CN103896512B - 一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂及其使用方法，其中屏蔽剂采用以下质量份数的原料配混而成：五水偏硅酸钠35～55份、三聚磷酸钠30～50份、聚乙二醇7～15份、腐植酸钠3～8份和聚丙烯酸钠5～10份；用于水泥净浆、水泥砂浆和混凝土生产时，只需加入相应质量比例的屏蔽剂，就可以达到改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系的负面效应的效果，可以有效的提高含粘土的水泥混凝土体系的流动性等工作性能，同时不降低体系的强度等力学性能。

Description

一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及水泥、混凝土外加剂领域，尤其涉及一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂及其使用方法，屏蔽剂适用于掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系含泥较多的情况。

背景技术

集料是混凝土的重要组成部分，含泥量是衡量集料质量的重要指标之一；目前，混凝土原材料的生产现状表明：泥是混凝土集料中一个不可避免的组分，大量的工程实践、科学研究表明，集料附含泥对混凝土性能有不利的影响，特别是含泥量高或超过标准规定的集料对混凝土性能影响十分明显。

聚羧酸减水剂因具有高减水率、高保坍性、分子结构可调和绿色环保等优良性能，被越来越广泛地应用于混凝土工程中。然而，大量的工程实例及研究表明，聚羧酸减水剂与混凝土原材料存在相容性差的问题，其中，混凝土集料中不可避免的泥对掺聚羧酸减水剂混凝土的工作性能等具有显著的影响，主要表现为聚羧酸减水剂的减水分散能力严重下降、流动性降低、保坍效果差，进而导致硬化混凝土强度降低。

粘土是集料附含泥中影响水泥混凝土性能的主要组成部分，其对水泥混凝土的流动性影响可能有两方面的原因：其一，粘土有巨大的比表面积，能吸附大量拌合用水，降低水泥混凝土的流动性；其二，粘土与水泥颗粒竞争吸附聚羧酸减水剂，从而影响水泥混凝土的流动性，资料显示蒙脱土及膨润土吸附减水剂的能力是水泥的数十倍。

在聚羧酸减水剂存在情况下，骨料含有一定量的粘土，不同程度降低了掺聚羧酸减水剂砂浆流动性；与不掺聚羧酸减水剂的水泥净浆相比，粘土对掺有聚羧酸减水剂的净浆流动性影响更为显著，证明了粘土对聚羧酸减水剂的吸附作用，粘土影响砂浆或净浆流动性的程度与粘土的种类及比表面积有关。此外，粘土具有巨大的表面能，通过吸附聚羧酸减水剂而消耗自由能，聚羧酸减水剂的疏水基团从水溶液中逃逸出来，有利于粘土对聚羧酸减水剂的吸附。另外，粘土吸附的阳离子如Ca²⁺可与RCOO^-形成难溶于水的络合物，从而消耗部分聚羧酸减水剂。粘土在碱性溶液中带负电，但是粘土带电的不均匀性也可能吸附聚羧酸这种阴离子表面活性剂。

