海工混凝土的防腐外加剂及海工混凝土

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体来讲，涉及一种海工混凝土的防腐外加剂，以及具有该防腐外加剂的海工混凝土。

背景技术

海工混凝土也称海洋混凝土，是指在海洋环境中服役、受海水或海风侵扰的混凝土。海工混凝土由于经常性或周期性地与海水接触，受到海水或海洋大气(含有氯离子)的物理化学作用而遭受破坏，导致耐用年限大大缩短，因此海工混凝土除了需要满足设计强度和施工要求外，还应具备良好的抗渗性能、抗蚀性能、以及防止钢筋锈蚀的性能。

影响海工混凝土耐久性的主要原因是钢筋锈蚀作用和硫酸盐侵蚀作用，而钢筋锈蚀的主要诱因是海水中的氯离子。在浪溅潮差环境下，氯离子侵入混凝土到达钢筋表面，在干湿循环的作用下，钢筋表面氯离子浓度提升，最终破坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋锈蚀，造成混凝土表面出现胀裂剥蚀现象。

海工混凝土在设计时通常采用大掺量复合高活性矿物掺合料和高性能减水剂方式，或通过提升混凝土强度等级、增加保护层厚度以及表面涂刷防护涂层的方式来提升海工混凝土的耐久性，然而这些方法均未能从根本上抑制有害介质在混凝土内部的传输。因此从海工混凝土的耐腐蚀性能需求出发，开发海工混凝土防腐外加剂对海工混凝土耐久性提升具有重要的实际意义。

侵蚀介质抑制材料是一种复合型化学建材，在掺入混凝土后可以降低混凝土的吸水率、电通量和氯离子扩散系数，提高混凝土的耐久性。这种抑制侵蚀介质传输材料通常可分为脂肪酸盐、有机硅类和可再生聚合物粉末三个系列，其中脂肪酸盐类应用较广，但由于其自身能有效降低液体的表面张力，所以在强机械搅拌过程中极易产生大量气泡，继而影响施工操作。

综上，研发一种减少气泡产生的海工混凝土防腐外加剂是解决海工混凝土防腐剂使用问题的重要方向。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种海工混凝土的防腐外加剂，其在应用于海工混凝土时，具有不易起泡、施工便捷的优点，能够有效延长海工混凝土在恶劣环境下的服役寿命。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种海工混凝土的防腐外加剂，其包括下述按质量百分数混合的各组分：

其中，抗渗组分为结构简式为R

进一步地，所述纳米组分为纳米金属氧化物、纳米非金属氧化物、纳米金属中的至少一种。

进一步地，所述纳米组分选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米级镍粉、纳米氧化铜中的至少一种。

进一步地，所述消泡组分为磷酸酯类、醇类、酰胺类、有机硅类、聚醚类中的至少一种。

进一步地，所述消泡组分选自聚二甲基硅氧烷、二异丁基甲醇与聚二甲基硅氧烷、羧酸-N-烷基酰胺。

本发明的另一目的还在于提供了一种海工混凝土，其包括如上任一所述的防腐外加剂。

本发明的防腐外加剂，其一利用整体为疏水结构有机大分子，即两端的端基为亲油性的大分子饱和烷基，其中的酯键在混凝土碱性条件下发生水解，水解生成的带有大分子烷基的羧酸结构和氨基结构与水泥溶解生成的金属离子(如钙离子等)在电荷作用下形成新的疏水络合物，分布于混凝土的孔隙中，以起到抑制水分传输的作用，提高混凝土耐腐蚀效果；其二利用纳米组分促进水化成核，提升混凝土基体密实度；其三其中的消泡组分改善了此防腐外加剂的施工性能，同时细化混凝土内部孔隙结构，促进孔隙分布均匀。本发明提供的防腐外加剂在使用过程中不影响新拌混凝土状态及硬化混凝土强度，即具有该防腐外加剂的海工混凝土在收缩方面不存在负面影响，无异味，环境友好，施工便捷。具有前述防腐外加剂的海工混凝土的工作性不存在消极影响甚至有改善效果，且抗侵蚀能力和耐久性也得到了提高。

具体实施方式

以下，将来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

本发明基于现有技术中海工混凝土的防腐剂所存在的易于起泡、难以施工的问题，研发了一种新的海工混凝土的防腐外加剂。该防腐外加剂包括如下述表1所示的各组分。

表1防腐外加剂的组分

单位：wt％

表1中，抗渗组分为分子简式为R

上述大分子有机物通过将组分R

纳米组分选自纳米金属氧化物、纳米非金属氧化物、纳米金属中的至少一种，具体如纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米级镍粉、纳米氧化铜等中的至少一种。

