專利名稱：脂肪醇聚氧乙烯醚類聚合物及其作為混凝土減縮劑的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混凝土減縮劑領(lǐng)域，特別涉及一種能夠降低高強(qiáng)度、低水膠比混凝土的干燥收縮和自生收縮的混凝土減縮劑。
背景技術(shù)：
混凝土是土木工程中使用最為廣泛、用量最大的建筑材料之一。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，以及人類生產(chǎn)和生活活動(dòng)領(lǐng)域的不斷拓展帶來的新的要求，混凝土正在向高強(qiáng)度、高性能方向發(fā)展，目前我國高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程的最高強(qiáng)度等級已達(dá)C80，挪威和德國的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中最高強(qiáng)度等級則分別為C105和C115。但是混凝土存在一個(gè)很大的缺點(diǎn)就是抗拉強(qiáng)度低，在干燥環(huán)境下，混凝土收縮很容易導(dǎo)致開裂或出現(xiàn)裂紋等缺陷，尤其是對于高強(qiáng)和超高強(qiáng)混凝土而言，干燥收縮一般更大，且即便是在潮濕環(huán)境下，其內(nèi)部的自生收縮也可能導(dǎo)致其開裂。這些裂縫或者裂紋的出現(xiàn)，使混凝土的強(qiáng)度和耐久性顯著下降，從而降低了混凝土工程的實(shí)際使用壽命，甚至可能影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。
目前預(yù)防混凝土收縮開裂的主要措施大致有三類一是摻入纖維，二是摻入膨脹劑，三是摻入減縮劑。但是，摻入纖維實(shí)際上主要是增加混凝土的抗裂能力，難以降低混凝土收縮，且成本增加相對較高，施工難度增加；而摻入膨脹劑可以部分或全部補(bǔ)償混凝土的收縮，但對原材料組成和施工養(yǎng)護(hù)的要求較高，工程上曾經(jīng)出現(xiàn)過不摻膨脹劑混凝土不裂，而摻入膨脹劑混凝土反而開裂了事故；摻入減縮劑由于其操作方便、減縮效果顯著而日益獲得廣泛應(yīng)用。
我國于2005年公開了CN 1583648A、CN 1648098A、CN 1702087A三個(gè)混凝土減縮劑專利申請。CN 1583648A所述減縮劑由聚乙烯醇類化合物、脂肪族乙二醇醚、氫氧化烷基胺混合而成；CN 1648098A所述減縮劑由單元醇、多元醇和聚氧醚等多種有機(jī)物復(fù)合而成(未注明制備方法)；CN 1702087A所述減縮劑由丙烯酸或甲基丙烯酸、苯乙烯、引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、聚乙二醇和催化劑組成，經(jīng)聚合、脂化、中和反應(yīng)生成一種高分子量的、含聚氧化烯鏈的梳型聚合物。三種減縮劑對混凝土雖然都有減縮功能，但均未提及是否能有效降低低水膠比混凝土的干縮和自收縮。從公開的說明書看，CN1583648A中僅籠統(tǒng)的說明“加入減縮劑后，可使混凝土、砂漿及水泥凈漿的收縮降低60～80％”，而沒有介紹混凝土具體的配合比及有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；CN 1648098A的具體實(shí)施方式
中，減縮劑對混凝土干縮的影響和對混凝土自身體積變形的影響均以水膠比為0.375的混凝土進(jìn)行的試驗(yàn)；CN 1702087A的具體實(shí)施方式
中，給出的是水泥∶砂為1∶3、水灰比為0.6的砂漿試件的收縮數(shù)據(jù)。關(guān)于降低混凝土的干縮和自縮，工程實(shí)踐表明，水膠比越低，降低其收縮的難度越大。此外，從三類減縮劑使用的原材料或者制備工藝上看，減縮劑的成本均很高，目前在工程上廣泛應(yīng)用尚存在困難。再則，CN 1583648A、CN 1648098A所述混凝土減縮劑均為小分子量的有機(jī)化合物或混合物，常溫下為液態(tài)，易揮發(fā)，有些有機(jī)物可能本身有毒或有刺激性氣味，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致環(huán)境污染，影響工人的身體健康。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠大幅度降低混凝土，特別是高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度等級的低水膠比混凝土的干燥收縮和自生收縮的混凝土減縮劑，此種減縮劑不僅摻量少，而且成本較低。
本發(fā)明所述混凝土減縮劑是一種脂肪醇聚氧乙烯醚類聚合物，由C12～C18脂肪醇和環(huán)氧乙烷縮合反應(yīng)而成，結(jié)構(gòu)式為R-O-(CH2-CH2-O)n-X，其中R為C12～C18烷基，X為-CH2CH2OH或者-CH2CH3，n＝15～16。常溫下為白色或微黃色固體，60℃以上為膏狀物，易溶于水，質(zhì)量濃度大于0、小于或等于10％的水溶液在常溫下澄清透明，pH值6～7。
