 于 2021-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种具有减水及防腐功能的混凝土外加剂及其制备方法,该混凝土外加剂包括以下组分及各组分的质量份为：减水剂50～70份、阻锈剂30～50份。本发明主要应用于沿海建筑工程钢筋混凝土中,其质量稳定,性能优良,与各种水泥相容性较好,2h坍落度基本无损失,采用本品配制的混凝土表面无泌水,色差小、无大气泡,外观质量好；采用本品浇筑的腐蚀环境下钢筋混凝土,其能显著缓解氯离子对钢筋钝化膜的破坏,提高抗氯离子侵蚀能力,提升沿海腐蚀环境钢筋混凝土的耐久性。(The invention provides a concrete admixture with water reducing and corrosion preventing functions and a preparation method thereof, wherein the concrete admixture comprises the following components in parts by mass: 50-70 parts of water reducing agent and 30-50 parts of rust inhibitor. The invention is mainly applied to coastal building engineering reinforced concrete, has stable quality, excellent performance, better compatibility with various cements, basically no loss of slump in 2h, no bleeding on the surface of the concrete prepared by the product, small color difference, no large bubbles and good appearance quality; the reinforced concrete poured by the product in the corrosive environment can remarkably relieve the damage of chloride ions to a reinforcing steel bar passive film, improve the resistance to chloride ion corrosion and improve the durability of the reinforced concrete in the coastal corrosive environment.)
技术领域
本发明涉及一种工程材料及其制备方法，具体涉及一种具有减水及防腐功能的混凝土外加剂及其制备方法。
背景技术
沿海地区地形复杂，温差和湿度变化范围较大。沿海滩涂面积大，且包含晒盐池、海水养殖池等高盐碱水域；同样也包含农田、淡水养殖池等低盐碱土地和水域。依据《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476-2008)中环境作用等级划分方法，以环境水中氯离子浓度为判据，沿海地区环境作用等级整体达到中等III-C级和严重III-D级，少数通海河水、海边滩涂达到极端严重等级III-F级。钢筋混凝土受海水中氯离子侵蚀产生钢筋锈胀破坏问题是海洋工程结构耐久性设计的关键。
沿海地区早期已建工程，在服役时期内，普遍出现砼胀裂、脱落、钢筋锈蚀甚至锈断等严重损坏现象，这主要是对钢筋混凝土中氯离子防护不到位造成的。最近调查表明，江苏沿海水闸钢筋混凝土结构，混凝土顺筋开裂非常严重。提高沿海建筑物质量、延长工程服役年限、减少维修重建费用是沿海钢筋混凝土建筑物可持续发展的关键。而现阶段沿海地区浇筑的钢筋混凝土使用的外加剂，多为单一的只具备减水功能的混凝土减水剂，防止钢筋锈蚀方面性能不足，因此，针对目前沿海大开发钢筋混凝土的用量增加，钢筋混凝土建筑物防腐蚀还存在的诸多问题，以及针对这些问题的解决措施的不足，在提高沿海钢筋混凝土质量方面，还有许多工作要做。
