CN102276290B - 混凝土发泡剂及含有其的复合外加剂 - Google Patents

Abstract

提供一种混凝土发泡剂，其按重量份数包含：淀粉40-60，表面活性剂32-47，月桂醇3-8，羧甲基纤维素的碱金属盐2-5。该发泡剂泡沫稳定时间长、不易霉变且泡沫强度高，此外还优选具有不易受温度和pH等外部环境影响而变性的优点。进一步地，提供一种由该发泡剂与减水剂组成的复配水泥外加剂，该外加剂的使用能够提高水泥砂浆的流动度，提高硬化后水泥的强度。

Description

混凝土发泡剂及含有其的复合外加剂

技术领域

本发明涉及一种建筑材料添加剂，尤其涉及一种混凝土发泡剂及含有其的复合外加剂。

背景技术

混凝土材料现已成为全世界各种结构工程建设首选的建筑材料。作为世界上用量最大的建筑材料，加快施工速度和改善混凝土耐久性是把混凝土技术向前推进的两大驱动力。随着科技的发展和混凝土技术的进步，混凝土外加剂已经成为高性能混凝土材料不可缺少的重要组分。通过在混凝土中掺入少量的化学外加剂，可以改善混凝土的内部结构，优化混凝土中集料与水泥浆体的界面状态，提高混凝土性能。发泡剂又称为起泡剂，是能促进发生泡沫以形成闭孔或联孔结构的物质。将发泡剂引入混凝土，在混凝土内部产生微小密闭的均匀气泡，可形成质轻高强、隔热保温性能良好的泡沫混凝土。和普通混凝土不同，发泡剂引入的微小气泡在泡沫混凝土中类似滚珠轴承，帮助填充集料与胶凝材料之间的空隙，可以很好地提高混凝土的流动性和施工性；而大量泡沫的存在使得混凝土中的固相成分与气相形成相互交织的特殊结构，保证了其具有优良的抗冻隔热性能。泡沫混凝土中的泡沫形成如果细小，均匀的话，其相对于传统加气混凝土可以明显降低因应力集中而造成的开裂现象。

应用于泡沫混凝土中的发泡剂种类很多，目前主要有：表面活性剂类发泡剂，例如松香类发泡剂，动物蛋白类发泡剂和植物蛋白类发泡剂，此外还有，金属铝粉发泡剂、树脂皂类发泡剂和石油磺酸铝发泡剂等。各种发泡剂既有各自的优点，又存在各自的缺陷。松香类发泡剂是使用较早的一类发泡剂，是以松香和氢氧化钠等为主要原料，经过皂化反应制取的一种表面活性剂，其制造工艺简单，材料成本较低，但其发泡能力及泡沫强度较差。植物蛋白发泡剂是以天然高分子材料为原料，经一系列复杂的化学反应生成。这种发泡剂为淡黄色透明液体，溶于水，对硬水不敏感、无毒、无味，具有优异的发泡能力，泡沫丰富、细密。但是，由于原材料的质量不稳定，造成最终产品的发泡性能不稳定，只适用于较少的场合。目前，国内外广泛认可的是动物蛋白发泡剂。动物蛋白发泡剂是以动物角质蛋白为主要原料，加入一定量的氢氧化钠、盐酸、氯化镁等化学原料，加温溶解、稀释、过滤、高温缩水而成。质量合格的动物蛋白发泡量大、泡沫强度高，但是，其同时也具有泡沫不够稳定、容易霉变、易受温度和pH值等外部环境影响而变性的缺点。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的上述不足，提供了一种新型的混凝土发泡剂，该发泡剂泡沫稳定时间长、不易霉变且泡沫强度高，此外还优选具有不易受温度和pH等外部环境影响而变性的优点。进一步地，本发明提供一种由该发泡剂与减水剂组成的复配水泥外加剂，该外加剂的使用能够提高水泥砂浆的流动度，提高硬化后水泥的强度。