进一步地，消泡组分选自磷酸酯类、醇类、酰胺类、有机硅类、聚醚类中的至少一种，如聚二甲基硅氧烷、二异丁基甲醇与聚二甲基硅氧烷、羧酸-N-烷基酰胺中的至少一种。

本发明的防腐外加剂，一方面利用分子式整体为疏水结构，即两端的端基为亲油性的大分子饱和烷基，其中的酯键在混凝土碱性条件下发生水解，水解生成的带有大分子烷基的羧酸结构和氨基结构与水泥溶解生成的金属离子(如钙离子等)在电荷作用下形成新的疏水络合物，分布于混凝土的孔隙中，以起到抑制水分传输的作用，提高混凝土耐腐蚀效果；另一方面利用纳米组分起到水化成核的作用，提升混凝土基体密实度。与此同时，其中的消泡组分改善了此防腐外加剂的施工性能，同时在应用时能够细化混凝土内部孔隙结构，促进孔隙均匀分布。该防腐外加剂在使用过程中不影响新拌混凝土状态及硬化混凝土强度，使得应用其的海工混凝土在收缩方面不存在负面影响，无异味，环境友好，施工便捷。

该防腐外加剂除了前述性能方面的优势外，其还具有制备方法简单的特点。仅需将相应的抗渗组分、纳米组分及消泡组分按对应的配比用量溶解于水中即可。一般来讲，纳米组分的配制方式可采用先行配制该纳米组分的水分散液，继而将该水分散液与抗渗组分、消泡组分溶于水中；优选地，可先行配制浓度为5％～30％(wt％)的纳米组分/水分散液。

具有本发明的前述防腐外加剂的海工混凝土具有优异的防腐效果，抗侵蚀能力和耐久性得到了提高，其工作性也不存在消极影响甚至在一定程度上有所改善，且应用过程起泡量可控，利于施工。

以下将通过具体的实施例来体现本发明的前述防腐外加剂的有益效果，为此，提供了多种防腐外加剂的组成，并将其应用于海工混凝土中。

表1示出了实施例1-11中不同配比组分的防腐外加剂的具体组分。

表1实施例1-11中防腐外加剂的组分

单位：wt％

表2示出了含有表1中各防腐外加剂的海工混凝土的组成，其基础组分此处不作特别限定，本领域技术人员参照现有技术即可。表2中所示海工混凝土为具有表1中11个实施例中的防腐外加剂的海工混凝土，各实施例中的海工混凝土基本组分相同，仅防腐外加剂的具体组分不同，表2中对于前述11个实施例不一一列出。

表2海工混凝土的组成

单位：kg/m

为了体现本发明中防腐外加剂的作用，以未含防腐外加剂的混凝土作为对照试验，该普通混凝土与前述实施例中海工混凝土的区别在于不含防腐外加剂，同时将相应的用量补充至水的用量处；即该普通混凝土中水的用量为154kg/m

与此同时，为了体现本发明的前述防腐外加剂中各组分的作用，以缺少其中一组分获得的防腐剂作为对照试验，如表3所示；并按照上述表2所示的海工混凝土的组分分别获得了对比海工混凝土。

表3对比例1-3中对比防腐剂的组分

单位：wt％

对实施例1-11中获得的各海工混凝土、普通混凝土，以及对比例1-3中获得的各对比海工混凝土分别测试了含气量、吸水率和28d抗压强度，如表4所示。

表4海工混凝土、普通混凝土及对比海工混凝土的性能测试

海工混凝土的工作性通过混凝土坍落度来表征，坍落度处于合适的范围内越大，表明工作性越好；防腐性能主要通过其硬化后的混凝土吸水率来表征，吸水率越高，代表防腐性能越差；而含气量则表明了在应用过程中的起泡程度，含气量越大，则代表起泡越多，越不利于施工操作。

通过对比表4中普通混凝土与实施例1-11中海工混凝土的各数据，可以看出，其一，上述11个实施例中海工混凝土的坍落度相比于普通混凝土均有所改善，表明本发明的前述防腐外加剂对应用其的海工混凝土的工作性没有负面作用甚至会改善工作性；其二，本发明的前述防腐外加剂能够改善混凝土含气量、具有较好的抗腐蚀性能及力学性能。而通过对比对比例1-3中对比海工混凝土及实施例1-11中海工混凝土的各数据，可以看出，前述防腐外加剂中各成分均不可或缺，否则将导致防腐性能下降、使用过程易于起泡或抗压强度下降等不利后果，可见该防腐外加剂中三种组分在海工混凝土中相同协作，提升海工混凝土的耐腐蚀性能及工作性能。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。