目前，针对粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土负效应的问题，国内外一些学者研究了其影响机理并提出了一些抑制措施，但都不具有普适性。研究较多的措施是通过化学改性的方法，优化聚羧酸减水剂分子，使其带对粘土有耐性的官能团，或者合成直链线性的聚羧酸减水剂，可以有效改善含泥浆体的流变性能，降低聚羧酸系减水剂对粘土的敏感性。王子明等聚合成了一种直链状聚羧酸系聚合物作为粘土抵抗剂，可降低粘土对聚羧酸减水剂的影响，但该粘土抵抗剂只能是特定的分子量和结构的聚合物，对合成过程中的分子量要求高。申请号为201010574716.6，名称为“一种抗泥型聚羧酸超塑化剂的制备方法”的专利公开了一种抗泥型聚羧酸超塑化剂，其与与普通聚羧酸减水剂相比具有良好的抗泥效果；但其制备过程复杂，且并未给出粘土适应的种类范围。因此，研究者提出通过物理复掺的手段达到改善粘土负效应的目的，刘国栋提出一种用于抑制骨料含泥量较高对混凝土不利影响的Z剂，用它与聚羧酸减水剂复配使用具有一定改善效果，可相对降低聚羧酸减水剂的掺量，改善聚羧酸减水剂的使用效能；但这种方法要求助剂的掺量较高，甚至与聚羧酸减水剂的复配比例达到1:4时才具备一定效果，而且也并未说明具体对于何种成分的泥起作用，对不同成分泥的改善效果差异等问题。王信刚等人研究了一种可控缓释聚羧酸减水剂，尝试通过引入缓释剂优先吸附聚羧酸减水剂和缓凝剂，再将它们加入到混凝土体系中去，粘土会先吸附缓凝剂而保护了聚羧酸减水剂，保证聚羧酸减水剂分子在水泥颗粒上发挥作用；但该方法的问题在于，作为缓释剂的沸石，本身吸附能力就很强，聚羧酸减水剂分子被其吸附后还能否自由脱除，若聚羧酸减水剂虽没有被粘土吸附但却被沸石吸附，是同样无法发挥减水分散作用的。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂，以降低或屏蔽粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系的负效应。

为了解决上述技术问题，本发明采用了以下的技术方案：

一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂，其特征在于，由如下质量份数的原料组成：

五水偏硅酸钠35～55份，三聚磷酸钠30～55份，聚乙二醇7～15份，腐植酸钠3～8份和聚丙烯酸钠5～10份。

本方案针对掺聚羧酸减水剂的水泥混凝土体系，采用物理复掺的方法，选择对聚羧酸减水剂使用性能较好的原料，再用物理复掺的方法发挥组分间的协同增效作用，以达到屏蔽或减少粘土所引起的掺聚羧酸减水剂水泥混凝土的负效应的效果。

本方案中所用原料中的五水偏硅酸钠、三聚磷酸钠、腐植酸钠和聚丙烯酸钠的阳离子均为钠离子，各组分之间具有较好的相容性。所得到的屏蔽剂一方面能先于聚羧酸减水剂吸附在粘土表面，阻止粘土对聚羧酸减水剂的吸附，并且屏蔽剂对粘土具有一定的减水分散作用，使得粘土吸附的拌合水释放出来从而增大体系的流动性；另一方面，屏蔽剂对水泥颗粒也具有一定的减水分散作用和保坍效果，从而改善粘土对掺聚羧酸减水剂的水泥混凝土体系的负效应。

作为优化，所述聚乙二醇为聚乙二醇800、聚乙二醇4000或者聚乙二醇8000。这样的聚乙二醇具有较好的分散性、水溶性、稳定性和润滑性，与许多有机物的相容性良好，可以与屏蔽剂中的其他组分相互配合，提高屏蔽剂的整体性能；而且这样的聚乙二醇对聚羧酸减水剂具有明显的塑化效果。优选聚乙二醇8000，这是由于其链长较长，具有较大的空间位阻，有利于提高屏蔽剂的综合性能；同时聚乙二醇8000的溶解性更好，与其他组分之间的相容性好，从性状方面可以与其他原料形成更好的配合。

作为优化，所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂，其特征在于，由如下质量份数的原料组成：

五水偏硅酸钠48份，三聚磷酸钠30份，聚乙二醇10份，腐植酸钠6份和聚丙烯酸钠6份。

上述技术方案中，屏蔽剂的综合性能达到最佳，对粘土的吸附力大于聚羧酸减水剂对粘土的吸附力，从而阻止了粘土对聚羧酸减水剂的吸附，同时粘土吸附的拌合水释放出来可以增大体系的流动性；而且屏蔽剂对水泥颗粒的减水分散作用和保坍效果最好。

本发明的技术方案还提供了一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂的使用方法，其特征在于，所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂用于水泥净浆生产，在搅拌加水过程中与聚羧酸减水剂同时加入或者先于聚羧酸减水剂加入，其加入量为水泥质量的0.08～0.16%。