本发明的混凝土发泡剂按重量份数包含：淀粉40-60，表面活性剂32-47，月桂醇3-8，羧甲基纤维素的碱金属盐2-5。

优选地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

优选地，所述淀粉为α-淀粉，更优选为通过氢氧化钠糊化反应制备得到的改性α-木薯淀粉。

优选地，所述发泡剂按重量份数包含：淀粉50-55，十二烷基硫酸钠40-45 月桂醇3-5，羧甲基纤维素的碱金属盐2-3。

优选地，所述羧甲基纤维素的碱金属盐为羧甲基纤维素钠。

本发明的复配水泥外加剂包含上述混凝土发泡剂和减水剂。

优选地，所述减水剂为申请号为2011101204252的中国专利申请中所述的改性三聚氰胺减水剂。该减水剂中，各原料的重量份数为：苯酚35-50、尿素2.5-4、氨基苯磺酸盐10-20、甲醛20-30、三聚氰胺20-30、焦亚硫酸钠20-40、氢氧化钠0.4-1、三乙醇胺0.5-1.5、酸性催化剂0.1-0.5，余量的溶剂。优选地，所述溶剂为水，进一步优选地，所述溶剂的用量为前述原料总重量份数的0.8-1.5倍。

进一步优选地，所述改性三聚氰胺减水剂中，苯酚的重量份数为40-45；氨基苯磺酸盐的重量份数为12-15；甲醛的重量份数为22-26；尿素的重量份数为3-3.5；三聚氰胺的重量份数为22-25；焦亚硫酸钠的重量份数为25-30；氢氧化钠的重量份数为0.5-0.7；酸性催化剂的重量份数为0.2-0.4；三乙醇胺的重量份数为0.7-1.0；和/或溶剂的重量份数为85-90。

优选地，所述改性三聚氰胺减水剂的制备方法包括如下步骤：

一)、在室温下，将部分氢氧化钠、苯酚、氨基苯磺酸盐、甲醛、尿素、三聚氰胺和部分溶剂混合，升高温度至80～100℃，待物料由浑浊变清亮后继续保温10～50分钟，得混合物I；

二)、向混合物I中继续加入部分溶剂，焦亚硫酸钠和部分氢氧化钠，混合均匀，将温度升高至90～105℃，保温1～2小时，得混合物II；

三)、向混合物II中加入酸性催化剂和部分溶剂，混合均匀，25℃下恒温3～6小时，得混合物III；

四)、向混合物III中加入剩余氢氧化钠，剩余溶剂，以及三乙醇胺，混合均匀。

优选地，所述改性三聚氰胺减水剂的制备步骤包括：

一)、在室温下，向水溶剂中加入部分氢氧化钠水溶液，然后加入苯酚、氨基苯磺酸盐、甲醛水溶液，混合均匀后加入尿素和三聚氰胺，混合，升高温度至80～100℃，待物料由浑浊变清亮后继续保温10～50分钟，得混合物I；

二)、向混合物I中继续加入部分水溶剂、焦亚硫酸钠和部分氢氧化钠水溶液，混合均匀，将温度升高至90～105℃，保温1～2小时，得混合物II；

三)、向混合物II中加入98重量％的浓硫酸和部分水溶剂，混合均匀，25℃下恒温3～6小时，得混合物III；

四)、向混合物III中加入剩余氢氧化钠水溶液，以及三乙醇胺，混合均匀。

或者，本发明所述的减水剂为中国专利申请2011101204337中所述的苯酚改性脂肪族减水剂，其由下述原料按照下述重量份数制备而成：甲醛200-400，丙酮80-120，亚硫酸钠80-120或亚硫酸氢钠120-180，苯酚10-20，焦亚硫酸钠60-90，氢氧化钠1-2，对氨基苯磺酸钠20-35以及适量的水。

