一种混凝土引气剂以及使用这种引气剂的混凝土配方

摘要

本发明涉及到一种混凝土引气剂以及使用这种引气剂的混凝土配方，包括水泥、砂、碎石、粉煤灰、矿粉、水、泵送剂、阻锈剂、矿物掺和料和起泡剂，起泡剂包括组份A、组份B和组份C；本方案中采用的各类原材料均符合环境友好理念，其中的物质如矿粉、粉煤灰和矿物掺和料均为废弃料，属于废物利用，资源的合理化应用；组份B和组份C能在水溶液体系中反应生成醇类化合物，醇类化合物再与组份A反应生成酯类化合物，酯是一种较好的表面活性剂，能够改变液体的表面张力，从而在溶液中形成若干均匀的气泡。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土外加剂，特别涉及一种混凝土引气剂以及使用这种引气剂的混凝土配方。

背景技术

混凝土引气剂可以有效改善混凝土的和易性，降低沁水性能，同时大大改善混凝土的抗冻抗渗性能，适合于机场、港工及道桥等重要工程混凝土结构，对于严寒地区撤除冰盐的混凝土公路、桥梁尤其重要；此外，这些混凝土的配置中常常采用粉煤灰做为活性掺和剂，以改善新拌混凝土的和易性，并降低大体积混凝土的温缩开裂趋势，但应用发现，部分烧失量较高的粉煤灰因含有未燃烧碳粒，常常降低引气剂的引气效果。

在商品混凝土中，添加在其中的引气剂，可显著提高塑性混凝土和硬化混凝土的各项性能，而且还能降低外加剂和混凝土的成本；具有优良性能的引气剂是我国混凝土研究应用的必然趋势。

引气剂基本上都属于银离子表面活性剂，其分子结构由憎水基团和亲水基团组成，亲水基团在分子溶于水解离后因释放出阳离子二待正电荷；即便不加引气剂，混凝土在搅拌过程中也会裹入一定量的气泡，但是在加入引气剂之后，水泥-水-空气的体系中，引气剂分子很快能吸附在各相界面上，在水泥-水界面上，形成憎水基指向水泥颗粒，而亲水基指向水的单分子(或多分子)定向吸附膜；在气泡膜(水-气界面)上，形成憎水基指向空气，而亲水基指向水的定向吸附层；由于表面活性剂的吸附作用，大大降低了整体体系的自由能，使得在搅拌过程中，容易引入小气泡。

发明内容

本发明的目的是提供一种混凝土引气剂，使混凝土中呈现均匀的气泡。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种混凝土引气剂，包括组份A、组份B和组份C，

组份A为包含羧基的化合物

组份B为包含酮类化合物的物质

组份C为RMgX

其中，R为有机基团，X为Cl、Br、I。

通过采用上述技术方案，现有技术中的引气剂大多机理都是采用含有羧基和羟基的化合物混合，在一定的条件下反应生成酯和水，其中水可用作混凝土稀释剂，不影响混凝土的性能，混凝土在制作和运送的过程中会一直搅拌，由于酯类物质降低了水的表面张力，所以在搅拌过程中会产生大量的气泡；但是随着混凝土的长时间搅拌，与空气的接触面积增大，其中的化学物质挥发，待运送至浇筑地点后，其中的酯、酸或醇含量减少，使加入至其中的起泡剂无法起到原有的作用效果。RMgX能与有机化合物中的酮、醛等发生加成反应，经水解后形成醇，此水解反应极为迅速；因此，在使用过程中，将A组份和B组份投入至混凝土中随之搅拌，酸和酮中的官能团均是亲水基团，若分子链较短时能与水完全互溶，若分子链较长时，其中的分子链团缩将亲水基露在外部，烷基分子链团缩在内部；随着混凝土的搅拌，组份A和组份B均匀的分散在混凝土体系中，待运送至指定地点之后，将组份C导入至混凝土体系中，组份B与组份C以及水反应生成醇，生成的醇与组份A发生酯化反应，生成的酯改变水表面张力，从而使混凝土体系中产生的大量的气泡；再投入组份C之前，组份A和组份B已经在混凝土体系中呈均匀分布，所以产生的气泡也是均匀的分布在混凝土体系中，保证由这种混凝土浇注成型的桥梁、路面中各处结构强度基本相同，也可避免组份B和组份C之间的反应过于激烈。