发明内容
针对当前沿海地区以氯盐腐蚀为主的环境，钢筋混凝土容易因盐碱腐蚀而发生破坏，同时，现阶段混凝土用减水剂功能单一，无防腐蚀性能，本发明的目的是提供一种具有减水、防腐蚀作用的混凝土外加剂及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种具有减水及防腐功能的混凝土外加剂，包括以下组分及各组分的质量份为：减水剂50～70份、阻锈剂30～50份。
优选地，所述减水剂按质量份计包括以下成分：水35～40份、甲基烯丙基磺酸钠2～6份、聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯15～20份、丙烯酸8～12份、丙烯酸羟丙酯2～6份、2-巯基丙酸0.1～0.3份、巯基乙醇0.2～0.5份、质量分数5％的过硫酸铵溶液5～10份、质量分数30％的氢氧化钠溶液6～25份。
优选地，所述减水剂按质量份计包括以下成分：水38～40份、甲基烯丙基磺酸钠4～5份、聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯16～20份、丙烯酸10～11份、丙烯酸羟丙酯3～5份、2-巯基丙酸0.1～0.2份、巯基乙醇0.2～0.4份、质量分数5％的过硫酸铵溶液6～9份、质量分数30％的氢氧化钠溶液10～20份。
优选地，所述减水剂是通过下面的方法制得的：
1)安装搅拌器、温度计、通气管道、反应釜；
2)在反应釜中加入水、甲基烯丙基磺酸钠，在搅拌、充氮条件下升温至60℃；
3)温度恒定后，持续搅拌，按顺序加入聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、2-巯基丙酸、巯基乙醇、质量分数5％的过硫酸铵溶液；
4)在60℃恒温下保温4-6h，使反应完全，反应结束后，静置冷却；
5)溶液冷却后，加入质量分数30％的氢氧化钠溶液，调节pH值至7.0，制得减水剂。
优选地，所述阻锈剂按质量份计包括以下成分：水75～85份、钼酸钠1～5份、二乙烯三胺3～6份、丙烯基硫脲0.5～1份、1，4-丁炔二醇1～3份、单氟磷酸钠3～8份、质量分数30％的氢氧化钠溶液1～20份。
优选地，所述阻锈剂按质量份计包括以下成分：上述所述的阻锈剂，优化方案中按质量份计含有以下成分：水78～82份、钼酸钠3～4份、二乙烯三胺4～5份、丙烯基硫脲0.5～0.8份、1，4-丁炔二醇1.5～2.5份、单氟磷酸钠4～6份、质量分数30％的氢氧化钠溶液1～10份。
优选地，所述阻锈剂是通过下面的方法制得的：
1)将水加入反应釜中，升温至40℃，加入钼酸钠、二乙烯三胺、丙烯基硫脲，持续搅拌，加热升温至70℃，恒温2h；
2)加入1，4-丁炔二醇、单氟磷酸钠，持续搅拌，在70℃下恒温1.5～3h；
3)再用质量分数30％的氢氧化钠调节pH值至7.0～8.0，冷却至常温，即得阻锈剂。
本发明还提供上述的一种具有减水及防腐功能的混凝土外加剂的制备方法，包括：把所述的减水剂50～70份、阻锈剂30～50份放在反应釜内，再持续不断的搅拌0.5～1h，静置3h，得所述的混凝土外加剂。
与现有技术相比，本发明提供的是一种复合的混凝土外加剂，具有减水与防腐蚀双重功能，具有以下有益效果：
1.主要应用于沿海钢筋混凝土建筑物，其质量稳定，性能优良；
2.与各种水泥相容性较好，减水剂分子是呈梳状聚合物，使得其中水泥颗粒之间形成更加稳定的空间位阻，提高了减水剂流动度保持性，2h坍落度基本无损失；
3.采用本品配制的混凝土表面无泌水，色差小、无大气泡，外观质量好；
4.采用本品浇筑的腐蚀环境下钢筋混凝土，其能显著缓解氯离子对钢筋钝化膜的破坏，提高抗氯离子侵蚀能力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
1.减水剂的制备
1)称取水38份、甲基烯丙基磺酸钠5份、聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯16份、丙烯酸10份、丙烯酸羟丙酯6份、2-巯基丙酸0.2份、巯基乙醇0.4份、质量分数5％的过硫酸铵溶液9份、质量分数的30％氢氧化钠溶液15.4份。
