CN103359969A - 保水抗冻增强剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种砂浆外加剂及其制备方法；具体而言，本发明公开了一种保水抗冻增强剂，其由以下重量含量的成分组成：丝光沸石粉18~22%、十二烷基苯磺酸钠2.2~2.8%、葡萄糖酸钠2.2~2.8%、三聚磷酸钠1.7~2.3%、萘系高效减水剂 18~22%、聚乙烯醇2.7~3.3%、脲醛树脂2.7~3.3%、活性二氧化硅 1.2~1.8%、氢氧化铝1.2~1.8%、硅灰 18~22%、羟丙基甲基纤维素醚 9~11%、麦芽糊精 4.5~5.5%、无水硫酸钠4.5~5.5%、非离子型聚丙烯酰胺 2.7~3.3%和聚丙烯纤维 0.4~0.6%。在砂浆中添加该保水抗冻增强剂能提高砂浆的各项质量指标。

Description

保水抗冻增强剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种砂浆外加剂，特别是一种保水抗冻增强剂及其制备方法。

背景技术

建筑用普通砌筑砂浆、抹灰砂浆和地面砂浆，一直以来均在建筑工地采用水泥、黄砂和水进行现场搅拌。由这种形式拌制而成的不同强度等级要求的各种砂浆，由于从业人员的业务素质不高、质量意识薄弱、计量偏差较大，因而造成质量不可控制，砂浆通病（空鼓、开裂、粉化、泛碱）难治。

2007年6月6日，商务部、建筑部、公安部、交通部、国家质检总局、环保总局联合发文，限期在全国范围内禁止建筑用砂浆现场搅拌，推广由“工厂化、标准化、商品化、产业化”生产的预拌砂浆，拉开了全面禁现的序幕。由各地政府行业管理部门申报的禁现城市，前后三批共计100多个。预拌砂浆经五年多的推广，在全国各大中城市得到了普遍应用。建筑工地施工过程中出现的扬尘污染、噪音污染得到了较好的抑制，建筑用砂浆质量也有了较大的提高。

预拌普通砌筑砂浆、抹灰砂浆、地面砂浆生产中，除采用水泥、黄砂外，还加了掺合料（粉煤灰、矿渣微粉、沸石粉等）以减少水泥熟料的用量，在确保砂浆品质的前提下，降低砂浆材料成本，减少水泥生产过程中排放的二氧化碳，以达到节能减排的目的。

然而，为了改善低水泥用量的各种砂浆性能，除了必须做好水泥用量、黄砂用量的标准配合比外，还必须添加具有增稠、保水、增强、抗裂、抗冻等多种性能的砂浆外加剂，以满足建筑工程在不同气候、不同施工条件下对砂浆质量的各项要求。

五年多来，预拌普通砌筑、抹灰、地面砂浆所用的外加剂，以羟丙基甲基纤维素醚（有机材料）、稠化粉（主要成份为钠基膨润土、无机材料）为主。这两种材料都具有较大的体积吸水率，能吸附较多的水分进入砂浆体内，以达到湿拌砂浆所需的增稠、保水要求。但是羟丙基甲基纤维素醚和稠化粉相同的缺陷也对砂浆的抗压强度造成了较大的损害，使用成本同样居高不下。

调研表明，华北、东北、华南、西南和西北地区主要采用羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）作为砂浆的增稠保水材料，华东地区（特别是江苏、浙江、上海）则多采用稠化粉（主要成份为95-97%的膨润土加3-5%的二水石膏粉复合而成）作为砂浆的增稠保水材料。这两种材料在大量被采用的同时，其客观存在的性能缺陷和有害副作用也显露无遗。

缺陷一：HPMC和稠化粉的高倍吸水性，使砂浆拌和用需水量增大，砂浆初凝前的塑性收缩和硬化后的干燥收缩变大，形成硬化（固化）砂浆因收缩而变形开裂。

缺陷二：HPMC和稠化粉的不耐高温性，使湿拌砂浆在夏季（35℃以上）高温室外施工环境下不能长效保水（1小时水分挥发损失30%左右，2小时损失70%左右，3小时损失达90%以上），导致砂浆因水泥失水、不能充分水化而造成强度降低。（多数砂浆生产企业为了弥补由此造成的砂浆后期抗压强度损失，只能通过增加水泥用量进行补强。既增加了生产成本，又与节能、低碳的产业政策相悖。）