作为优选，还包括有机溶剂和十二烷基磺酸钠。

通过采用上述技术方案，将组份A和组份B预先加入至有机溶剂中，根据相似相溶原理，有机酸、酮均可以溶于有机溶剂中，使组份A和组份B在有机溶剂中分散均匀再加入至混凝土体系中；也可将组份A、组份B和组份C同时加入至有机溶剂中，由于有机溶剂中没有游离氢离子，所以组份B和组份C反应之后生成的物质不会发生水解，无法与组份A反应生成酯；当运送至指定地点之后，将溶解有组份A、组份B和组份C的有机溶解倒入至混凝土体系中即可；十二烷基磺酸钠是一种常见的表面活性剂，可与生成的酯类化合物协同作用，助于起泡。

作为优选，所述组份C为CH₃MgCl。

通过采用上述技术方案，X为Br或I时，得到有机镁化合物性质极为活泼，导致反应较为激烈；X为Cl时，有机镁化合物性质较温和，与组份B发生的反应也较为温和。

作为优选，所述组份B为PhCOCH₃。

通过采用上述技术方案，组份B与组份C的反应方程式如下：

PhCOCH₃与组份C反应后水解生成的物质主要包括以上两种，这两种分子上都连接有羟基，能与组份A发生酯化反应；生成的物质中，羟基为亲水基，Ph(芳香烃)为亲油基化合物，也可作为一种较好的表面活性剂。

作为优选，所述组份A为松香。

通过采用上述技术方案，松香分子上含有两个羧基，且松香分子上的两个羧基相聚较远，空阻较小，均能与组份B、组份C水解后生成的醇类物质发生反应；组份B和组份C水解后生成的其中一种物质为邻二醇，若干个邻二醇和若干个松香分子相互反应能生成环状物质，对水的表面张力作用效果更强，气泡效果更好。

作为优选，组份A、组份B和组份C以重量计：

组份A 松香10-15份

组份B PhCOCH₃>

组份C CH₃MgCl>

通过采用上述技术方案，混凝土内部环境为碱性，混凝土内部的钢筋能在碱性环境中生成一层致密的钝化膜，钝化膜能对钢筋起到保护作用；组份B和组份C反应摩尔比大约为3:1，换算成重量份，平均每5千克的组份B能与1千克的组份C反应生成醇，生成的醇继续与组份A一起发生酯化反应，由于酯化反应为可逆反应，过量的醇可以促使反应向生成酯的一方移动，将组份A中的酸全部消耗，避免组份A中的酸破坏混凝土内部的碱性环境。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种混凝土配方，以各组分的重量份数计，包括以下组份：

引气剂为权利要求1-5任意一条所述的混凝土引气剂。

通过采用上述技术方案，石子作为混凝土骨料之一，用于提高混凝土中的结构强度，稀释剂采用水，水润湿石子之后，减小石子之间的摩擦力，使混凝土在搅拌过程中，混合的更加均匀；水泥、粉煤灰与水混合之后可用为胶黏剂，将石子粘黏在一起，粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝组织，且珠壁具有多孔结构，孔隙率高达50％-80％，具有极强的吸水性，混凝土表面的水下渗吸附在粉煤灰中，当温度较高时，其中的水分提前蒸发，降低混凝土表面的温度，避免混凝土表面温度过高而导致开裂；其中，粉煤灰是煤燃烧后收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固定废物，是我国排量较大的工业废渣之一，将粉煤灰掺入至混凝土中，对混凝土性能起到良好提升的同时，也是对固体废弃物的废物利用；矿物掺和料是为了改善混凝土性能，节约用水，调节混凝土强度等级的粉状矿物质，如沸石粉、硅灰、石灰石、磨细石英砂等材料；矿粉是矿石粉碎加工后的产物，能与粉煤灰协同增加混凝土性能；泵送剂是一种改善混凝土泵送性能的外加剂，具有卓越的减水增强效果和缓凝保塑性能；加入至混凝土体系中的引气剂能有效改善混凝土拌合物的和易性，保水性和粘聚性，提高混凝土流动性。