本發(fā)明所述混凝土減縮劑可以直接以固體粉末形式與混凝土原材料一起拌和，也可以先溶于拌和水中隨水一起摻入，效果基本一樣，與水一起摻入略好。在混凝土中使用所述減縮劑時(shí)，其摻量為混凝土中膠結(jié)材料重量的0.05％～1.2％，具體摻量視混凝土的收縮量和水膠比大小而定，水膠比高，則減縮劑的摻量取較低值，水膠比低，則減縮劑的摻量取較高值。對水膠比低于0.25、28天強(qiáng)度超過100MPa的混凝土，摻量為混凝土中膠結(jié)材料重量的0.5％～1％。
本發(fā)明所述混凝土減縮劑適用于硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和所有混合水泥及特種水泥，還可以與常用的減水劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑、膨脹劑、各種混凝土摻和料等混合使用。
本發(fā)明所述混凝土減縮劑的制備方法如下原材料C12～C18脂肪醇；環(huán)氧乙烷；酸；雙氧水；堿性催化劑。
生產(chǎn)工藝將環(huán)氧乙烷與C12～C18脂肪醇以重量比4∶1～6∶1的比例混合，然后加入燒堿類催化劑(催化劑的加入量為環(huán)氧乙烷重量的0.1％～0.2％)，在常壓、120℃～190℃下進(jìn)行縮合反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，用酸中和至pH值6～7，在70℃～80℃經(jīng)雙氧水漂白后即得產(chǎn)品。反應(yīng)式為 式中，R為C12～C18烷基，n＝16～17。
本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明所述減縮劑可以大幅度降低混凝土、砂漿及水泥凈漿的干燥收縮和自生收縮，對降低高強(qiáng)度、超高強(qiáng)等級的低水膠比混凝土的干燥收縮和自生收縮同樣具有優(yōu)良的效果(具體效果詳見實(shí)施例2)。
2、本發(fā)明所述減縮劑摻量少，僅為膠結(jié)材料重量的0.05％～1.2％。
3、使用方便，既可以直接以固體粉末形式與混凝土原材料一起拌和，也可以先溶于拌和水中隨水一起摻入。
4、制備本發(fā)明所述減縮劑的原材料品種較少、價(jià)格便宜，生產(chǎn)工藝非常簡單，因而生產(chǎn)成本非常低。
5、本發(fā)明所述減縮劑常溫下為固體，無毒無揮發(fā)性，有利于環(huán)境保護(hù)和操作人員的健康。
6、本發(fā)明所述減縮劑對混凝土堿度幾乎沒有影響，對鋼筋無腐蝕。


圖1是本發(fā)明所述減縮劑在低水膠比混凝土中不同摻量的干縮率曲線，表明了不同摻量減縮劑對低水膠比混凝土干縮的影響，其中，圖1(a)為52.5R普硅水泥混凝土的干縮率曲線，圖1(b)為42.5R普硅水泥混凝土的干縮率曲線；圖2是本發(fā)明所述減縮劑在低水膠比混凝土中不同摻量的自縮率曲線，表明了不同摻量減縮劑對低水膠比混凝土自縮的影響；圖3是本發(fā)明所述減縮劑與膨脹劑復(fù)合摻入低水膠比混凝土中的收縮率曲線，其中，圖3(a)為水養(yǎng)護(hù)3天的低水膠比混凝土的變形率曲線，圖3(b)為低水膠比混凝土的自縮率曲線，圖3(c)為低水膠比混凝土的干縮率曲線。
各圖中圖例上的數(shù)字為具體實(shí)施方式
部分表1中混凝土的編號。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一本實(shí)施例為減縮劑的制備，原料有C12～C18脂肪醇；環(huán)氧乙烷；醋酸；雙氧水；氫氧化鈉。制備工藝為將環(huán)氧乙烷與C12～C18脂肪醇以重量比5∶1的比例混合，然后加入催化劑氫氧化鈉，氫氧化鈉的加入量為環(huán)氧乙烷重量的0.15％，在常壓、170℃～180℃下進(jìn)行縮合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)左右，反應(yīng)完畢后，用醋酸中和至pH值7，在70℃經(jīng)雙氧水漂白后即得本發(fā)明所述的混凝土減縮劑。
實(shí)施例二本實(shí)施例為混凝土試驗(yàn)。
1、試驗(yàn)用混凝土原材料水泥——42.5R和52.5R普通硅酸鹽水泥；硅灰；高效減水劑，減水率25％以上；石灰?guī)r碎石粗集料，河砂，細(xì)度模數(shù)2.4；膨脹劑；減縮劑(按實(shí)施例1的方法制備)。
2、試驗(yàn)混凝土配合比試驗(yàn)采用混凝土的水膠比為0.18，減水劑摻量為膠結(jié)材料重量的2.5％，減縮劑摻量為膠結(jié)材料重量的0.5％～1.0％，共成型了8組混凝土試樣，具體的配合比如表1所示。.減縮劑以固體粉末形式與混凝土其它組分一起混合摻入。
表1 混凝土配合比