上述技术方案中，搅拌加水过程是指向水泥中加水搅拌的过程；在这个过程中将屏蔽剂加入水泥体系中，其中水泥体系中粘土与屏蔽剂的质量比为1：0.05～0.20，这样就可以屏蔽或者减少粘土对掺聚羧酸减水剂的水泥体系的负效应，其使用方式简单，较少的掺量即可达到较好的效果。

本发明的技术方案还提供了一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂的使用方法，其特征在于，所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂用于水泥砂浆生产，在搅拌加水过程中与聚羧酸减水剂同时加入或者先于聚羧酸减水剂加入，其加入量为水泥砂浆中砂的质量的0.12～0.18%。

上述技术方案中的搅拌加水过程是指向水泥砂浆的原料中加水搅拌的过程，在这个过程中将屏蔽剂加入水泥砂浆体系中，其中水泥砂浆体系中粘土与屏蔽剂的质量比为1:0.10～0.40，这样就可以改善粘土对掺聚羧酸减水剂的水泥砂浆体系的负效应，其使用方式简单，较少的掺量即可达到较好的效果。

本发明的技术方案还提供了一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂的使用方法，其特征在于，所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂用于混凝土生产，在搅拌加水过程中与聚羧酸减水剂同时加入或者先于聚羧酸减水剂加入，其加入量为混凝土中细骨料的质量的0.12～0.18%。

上述技术方案中，搅拌加水过程是指向混凝土原料中加水搅拌的过程，在这个过程中将屏蔽剂加入混凝土体系中，其中水泥混凝土体系中粘土与屏蔽剂的质量比为1:0.10～0.40，这样就可以改善粘土对混凝土体系的负效应，其使用方式简单，而且较少的掺量即可达到较好的效果。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明将有机材料与无机材料复配为一种屏蔽剂，各种原料之间具有较好的相溶性，所得屏蔽剂可以与聚羧酸减水剂协调使用；同时屏蔽剂对粘土的也具有很好的适应性，在正常的工程含量范围内，可以适用于任意种类粘土及任意含泥量的水泥混凝土生产，尤其适用于含泥量高的水泥、水泥砂浆和混凝土生产，达到屏蔽或者减少粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系的负效应的效果。

2、制备工艺简单，只需将各类原材料按一定配比称料，然后采用物理方法搅拌混合均匀即可；而且使用时可溶于水单独掺加，也可直接溶于聚羧酸减水剂，使用方法灵活、简单。

3、本发明中屏蔽剂的原料均为市售产品，价格低廉，在达到相同效果时，所需费用比增大聚羧酸减水剂掺量所需费用低；本发明的屏蔽剂的工业级原料价格为4500～5500元/吨，用于水泥混凝土生产时掺量不足水泥混凝土质量的千分之二，因此，生产每吨只需增加不到3元的成本。

4、本发明中的改善聚羧酸减水剂分散性负效应的屏蔽剂可以优先于聚羧酸减水剂吸附在粘土表面从而阻止了粘土对聚羧酸减水剂的吸附，并且屏蔽剂对粘土具有一定的减水分散作用，使得粘土吸附的拌合水释放出来从而增大体系的流动性；而且屏蔽剂对水泥颗粒也具有一定的减水分散作用和保坍效果，可以改善粘土对掺聚羧酸减水剂的水泥混凝土体系的负效应。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1：

一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂，按照质量份称取原料：五水偏硅酸钠48份、三聚磷酸钠30份、聚乙二醇800010份、腐植酸钠6份和聚丙烯酸钠6份，将各种原料用物理方法搅拌混合均匀，得到1#屏蔽剂。

实施例2：

一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂，按照质量份称取原料：五水偏硅酸钠35份、三聚磷酸钠46份、聚乙二醇80007份、腐植酸钠4份和聚丙烯酸钠8份，将各种原料用物理方法搅拌混合均匀，得到2#屏蔽剂。

实施例3：

一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂，按照质量份称取原料：五水偏硅酸钠40份、三聚磷酸钠37份、聚乙二醇80008份、腐植酸钠8份和聚丙烯酸钠7份，将各种原料用物理方法搅拌混合均匀，得到3#屏蔽剂。