作为优选，还包括5-10份纳米陶瓷微孔材料和3-5份水性环氧树酯颗粒。

通过采用上述技术方案，纳米陶瓷微孔材料和水性环氧树酯中均为透水性材质，表面有多个毛细孔，可供水通过；添加在混凝土体系中的纳米陶瓷材料能提高混凝土的结构强度，水性环氧树酯颗粒具有一定的弹性，混入中其中的微橡胶颗粒能发生形变释放弹性势能，当车辆行驶在路面上时，向下对路面施加压力时，填充在其中的橡胶颗粒发生轻微形变，将车辆向下施加的作用力向周围分散，减小混凝土表面某一处的压强，避免因压强过大而致使混凝土路面表面产生裂缝。车辆在大雨天行驶在路面上时，将轮胎前方的水分产生较大的压力，将其压入至混凝土路面中，之后随着车辆离开，产生向上的吸力，将压入至混凝土中的水分向上吸出，水分在一进一出的过程中，容易将混凝土路面中的沙、粉煤灰等带出，或减小相互之间的胶黏力；弹性橡胶颗粒和高分子纤维一齐对混凝土路面产生缓冲作用，减小车辆施加在混凝土道路中的压力。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种混凝土制备方法，包括以下步骤：

S1：称取相应分量的水泥、砂、碎石均匀混合，形成第一混合物；

S2：称取相应分量的粉煤灰、矿粉、泵送剂、阻锈剂、矿物掺和料，将其均匀的混合进第一混合物中形成第二混合物；

S3：称取相应分量的稀释剂，将其混合进第二混合物中形成第三混合物；

S4：称取引气剂中的A组份和B组份，将其均匀的混合进第三混合物中形成第四混合物；

S5：称取引气剂中的C组份，将其均匀的混合进第四混合物中。

通过采用上述技术方案，预先称取水泥、砂和碎石，并均匀混合，再称取粉煤灰、矿粉、泵送剂、阻锈剂、矿物掺和料等混合进其中；砂和碎石等混凝土骨料质量较大，颗粒较重，搅拌动作较大，而矿粉等外加剂颗粒较小，若将其与混凝土骨料一齐混合进行搅拌，矿粉等物质可能在搅拌的过程中扬起并散落至外；加入至其中的稀释剂减小混凝土骨料之间的摩擦力，便于搅拌其次也可避免粉末状的外加剂向外飞出；之后将引气剂中的A组份和B组份混入进混凝土骨料中，并随之搅拌，使组份A和组份B均匀的分散在混凝土体系中；最后待使用时，将组份C导入，组份C和组份B反应后生成的物质水解形成醇类化合物与组份A进行酯化反应，改变液体的表面张力，从而在混凝土内部生成大量气泡。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本方案中采用的各类原材料均符合环境友好理念，其中的物质如矿粉、粉煤灰和矿物掺和料均为废弃料，属于废物利用，资源的合理化应用；

2.组份B和组份C能在水溶液体系中反应生成醇类化合物，醇类化合物再与组份A反应生成酯类化合物，酯是一种较好的表面活性剂，能够改变液体的表面张力，从而在溶液中形成若干均匀的气泡。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1：

先称取100份水泥、140份砂、240份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取15份粉煤灰、18份矿粉、1.5份泵送剂、2.5份阻锈剂、1.0份矿物掺和料、5份纳米陶瓷微孔材料和3份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的0.74份A组份和0.22份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.03份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

实施例2：

先称取100份水泥、140份砂、240份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取15份粉煤灰、18份矿粉、1.5份泵送剂、2.5份阻锈剂、1.0份矿物掺和料、5份纳米陶瓷微孔材料和3份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的0.67份A组份和0.27份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.05份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

实施例3：

先称取100份水泥、140份砂、240份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取15份粉煤灰、18份矿粉、1.5份泵送剂、2.5份阻锈剂、1.0份矿物掺和料、5份纳米陶瓷微孔材料和3份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的0.69份A组份和0.26份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.04份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

实施例4：

先称取150份水泥、180份砂、260份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取22份粉煤灰、25份矿粉、2.0份泵送剂、3.5份阻锈剂、1.5份矿物掺和料、10份纳米陶瓷微孔材料和5份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的1.3份A组份和0.396份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.054份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