2)把称量好的水、甲基烯丙基磺酸钠加入反应釜中，在搅拌、充氮条件下缓慢升温至60℃；
3)温度恒定后，持续搅拌，按顺序加入称量好的聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、2-巯基丙酸、巯基乙醇、质量分数5％的过硫酸铵溶液；
4)在60℃恒温下保温4.5h，使反应完全，反应结束后，静置冷却；
5)溶液冷却后，加入质量分数30％的氢氧化钠溶液，调节pH值至8.0，制得减水剂。
2.阻锈剂的制备
1)称取水78份、钼酸钠4份、二乙烯三胺4份、丙烯基硫脲0.6份、1，4-丁炔二醇2份、单氟磷酸钠5份、质量分数30％的氢氧化钠溶液6.4份。
2)将水加入反应釜中，升温至40℃，缓慢加入称量好的钼酸钠、二乙烯三胺、丙烯基硫脲，持续搅拌，加热升温至加热升温至70℃，恒温2h；
3)加入称量好的1，4-丁炔二醇、单氟磷酸钠，持续搅拌，在70℃下恒温2h；
4)再用质量分数30％的氢氧化钠调节pH值至8.0，冷却至常温，即得阻锈剂。
3.防腐蚀功能型减水剂的制备
把上述所述的减水剂称量65份，阻锈剂称量35份放在反应釜内，在持续不断的搅拌1h，静置3h，得所述发明材料。
4.试验性能
(1).依据《混凝土外加剂》(GB8076-2008)和《水工混凝土试验规程》(SL/T352-2020)对本发明书中所述外加剂进行性能测试，试验结果如下表所示：
表1混凝土外加剂性能测试结果
实施例2
1.减水剂的制备
1)称取水40份、甲基烯丙基磺酸钠4份、聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯18份、丙烯酸10份、丙烯酸羟丙酯5份、2-巯基丙酸0.1份、巯基乙醇0.4份、质量分数5％的过硫酸铵溶液8份、质量分数30％的氢氧化钠溶液14.5份。
2)把称量好的水、甲基烯丙基磺酸钠加入反应釜中，在搅拌、充氮条件下缓慢升温至60℃；
3)温度恒定后，持续搅拌，按顺序加入称量好的聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、2-巯基丙酸、巯基乙醇、质量分数5％的过硫酸铵溶液；
4)在60℃恒温下保温5.5h，使反应完全，反应结束后，静置冷却；
5)溶液冷却后，加入质量分数30％的氢氧化钠溶液，调节pH值至7.0左右，制得减水剂。
2.阻锈剂的制备
1)称取水80份、钼酸钠3份、二乙烯三胺4份、丙烯基硫脲0.6份、1，4-丁炔二醇2份、单氟磷酸钠5份、质量分数30％的氢氧化钠溶液5.4份。
2)将水加入反应釜中，升温至40℃，缓慢加入称量好的钼酸钠、二乙烯三胺、丙烯基硫脲，持续搅拌，加热升温至加热升温至70℃，恒温2h；
3)加入称量好的1，4-丁炔二醇、单氟磷酸钠，持续搅拌，在70℃下恒温3h；
4)再用质量分数30％的氢氧化钠调节pH值至7.0～8.0，冷却至常温，即得阻锈剂。
3.防腐蚀功能型减水剂的制备
把上述所述的减水剂称量60份，阻锈剂称量40份放在反应釜内，在持续不断的搅拌1h，静置3h，得所述发明材料。
4.试验性能
(1).依据《混凝土外加剂》(GB8076-2008)和《水工混凝土试验规程》(SL/T352-2020)对本发明书中所述外加剂进行性能测试，试验结果如下表所示：
表2混凝土外加剂性能测试结果
实施例3
1.减水剂的制备
1)称取水36份、甲基烯丙基磺酸钠4份、聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯20份、丙烯酸12份、丙烯酸羟丙酯5份、2-巯基丙酸0.1份、巯基乙醇0.4份、质量分数5％的过硫酸铵溶液7份、质量分数30％的氢氧化钠溶液15.5份。
2)把称量好的水、甲基烯丙基磺酸钠加入反应釜中，在搅拌、充氮条件下缓慢升温至60℃；
3)温度恒定后，持续搅拌，按顺序加入称量好的聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、2-巯基丙酸、巯基乙醇、质量分数5％的过硫酸铵溶液；
4)在60℃恒温下保温5.5h，使反应完全，反应结束后，静置冷却；
5)溶液冷却后，加入质量分数30％的氢氧化钠溶液，调节pH值至7.0左右，制得减水剂。
2.阻锈剂的制备