缺陷三：HPMC（1万-20万粘度）的大分子量，使保水率趋高的同时，黏稠度也大幅提高，使得砂浆和易性变差；稠化粉固有的遇水膨胀湿润性能，在砂浆保水性能提高的同时，大幅度增加了砂浆的黏稠度，也使得砂浆的和易性能（触变流动性）变差，施工效率严重下降。（而如采用1万粘度以下的低粘性HPMC或中低吸水率的钙基膨润土，则又不能满足湿拌砂浆88%以上保水率的最低要求）。

缺陷四：HPMC常为低掺量（砂浆质量的0.05%左右），稠化粉则是高掺量（砂浆质量的2.0-2.5%），这两种材料在砂浆中的外加剂使用成本均在每吨15-20元之间，使得砂浆生产成本压力增加，无利于预拌砂浆低价化、优质化普及推广。

除了上述缺陷外，砂浆中存在的四个重要问题，也是HPMC和稠化粉因不具备相应功能而无法解决的。

问题一：HPMC和稠化粉黏稠度大，而却无助于提高砂浆与墙材、地面基面的粘结性能，使得砂浆与墙、地面屡屡产生空鼓、起壳。严重时，还导致外墙外保温系统和外墙涂料、外墙面砖装饰层因粘结不牢固而剥落，形成建筑物使用安全隐患。

问题二：HPMC和稠化粉使得硬化砂浆体积干缩变大而降低了抗开裂性能。

问题三：HPMC和稠化粉均为可逆性亲水材料（失水成膜、板结，遇水皂化、膨胀），砂浆在失水、吸水，周而复始的干湿循环过程中，因其反复发生干缩、湿胀而使体积和结构不稳定，造成耐候耐久性下降。

问题四：HPMC和稠化粉应用于钙质砂（高含氧化钙的河砂、江砂、山砂）为主要细骨料（通常用量为每吨砂浆800公斤上下）的预拌普通砂浆时，不具有碱吸附性、不能抑制砂浆中的碱骨料反应、不能遏制砂浆在低温高湿环境中发生泛碱现象（水泥水化过程中，游离钙离子遇水生成氢氧化钙，高浓度的氢氧化钙遭遇空气中的二氧化碳时，发生化学反应生成碳酸钙晶体析出），严重影响砂浆及建筑物的使用寿命。

其外，我国大约2/3的地区冬季进行施工时，所用的砌筑、抹灰、地面砂浆均必须符合相关标准规定的抗冻性能要求。采用HPMC和稠化粉生产的普通预拌砂浆，需另外添加尿素类或工业盐（氯化钠）类的抗冻剂以满足砂浆的抗冻性能。而尿素释放氨气、工业盐释放氯离子，二者对砂浆的耐久性均具有极大的危害（相关部门严格限制该两类外加剂的使用），并且额外增加每吨约4-6元的砂浆添加剂成本，既不安全又不经济。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种保水抗冻增强剂及其制备方法，在砂浆中添加该保水抗冻增强剂能提高砂浆的各项质量指标且能降低生产成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种保水抗冻增强剂，其由以下重量含量的成分组成：

丝光沸石粉18~22%、十二烷基苯磺酸钠2.2~2.8%、葡萄糖酸钠2.2~2.8%、三聚磷酸钠1.7~2.3%、萘系高效减水剂 18~22%、聚乙烯醇2.7~3.3%、脲醛树脂2.7~3.3%、活性二氧化硅 1.2~1.8%、氢氧化铝1.2~1.8%、硅灰 18~22%、羟丙基甲基纤维素醚 9~11%、麦芽糊精 4.5~5.5%、无水硫酸钠4.5~5.5%、非离子型聚丙烯酰胺 2.7~3.3%和聚丙烯纤维（长度为5-6mm） 0.4~0.6%。

作为本发明的保水抗冻增强剂的改进：丝光沸石粉为至少200目细度的沸石粉状物； 硅灰为5000目的硅灰。

作为本发明的保水抗冻增强剂的改进，其由以下重量含量的成分组成：

丝光沸石粉20%、十二烷基苯磺酸钠2.5%、葡萄糖酸钠2.5%、三聚磷酸钠2%、萘系高效减水剂 20%、聚乙烯醇3%、脲醛树脂3%、活性二氧化硅1.5%、氢氧化铝1.5%、硅灰 20%、羟丙基甲基纤维素醚10%、麦芽糊精 5.5%、无水硫酸钠5%、非离子型聚丙烯酰胺 3%和聚丙烯纤维0.5%。