实施例5：

先称取150份水泥、180份砂、260份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取22份粉煤灰、25份矿粉、2.0份泵送剂、3.5份阻锈剂、1.5份矿物掺和料、10份纳米陶瓷微孔材料和5份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的1.206份A组份和0.486份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.097份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

实施例6：

先称取150份水泥、180份砂、260份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取22份粉煤灰、25份矿粉、2.0份泵送剂、3.5份阻锈剂、1.5份矿物掺和料、10份纳米陶瓷微孔材料和5份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的1.224份A组份和0.468份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.072份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

实施例7：

先称取130份水泥、160份砂、250份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取18份粉煤灰、22份矿粉、1.8份泵送剂、3.0份阻锈剂、1.3份矿物掺和料、8份纳米陶瓷微孔材料和4份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的1.11份A组份和0.33份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.045份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

实施例8：

先称取130份水泥、160份砂、250份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取18份粉煤灰、22份矿粉、1.8份泵送剂、3.0份阻锈剂、1.3份矿物掺和料、8份纳米陶瓷微孔材料和4份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的1.005份A组份和0.405份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.075份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

实施例9：

先称取130份水泥、160份砂、250份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取18份粉煤灰、22份矿粉、1.8份泵送剂、3.0份阻锈剂、1.3份矿物掺和料、8份纳米陶瓷微孔材料和4份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的1.035份A组份和0.39份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.06份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

实施例10：

先称取100份水泥、168份砂、251份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取17份粉煤灰、20份矿粉、1.7份泵送剂、2.0份阻锈剂、1.0份矿物掺和料、8份纳米陶瓷微孔材料和3.5份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的1.18份A组份和0.45份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.078份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

实施例11：

先称取100份水泥、168份砂、251份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取17份粉煤灰、20份矿粉、1.7份泵送剂、2.0份阻锈剂、1.0份矿物掺和料、8份纳米陶瓷微孔材料和3.5份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的1.18份A组份和0.45份B组份，组份A为松香，组份B为混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌。

实施例12：

先称取100份水泥、168份砂、251份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取17份粉煤灰、20份矿粉、1.7份泵送剂、2.0份阻锈剂、1.0份矿物掺和料、8份纳米陶瓷微孔材料和3.5份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的1.18份A组份，组份A为松香，混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌。

实施例13：

先称取100份水泥、168份砂、251份碎石倒入至干净容器形成第一混合物，再称取17份粉煤灰、20份矿粉、1.7份泵送剂、2.0份阻锈剂、1.0份矿物掺和料、8份纳米陶瓷微孔材料和3.5份水性环氧树脂颗粒与第一混合物混合后形成第二混合物，再称取40份稀释剂，本实施例中稀释剂采用水；再称取引气剂中的1.18份A组份，组份A为松香，混入其中形成第四混合物；将以上物质充分搅拌，再称取0.078份组份C投入进第四混合物中，组份C为CH₃MgCl。

将实施例1-13制备得到的混凝土浇筑成2m×2m×0.25m的方体，保证基础参数相同，进行下一步的测量；测量混凝土块的抗压强度(MPa)和劈裂强度(MPa)记录在表抗压强度和劈裂强度均通过压力试验机进行，本实验中采用SYE-2000型压力试验机)；

表1：

抗压强度(MPa)劈裂强度(MPa)实施例129.152.78实施例228.752.65实施例328.652.89实施例428.652.77实施例529.122.90实施例630.322.72实施例730.122.52实施例830.582.97实施例929.252.61实施例1029.252.48实施例1128.702.78实施例1228.222.55实施例1328.132.56

根据表1可得结论：这种加入引气剂的混凝土与未加入引气剂的混凝土相比，承压能力和劈裂能力没有显著变化，符合标准；

之后向待测混凝土块上均匀缓慢的浇水，观察混凝土块的透水性，将观测到的现象记录在表2，浇水过后5min和30min后测量混凝土块前后的质量变化同样记录在表2；

表2：

根据表2可得结论：加入引气剂且使引气剂正常作用时，混凝土块中透水均匀，即混凝土内部孔隙均匀，所以透水较快；且浇水过后，残存在混凝土块中的水量较少，常规混凝土中透水较慢，残存在其中的水分需要花费较长的时间流走。