1)称取水76份、钼酸钠5份、二乙烯三胺4份、丙烯基硫脲0.6份、1，4-丁炔二醇2份、单氟磷酸钠5份、30％氢氧化钠溶液7.4份。
2)将水加入反应釜中，升温至40℃，缓慢加入称量好的钼酸钠、二乙烯三胺、丙烯基硫脲，持续搅拌，加热升温至加热升温至70℃，恒温2h；
3)加入称量好的1，4-丁炔二醇、单氟磷酸钠，持续搅拌，在70℃下恒温3h；
4)再用质量分数30％的氢氧化钠调节pH值至7.0～8.0，冷却至常温，即得阻锈剂。
3.防腐蚀功能型减水剂的制备
把上述所述的减水剂称量50份，阻锈剂称量50份放在反应釜内，在持续不断的搅拌1h，静置3h，得所述发明材料。
4.试验性能
(1).依据《混凝土外加剂》(GB8076-2008)和《水工混凝土试验规程》(SL/T352-2020)对本发明书中所述外加剂进行性能测试，试验结果如下表所示：
表3混凝土外加剂性能测试结果
实施例4
1.减水剂的制备
1)称取水39份、甲基烯丙基磺酸钠5份、聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯16份、丙烯酸12份、丙烯酸羟丙酯5份、2-巯基丙酸0.1份、巯基乙醇0.4份、质量分数5％的过硫酸铵溶液6.5份、质量分数30％的氢氧化钠溶液16份。
2)把称量好的水、甲基烯丙基磺酸钠加入反应釜中，在搅拌、充氮条件下缓慢升温至60℃；
3)温度恒定后，持续搅拌，按顺序加入称量好的聚氧化乙烯基单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、2-巯基丙酸、巯基乙醇、质量分数5％的过硫酸铵溶液；
4)在60℃恒温下保温5.5h，使反应完全，反应结束后，静置冷却；
5)溶液冷却后，加入质量分数30％的氢氧化钠溶液，调节pH值至7.0，制得减水剂。
2.阻锈剂的制备
1)称取水78份、钼酸钠4份、二乙烯三胺6份、丙烯基硫脲0.6份、1，4-丁炔二醇2份、单氟磷酸钠6份、质量分数30％的氢氧化钠溶液7.4份。
2)将水加入反应釜中，升温至40℃，缓慢加入称量好的钼酸钠、二乙烯三胺、丙烯基硫脲，持续搅拌，加热升温至加热升温至70℃，恒温2h；
3)加入称量好的1，4-丁炔二醇、单氟磷酸钠，持续搅拌，在70℃下恒温3h；
4)再用质量分数30％的氢氧化钠调节pH值至7.0～8.0，冷却至常温，即得阻锈剂。
3.防腐蚀功能型减水剂的制备
把上述所述的减水剂称量55份，阻锈剂称量45份放在反应釜内，在持续不断的搅拌1h，静置3h，得所述发明材料。
4.试验性能
(1).依据《混凝土外加剂》(GB8076-2008)和《水工混凝土试验规程》(SL/T352-2020)对本发明书中所述外加剂进行性能测试，试验结果如下表所示：
表4混凝土外加剂性能测试结果
数据分析：表1到表4中，是在混凝土中掺入不同量的混凝土外加剂，混凝土的拌和性能、力学性能、防腐蚀性能测试结果。其中每个表的第1行，是外加剂掺量为0时混凝土的不同性能，也即基准组。
当外加剂掺量为零时，混凝土的减水率、抗压强度比为对比数据，外加剂的掺量增加到1.0％左右时，混凝土的减水率提高到15％～20％之间，2小时坍落度损失也显著减小，抗压强度比提升了1.4倍左右，说明发明中所述的外加剂具有显著的减水功能与保坍功能，对混凝土强度提升作用明显。
外加剂的掺量增加到1.5％以上时，混凝土的减水率提高到25％左右，2小时坍落度损失为0,对混凝土拌和性能提升明显，抗压强度比提升了1.6倍左右，说明发明中所述的外加剂具有显著的减水功能与保坍功能，对混凝土强度提升作用明显。
按《水工混凝土试验规程》(SL/T352-2020)中“混凝土钢筋腐蚀快速试验”方法，对掺入发明中所述外加剂的混凝土耐腐蚀性能进行测试，试验结果显示，基准组外加剂掺量为0，钢筋混凝土在经历两个干湿循环后，钢筋即发生锈蚀，而当混凝土中掺入本发明所述的外加剂后，混凝土在经历10个干湿循环后，混凝土中钢筋无任何锈蚀，说明外加剂中的阻锈成份作用明显，在盐碱地区使用，可显著降低钢筋锈蚀风险。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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