优选地，所述苯酚改性脂肪族减水剂中水的用量为400-600重量份，优选，400-500重量份。

优选地，所述苯酚的用量为12-16重量份。

本发明还提供一种上述苯酚改性脂肪族减水剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)A料的制备

使得苯酚、对氨基苯磺酸钠和甲醛在水中反应，得到A料；

(2)B料的制备

由水、丙酮、甲醛、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠和氢氧化钠制备得到B料；

(3)混合反应

将A料缓慢加入到B料中，保温反应，得到所述苯酚改性脂肪族减水剂。

优选地，所述B料的制备包括：

(i)将丙酮、甲醛和焦亚硫酸钠混合均匀，得物料B-1；

(ii)将水、亚硫酸钠、氢氧化钠和焦亚硫酸钠混合均匀，得物料B-2；

(iii)将物料B-2升温至45-55℃后，向其中滴加物料B-1，升高温度进行反应，得到B料。

优选地，所述A料的制备包括：将水、苯酚、对氨基苯磺酸钠混合均匀后，向混合液中滴加甲醛，控制甲醛的加入速度，使得反应体系的温度不超过105℃，滴加完毕后，保持温度在95-105℃反应2-3小时。

优选地，将物料B-1滴加到物料B-2中所用的时间为6-8小时。

优选地所述A料和B料在90-98℃下保温反应。

具体实施方式

实施例1

将NaOH溶液与α-木薯淀粉按照NaOH干重∶淀粉＝1∶10的比例混合，对所述淀粉进行糊化处理，得到糊化的α-木薯淀粉。

利用上述制得的糊化α-木薯淀粉按照下述配比制备混凝土发泡剂，具体方法为：

将50Kg的糊化α-木薯淀粉、40Kg的十二烷基硫酸钠、4Kg的月桂醇和2.5Kg的羧甲基纤维素钠混合，搅拌均匀。所得混凝土发泡剂按照0.5Kg发泡剂/1立方米水泥的用量用于拉法基水泥中，在75％的湿度条件下，30天未发现有长毛现象发生，同体积质量减轻40％，隔热能力提高大约5倍，而强度未发现有明显下降。

实施例2

将50Kg的未糊化α-木薯淀粉、40Kg的十二烷基硫酸钠、4Kg的月桂醇和2.5Kg的羧甲基纤维素钠混合，搅拌均匀。所得混凝土发泡剂按照0.5Kg发泡剂/1立方米水泥的用量用于拉法基水泥中，在75％的湿度条件下，15天未发现有长毛现象，30天发现有少量长毛现象，同体积质量减轻35％，隔热能力提高大约4.5倍，而强度未发现有明显下降。

对比例1

将50Kg的实施例1中制备的糊化α-木薯淀粉、40Kg的十二烷基硫酸钠、4Kg的月桂醇和2.5Kg的羟丙基甲基纤维素醚混合，搅拌均匀。所得混凝土发泡剂按照0.5Kg发泡剂/1立方米水泥的用量用于拉法基水泥中，在75％的湿度条件下，30天未发现有长毛现象发生，同体积质量减轻25％，隔热能力提高大约3倍，而强度未发现有明显下降。

对比例2

将30Kg的实施例1制备的糊化α-木薯淀粉、40Kg的十二烷基硫酸钠、4Kg的月桂醇和2.5Kg的羧甲基纤维素钠混合，搅拌均匀。所得混凝土发泡剂按照0.5Kg发泡剂/1立方米水泥的用量用于拉法基水泥中，在75％的湿度条件下，30天未发现有长毛现象发生，同体积质量减轻28％，隔热能力提高大约3倍，而强度未发现有明显下降。

实施例3

三聚氰胺减水剂的制备

在室温下，向600Kg水中加入浓度为10重量％的氢氧化钠水溶液14Kg，混合均匀，然后加入280Kg苯酚、860Kg氨基苯磺酸盐、4300Kg浓度为36重量％的甲醛水溶液，继续混合均匀后，加入220Kg尿素和1500Kg三聚氰胺，混合，升高温度至80～100℃，待物料由浑浊变清亮后继续保温10～50分钟，得混合物I；

二)、向混合物I中加入2000Kg水、1800Kg焦亚硫酸钠和90Kg浓度为20重量％的氢氧化钠水溶液，混合均匀，将温度升高至90～105℃，保温1～2小时，得混合物II；