本发明还同时提供了上述保水抗冻增强剂的制备方法，包括以下步骤：

1）、丝光沸石粉于100~120℃进行高温焙烧脱水后（直至丝光沸石粉为恒重，一般3~5分钟即可），加入十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠和三聚磷酸钠进行预混改性，得改性沸石粉；

备注说明：丝光沸石粉高温焙烧脱水后，直接趁热加入（无需保温）十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠和三聚磷酸钠进行预混改性，直至上述4种成分均匀混合即可（即，预混时间一般为5~10分钟）；

2）、将改性沸石粉排入无重力犁刀式混合机中，然后加入萘系高效减水剂、聚乙烯醇、脲醛树脂、活性二氧化硅、氢氧化铝、硅灰、羟丙基甲基纤维素醚、麦芽糊精、无水硫酸钠、非离子型聚丙烯酰胺和聚丙烯纤维在常温下进行均匀混合直至无聚团，得保水抗冻增强剂。

常温是指5~30℃。

在本发明中，所有的成分均能通过市购的方式获得，例如：

丝光沸石粉可购自金华益生宜居建材科技有限公司；

萘系高效减水剂是经化工合成的非引气型高效减水剂，化学名称萘磺酸盐甲醛缩合物，可购自浙江合力外加剂有限公司；

活性二氧化硅，可购自杭州更化化工有限公司；

硅灰也叫微硅粉或称凝聚硅灰，英文为Microsilica or Silica fume；可购自贵州铁合金材料有限公司；

麦芽糊精可购自浙江德清三富食品有限公司；

聚丙烯纤维可购自江苏射阳强力纤维制造有限公司。

本发明针对预拌砂浆客观存在的材质问题和目前HPMC和稠化粉在砂浆中应用存在的功能缺陷，从而研制、开发出具有根治砂浆质量通病的高性能砂浆外加剂---保水抗冻增强剂，以确保预拌砂浆质量的稳定性和砂浆成本的合理性，促进预拌砂浆产业健康发展。

采用本发明的保水抗冻增强剂，具有如下优点：

1、同等灰砂比例的条件下，采用本发明的保水抗冻增强剂比采用HPMC和稠化粉的两组配比砂浆，28d强度提高30%左右，同比每吨砂浆可节约水泥用量20kg。

2、同等灰砂比的条件下，采用本发明的保水抗冻增强剂比采用HPMC和稠化粉的两组配比砂浆的抗开裂性能提高60%以上。

3、同等灰砂比的条件下，采用本发明的保水抗冻增强剂比采用HPMC和稠化粉的两组配比砂浆的2h稠度损失更小。

4、同等灰砂比的条件下，采用本发明的保水抗冻增强剂比采用HPMC和稠化粉的两组配比砂浆的抗冻效果十分显著。

综上所述，本发明的保水抗冻增强剂，应予全面推广应用，并可节约大量水泥、减少二氧化碳排放，在确保砂浆质量的前提下降低砂浆成本，有利于预拌砂浆的普及推广。

具体实施方式

实施例1、一种保水抗冻增强剂，由以下重量含量的成分组成：

丝光沸石粉（200目以上丝光沸石粉状物）20%、十二烷基苯磺酸钠2.5%、葡萄糖酸钠2.5%、三聚磷酸钠2%、萘系高效减水剂 20%、聚乙烯醇3%、脲醛树脂3%、活性二氧化硅1.5%、氢氧化铝1.5%、5000目的硅灰 20%、羟丙基甲基纤维素醚10%、麦芽糊精 5.5%、无水硫酸钠5%、非离子型聚丙烯酰胺 3%和长度为5-6mm聚丙烯纤维0.5%。

其制备方法具体为依次进行如下步骤：

1）、丝光沸石粉在加热容器内加热至100~120℃（从而实现高温焙烧脱水）后，加入十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠和三聚磷酸钠进行预混改性得改性沸石粉；