3、試驗(yàn)結(jié)果3.1減縮劑對混凝土干燥收縮的影響所用混凝土試樣的編號為1、2、3和4、5、6，編號為1、2、3的混凝土試樣為一組，該組摻用減縮劑的干縮試驗(yàn)結(jié)果如圖1(a)所示，編號為4、5、6的混凝土試樣為一組，該組摻用減縮劑的干縮試驗(yàn)結(jié)果如圖1(b)所示。圖1中所示結(jié)果為成型后即測量的收縮結(jié)果，包括試件靜停時(shí)在模具里的收縮和強(qiáng)度達(dá)3～5MPa時(shí)拆模后測量的干縮。試驗(yàn)表明，隨著減縮劑摻量的增加，混凝土干燥收縮減少。從圖1(a)可以看出，當(dāng)減縮劑摻量為1％時(shí)，對52.5R普硅水泥混凝土，3天干縮降低67.3％，干燥收縮率值減少875×10-6，6個(gè)月干縮降低51.9％，干燥收縮率值減少814×10-6；從圖1(b)可以看出，對42.5R普硅水泥混凝土，3天干縮降低60.5％，干燥收縮率值減少701×10-6，6個(gè)月干縮降低47.8％，干燥收縮率值減少713×10-6。兩組水泥干縮試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律完全一致，由此可見本發(fā)明所述減縮劑可以大幅度減少低水膠比混凝土的干燥收縮。
3.2減縮劑對混凝土自生收縮的影響所用混凝土試樣的編號為1、2、3，摻用減縮劑的自縮試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。圖2中所示結(jié)果為成型后即測量的自生收縮結(jié)果，包括試件靜停時(shí)在模具里的自生收縮和強(qiáng)度達(dá)3～5MPa時(shí)拆模后測量的自縮。圖2表明，隨著減縮劑摻量的增加，混凝土自生收縮減少。當(dāng)減縮劑摻量為1％時(shí)，3天自縮降低54.4％，自生收縮率值減少256×10-6；6個(gè)月收縮降低35.6％，自生收縮率值減少278×10-6。由此可見本發(fā)明所述減縮劑可以大幅度減少低水膠比混凝土的自生收縮。
3.3減縮劑與膨脹劑復(fù)合摻入的效果復(fù)合摻入減縮劑和膨脹劑的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。圖3中所示結(jié)果與前述試驗(yàn)一樣，為成型后即測量的混凝土變形結(jié)果。圖3(a)的混凝土試樣編號為4、7、8，該圖為成型室靜停至強(qiáng)度達(dá)3～5MPa時(shí)拆模，然后20±3℃水養(yǎng)護(hù)至齡期3天，最后在溫度20±3℃、濕度60±5％的恒溫恒濕室養(yǎng)護(hù)測量的變形；圖3(b)的混凝土試樣編號為4、5、7、8，該圖為自生收縮結(jié)果；圖3(c)的混凝土試樣編號為4、5、7、8，該圖為干燥收縮結(jié)果。由圖3可以看出(1)減縮劑可導(dǎo)致水養(yǎng)護(hù)試件微弱膨脹；(2)膨脹劑可以降低混凝土的6個(gè)月自生收縮，但3天前效果不明顯，減縮劑和膨脹劑復(fù)合，能夠進(jìn)一步降低自縮，但早期效果不如單摻減縮劑好；(3)膨脹劑對混凝土6個(gè)月干縮影響不大，但3天前干縮增加，減縮劑和膨脹劑復(fù)合，6個(gè)月干縮與單摻減縮劑幾乎沒有差別，但早期效果不如單摻減縮劑好。由此可見減縮劑對膨脹劑沒有不利影響，但在干燥環(huán)境下不如單摻減縮劑效果好。
權(quán)利要求
1.一種脂肪醇聚氧乙烯醚類聚合物，其特征是由C12～C18脂肪醇和環(huán)氧乙烷縮合反應(yīng)而成，結(jié)構(gòu)式為R-O-(CH2-CH2-O)n-X，其中R為C12～C18烷基，X為-CH2CH2OH或者-CH2CH3，n＝15～16。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脂肪醇聚氧乙烯醚類聚合物，其特征是常溫下為白色或微黃色固體，60℃以上為膏狀物，易溶于水，質(zhì)量濃度大于0、小于或等于10％的水溶液在常溫下澄清透明，pH值6～7。
3.權(quán)利要求1所述脂肪醇聚氧乙烯醚類聚合物作為混凝土減縮劑的應(yīng)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征是使用所述混凝土減縮劑時(shí)，摻量為混凝土中膠結(jié)材料重量的0.05％～1.2％，對于水膠比低于0.25、28天強(qiáng)度超過100MPa的混凝土，摻量為混凝土中膠結(jié)材料重量的0.5％～1％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的應(yīng)用，其特征是所述混凝土減縮劑以固體粉末形式或以水溶液形式摻入混凝土中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的應(yīng)用，其特征是所述混凝土減縮劑與減水劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑、膨脹劑、各種混凝土摻和料混合使用。
全文摘要
一種脂肪醇聚氧乙烯醚類高分子量的聚合物，結(jié)構(gòu)式為R－O－(CH
文檔編號C04B24/32GK1872772SQ20061002120
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月20日
發(fā)明者王勇威, 蒲心誠 申請人:四川大學(xué)