三)、向混合物II中加入98重量％的浓硫酸20Kg，再加入30Kg水，混合均匀，25℃下恒温3小时，得混合物III；

四)、向混合物III中加入浓度为25重量％的80Kg氢氧化钠水溶液，以及50Kg三乙醇胺，混合均匀，冷却后即得到本发明的改性减水剂液体产品。

复配混凝土外加剂的制备

将实施例1中制备得到的混凝土发泡剂与上述制备的三聚氰胺减水剂按照1∶10的比例混合，得到所述的复配混凝土外加剂。将该外加剂加入到拉法基水泥中后，在75％的湿度条件下，30天未发现有长毛现象发生，同体积质量减轻40％，隔热能力提高大约5倍，而强度提高8％，流动度也略有提高。

实施例4

苯酚改性脂肪族减水剂的制备：

A料的制备：

将400Kg水、160Kg苯酚、295Kg对氨基苯磺酸钠投入1号反应釜中，混合均匀，升温至50℃，匀速滴加280Kg甲醛，控制滴加速度，使得反应体系温度不超过105℃，然后在98-105℃下反应2.5小时，得到A料备用。

B料的制备：

向容积为5000升的2号反应釜中加入1100Kg丙酮、3200Kg甲醛和440Kg焦亚硫酸钠，混合均匀，得物料B-1。

向容积为10000升3号反应釜中加入4300Kg水，1100Kg亚硫酸钠、13Kg氢氧化钠和390Kg焦亚硫酸钠，混合均匀，得到物料B-2。

将物料B-2的温度升高至50℃，开始滴加物料B-1，控制B-1的滴加速度，使得B-1滴加用时7小时，同时保持反应体系温度在50-55℃，滴加完毕后，升高温度至90-95℃，恒温反应2小时，得到B料。

混合反应

向B料中滴加A料，在90-94℃下，恒温反应2小时，即得苯酚改性脂肪族减水剂。

复配混凝土外加剂的制备

将实施例1中制备得到的混凝土发泡剂与上述制备的苯酚改性脂肪族减水剂按照1∶10的比例混合，得到所述的复配混凝土外加剂。将该外加剂加入到拉法基水泥中后，在75％的湿度条件下，30天未发现有长毛现象发生，同体积质量减轻41％，隔热能力提高大约5倍，而强度提高9％，流动度也略有提高。

Claims (8)

1.一种混凝土发泡剂，其按重量份数包含：淀粉40-60，表面活性剂32-47，月桂醇3-8，羧甲基纤维素的碱金属盐2-5，所述淀粉为α-木薯淀粉，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。 

2.权利要求1所述的混凝土发泡剂，其按重量份数包含：淀粉50-55，十二烷基硫酸钠40-45，月桂醇3-5，羧甲基纤维素的碱金属盐2-3。 

3.权利要求1-2任一项所述的混凝土发泡剂，其中所述α-木薯淀粉为通过氢氧化钠糊化反应制备得到的改性α-木薯淀粉。 

4.权利要求1-2任一项所述的混凝土发泡剂，其中所述羧甲基纤维素的碱金属盐为羧甲基纤维素钠。 

5.一种复配混凝土外加剂，其包含减水剂和权利要求1-4任一项所述的混凝土发泡剂。 

6.权利要求5所述的复配混凝土外加剂，其中所述减水剂为改性三聚氰胺减水剂或苯酚改性脂肪族减水剂。 

7.权利要求6所述的复配混凝土外加剂，其中所述改性三聚氰胺减水剂中，各原料的重量份数为：苯酚35-50、尿素2.5-4、氨基苯磺酸盐10-20、甲醛20-30、三聚氰胺20-30、焦亚硫酸钠20-40、氢氧化钠0.4-1、三乙醇胺0.5-1.5、酸性催化剂0.1-0.5，余量的溶剂，且所述溶剂的用量为前述原料总重量份数的0.8-1.5倍。 

8.权利要求6所述的复配混凝土外加剂，其中所述苯酚改性脂肪族减水剂由下述原料按照下述重量份数制备而成：甲醛200-400，丙酮80-120，亚硫酸钠80-120或亚硫酸氢钠120-180，苯酚10-20，焦亚硫酸钠60-90，氢氧化钠1-2，对氨基苯磺酸钠20-35以及适量的水，所述适量的水指400-600重量份。