上述4种成分均匀混合即可；

2）、将改性沸石粉投入无重力犁刀式混合机中，然后加入萘系高效减水剂、聚乙烯醇、脲醛树脂、活性二氧化硅、氢氧化铝、硅灰、羟丙基甲基纤维素醚、麦芽糊精、无水硫酸钠、非离子型聚丙烯酰胺和聚丙烯纤维在常温下进行均匀混合直至无聚团，得保水抗冻增强剂。

实施例2、一种保水抗冻增强剂，由以下重量含量的成分组成：

丝光沸石粉（细度200目的丝光沸石粉状物）22%、十二烷基苯磺酸钠2.2%、葡萄糖酸钠2.8%、三聚磷酸钠1.7%、萘系高效减水剂 18.6%、聚乙烯醇3.3%、脲醛树脂3.3%、活性二氧化硅1.2%、氢氧化铝1.2%、5000目的硅灰 22%、羟丙基甲基纤维素醚9%、麦芽糊精 4.5%、无水硫酸钠4.5%、非离子型聚丙烯酰胺 3.3%和聚丙烯纤维 0.4%。

其制备方法同实施例1。

实施例3、一种保水抗冻增强剂，由以下重量含量的成分组成：

丝光沸石粉（200目的丝光沸石粉状物）18%、十二烷基苯磺酸钠2.8%、葡萄糖酸钠2.2%、三聚磷酸钠2.3%、萘系高效减水剂 22%、聚乙烯醇2.7%、脲醛树脂2.7%、活性二氧化硅1.8%、氢氧化铝1.8%、5000目的硅灰 18.4%、羟丙基甲基纤维素醚11%、麦芽糊精 5.5%、无水硫酸钠5.5%、非离子型聚丙烯酰胺 2.7%和聚丙烯纤维 0.6%。

其制备方法同实施例1。

对比例1、一种保水抗冻增强剂，其成分与含量完全同实施例1。

将其制备方法改成为：

丝光沸石粉在加热容器内加热至100-120℃后排入无重力犁刀式混合机，再加入十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠、萘系高效减水剂、聚乙烯醇、脲醛树脂、活性二氧化硅、氢氧化铝、硅灰、羟丙基甲基纤维素醚、麦芽糊精、无水硫酸钠、非离子型聚丙烯酰胺进行预混，再加入聚丙烯纤维在常温下进行均匀混合直至无聚团，得保水抗冻增强剂。

