[发明专利]超高强混凝土外加剂及其制备方法、超高强混凝土

说明书

本发明提供了一种超高强混凝土外加剂及其制备方法、超高强混凝土，该超高强混凝土外加剂，用于添加在含有低热水泥的胶凝材料中，按重量份计，该外加剂的制备原料包括：55‑65份可聚合的阳离子单体，300‑320份不饱和聚醚单体，5.5‑6.5份可聚合表面活性组分，2.3‑3.0份引发剂，1.5‑3.0份链转移剂。本发明的超高强混凝土外加剂既可以对水泥颗粒进行有效分散，提高混凝土初期工作性能，避免后期严重泌水；又可以降低固‑液界面的润湿角，以使骨料与水泥浆体充分粘接，提高混凝土强度。

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种超高强混凝土外加剂及其制备方法，同时本发明还涉及一种超高强混凝土。

背景技术

混凝土是当前世界上应用最大宗的建筑工程材料，它是由胶凝材料（如煤灰、水泥等），颗粒状集料（也称为骨料），水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。目前混凝土主要有以下几类：普通混凝土，高性能混凝土，超高强混凝土，多功能混凝土与低碳技术的绿色混凝土。其中，超高强混凝土的强度均大于100MPa。超高强混凝土具有以下优点：①可以大大缩小建筑结构中柱子的尺寸；②可以增加建筑结构中梁的跨度，增大可利用空间；③建筑工程耐久性提高，氯离子扩散系数甚低，抗硫酸盐腐蚀性强，抗磨损性好。所以超高强混凝土完全可以取代钢材用于结构中，而且具有比钢结构更高的耐久性。但是制备超高强混凝土的原料，尤其是外加剂则有较高的要求。

首先，超高强混凝土通常使用很低的水胶比（水和胶凝材料的比值，一般小于0.22%），这样低的水胶比下采用普通硅酸盐水泥配制混凝土会使混凝土工作性差，不能密实成型，造成内部结构缺陷，导致混凝土强度降低。所以常选用C3A（铝酸三钙）和C3S（硅酸三钙）含量低，C2S（硅酸二钙）含量高的水泥，如低热硅酸盐水泥（低热水泥），这样可以降低水泥水化热，降低单位混凝土的需水量，即在降低水胶比的情况下，降低混凝土粘度，提升混凝土施工性能。低热硅酸盐水泥的水化热低，3d、7d水化热比普通水泥低15%-20%，而且水化放热平缓，峰值温度低。其早期强度较低，但后期强度增进率大，28d强度相当于与硅酸盐水泥相当，3-6个月龄期强度高于普通硅酸盐水泥10-20MPa。绝热温升比普通硅酸盐水泥混凝土低35℃，由于低热硅酸盐水泥的水化速度慢，水化放热小，因此硬化混凝土的自收缩小，不易造成开裂，不劣化混凝土后期强度。所以低热水泥特别适合水工大体积混凝土、高强高性能混凝土工程应用。

而普通硅酸盐水泥中含有C2S、C3S、C3A和C4AF（铁铝酸四钙），其中C2S和C3S的表面带负电荷，而C3A和C4AF表面带正电荷，拌合混凝土时常用的减水剂都是阴离子型的，比如萘磺酸盐减水剂，氨基磺酸盐减水剂，聚羧酸减水剂等。减水剂的基团带负电荷，基于静电学正负电荷相互吸引的原理，其可以吸附在带正电荷的C3A和C4AF表面上，工业中形象地称之为能够锚固于水泥颗粒表面，所以减水剂的阴离子也称为锚固基团。减水剂锚固基团的空间位阻可以更容易对水泥颗粒进行有效分散，提升拌合时的工作性能。

由于超高强混凝土通常采用含有表面负电荷的C2S的低热水泥，常用的减水剂不能吸附在C2S表面上，因此常用的减水剂不能锚固于低热水泥的表面，也就不能利用减水剂的空间位阻对水泥颗粒进行有效分散，造成混凝土初期工作性能低，后期严重泌水的情况。

其次，由于水泥粒子的尺寸为数十微米，粒型不规则，表面有棱角，水泥粒子间的空隙率高，自由水填补空隙后，不足以支持混合料的拌合流动性，造成用混凝土初期工作性能低，使混凝土的硬化强度偏低。因此通常情况下，还需要加入较细的硅微粉（粒径小于1微米）对空隙进行紧密填充，以减小水泥粒子粉体间的空隙。骨料与水泥浆体的粘接力还与润湿角有关，润湿角越小，越容易润湿，粘接力越大，粘接强度越大。所以在填补水泥粒子空隙的同时，还需降低固-液界面的润湿角，以使骨料与水泥浆体充分粘接。