对比例2、将实施例1中的脲醛树脂的含量由3%改成0%，将丝光沸石粉的含量由20%改成23%，其余同实施例1。

对比例3、将实施例1中的脲醛树脂的含量由3%改成6%，将丝光沸石粉的含量由20%改成17%，其余同实施例1。

对比例4、将实施例1中的麦芽糊精的含量由5.5%改成0%，将丝光沸石粉的含量由20%改成25.5%，其余同实施例1。

对比例5、将实施例1中的麦芽糊精的含量由5.5%改成10%，将丝光沸石粉的含量由20%改成15.5%，其余同实施例1。

对比例6、将实施例1中的非离子型聚丙烯酰胺的含量由3%改成0%，将丝光沸石粉的含量由20%改成23%，其余同实施例1。

对比例7、将实施例1中的非离子型聚丙烯酰胺的含量由3%改成6%，将丝光沸石粉的含量由20%改成17%，其余同实施例1。

为了验证本发明保水抗冻增强剂的性能，发明人对上述保水抗冻增强剂与现有的HPMC和稠化粉进行了对比试验（以DPM7.5抹灰砂浆相同水泥用量配合比为例），具体如下：

一、试验用原材料及外加剂

1、水泥：海螺牌PO42.5水泥

2、粉煤灰：金华热电厂Ⅱ级粉煤灰

3、河砂：粒径小于4.75mm的河砂

4、外加剂（任选其一）：

a、市售7万粘度HPMC 掺量为砂浆质量的0.05%；

b、市售稠化粉        掺量为砂浆质量的2.0%；

c、保水抗冻增强剂 （任选实施例1~实施例3、对比例1~对比例7中的之一）   掺量为砂浆质量的0.10%；

5、水；

二、实验

本实验以DPM7.5抹灰砂浆配比为基准配比，进行同条件对比实验，实验配比见表1：（单位：kg/吨），拌和用水量为DPM7.5抹灰砂浆质量的15~16.3%。

备注说明：上述砂浆质量是指水泥、粉煤灰、河砂的质量；市售稠化粉，实际生产时可等量替代粉煤灰，因此也计入砂浆质量的范畴内。

表1

NO	水泥	粉煤灰	河砂	HPMC	稠化粉	保水抗冻增强剂
							1	130	80	790	0.5	---	---
2	130	60	790	---	20	---
							3	130	80	790	---	---	1.0 （实施例1所得）
4	130	80	790	---	---	1.0（实施例2所得）
							5	130	80	790	---	---	1.0（实施例3所得）
6	130	80	790	---	---	1.0（对比例1所得）
							7	130	80	790	---	---	1.0（对比例2所得）
8	130	80	790	---	---	1.0（对比例3所得）
							9	130	80	790	---	---	1.0（对比例4所得）
10	130	80	790	---	---	1.0（对比例5所得）
							11	130	80	790	---	---	1.0（对比例6所得）
12	130	80	790	---	---	1.0（对比例7所得）

实验1、实验主要按GB/T25181-2010《预拌砂浆》标准要求，在标准养护箱内养护至28d龄期，实验结果见表2：

表2

实验2：为了进一步检测采用HPMC、稠化粉和保水抗冻增强剂在砂浆中的碱吸附性能，实验2仍按实验1的DPM7.5抹灰砂浆配合比为基准配比，进行同条件对比实验，实验结果见表3：

表3

从表3 的检测结果可以看出，保水抗冻增强剂具有吸附游离碱的作用，可以降低游离碱的含量，从而抑制碱集料反应，防止砂浆泛碱。

三、分析

本实验结果中，采用HPMC和稠化粉的砂浆配比，其缺陷在于两种外加剂对砂浆抗压强度的损伤。如果降低HPMC和稠化粉的掺量，则湿砂浆保水性能不达标。在HPMC和稠化粉的两组配比中，强度和保水、2h稠度损失率成矛盾对立的关系。在采用本发明保水抗冻增强剂配比中，较好的解决了保水增稠、提高强度和施工性能三者间的矛盾，提高抗开裂性能高达60%以上，并同时具有良好的抗冻效果。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.保水抗冻增强剂，其特征是由以下重量含量的成分组成：

丝光沸石粉18~22%、十二烷基苯磺酸钠2.2~2.8%、葡萄糖酸钠2.2~2.8%、三聚磷酸钠1.7~2.3%、萘系高效减水剂 18~22%、聚乙烯醇2.7~3.3%、脲醛树脂2.7~3.3%、活性二氧化硅 1.2~1.8%、氢氧化铝1.2~1.8%、硅灰 18~22%、羟丙基甲基纤维素醚 9~11%、麦芽糊精 4.5~5.5%、无水硫酸钠4.5~5.5%、非离子型聚丙烯酰胺 2.7~3.3%和聚丙烯纤维 0.4~0.6%。

2.根据权利要求1所述的保水抗冻增强剂，其特征是：

丝光沸石粉为至少200目细度的沸石粉状物；

硅灰为5000目的硅灰。

3.根据权利要求1或2所述的保水抗冻增强剂，其特征是由以下重量含量的成分组成：

丝光沸石粉20%、十二烷基苯磺酸钠2.5%、葡萄糖酸钠2.5%、三聚磷酸钠2%、萘系高效减水剂 20%、聚乙烯醇3%、脲醛树脂3%、活性二氧化硅1.5%、氢氧化铝1.5%、硅灰 20%、羟丙基甲基纤维素醚10%、麦芽糊精 5.5%、无水硫酸钠5%、非离子型聚丙烯酰胺 3%和聚丙烯纤维0.5%。

4.如根据权利要求1、2或3所述的保水抗冻增强剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：

1）、丝光沸石粉于100~120℃进行高温焙烧脱水后，加入十二烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠和三聚磷酸钠进行预混改性，得改性沸石粉；

2）、将改性沸石粉排入无重力犁刀式混合机中，然后加入萘系高效减水剂、聚乙烯醇、脲醛树脂、活性二氧化硅、氢氧化铝、硅灰、羟丙基甲基纤维素醚、麦芽糊精、无水硫酸钠、非离子型聚丙烯酰胺和聚丙烯纤维在常温下进行均匀混合直至无聚团，得保水抗冻增强剂。