性能测试：

为了验证本发明的有益效果，采用上述实施例1、2和3制备的屏蔽剂为实验例，测试掺入屏蔽剂前后水泥净浆流动度，砂浆扩展度、抗折强度和抗压强度，混凝土的坍落度、扩展度和试件抗压强度等性能参数的变化。

由于粘土的成分复杂，不可控因素较多，但影响水泥混凝土性能的主要成分是蒙脱石、伊利石、高岭石等具有较大吸附性的矿物组分，所以，在实验过程中，我们选择单矿物粘土如钠基蒙脱土、钙基蒙脱土、伊利土和高岭土为实验对象，规避其他因素的影响，并保证实验结果的有效性。

（1）水泥净浆流动度测试：

采用实施例1、2和3制备的改善聚羧酸减水剂分散性负效应的屏蔽剂进行水泥净浆流动度测试，测试方法参照GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试：其中所用水泥为P42.5R水泥；粘土取代水泥质量的1%；水灰比为0.29；聚羧酸减水剂的掺量为最佳掺量，在水泥净浆生产搅拌加水过程中，将屏蔽剂与聚羧酸减水剂同时加入；测试结果如表1所示，表中屏蔽剂的掺量为其占水泥质量的百分比：

（2）水泥砂浆的扩展度、抗折强度和抗压强度测试：

采用实施例1、2和3制备的改善聚羧酸减水剂分散性负效应的屏蔽剂测试砂浆的扩展度、抗折强度和抗压强度，其中砂浆的扩展度测试参照GB.T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行测试，抗折强度和抗压强度参照GB/T17671-1999《水泥强度检验方法》进行测试：其中所用水泥为P42.5R水泥；胶砂比为1:3；粘土取代砂的质量的0.5%；水灰比为0.44；聚羧酸减水剂的掺量为最佳掺量，在水泥砂浆生产搅拌加水过程中，将屏蔽剂与聚羧酸减水剂同时加入；测试结果如表2所示，表中屏蔽剂的掺量为其占砂的质量的百分比：

（3）混凝土的坍落度、扩展度和试件抗压强度

采用实施例1、2和3制备的改善聚羧酸减水剂分散性负效应的屏蔽剂测试混凝土的坍落度、扩展度和试件抗压强度，其中混凝土的坍落度、扩展度参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试，试件抗压强度参照GB/T17671-1999《水泥强度检验方法》进行测试：其中所用混凝土中各组分的质量比采用水泥：粉煤灰：矿粉：长江砂：机制砂：小石子：大石子：水=265：65：55：185：549：389：730：160；所用水泥为P42.5R水泥；粘土取代细骨料质量的0.5%；聚羧酸减水剂的掺量为最佳掺量，在水泥混凝土生产搅拌加水的过程中，将屏蔽剂先于聚羧酸减水剂加入；测试结果如表3所示，表中屏蔽剂的掺量为其占细骨料的质量百分比：

以上测试结果表明：

1）在相同条件下，加入屏蔽剂后水泥净浆流动度提高20～60mm，水泥混凝土的坍落度提高50～120mm，同时屏蔽剂的加入并没有降低砂浆和混凝土试件强度，由此可知本发明的屏蔽剂对于掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系可以屏蔽或者减少因粘土存在而产生的负效应。

2）在水泥净浆流动度、砂浆扩展度和混凝土坍落度正常的情况下增大体系中粘土含量，对水泥混凝土体系的工作性能负面影响十分显著，不能达到正常的施工要求。在加入相应的屏蔽剂与聚羧酸减水剂协调使用的情况下，含粘土的水泥混凝土体系工作性能得到较大程度的改善。原因主要有两个方面，其一是因为屏蔽剂能够优先于聚羧酸减水剂吸附在粘土表面从而阻止了粘土对聚羧酸减水剂的吸附，并且屏蔽剂对粘土具有一定的减水分散作用，使得粘土吸附的拌合水释放出来从而增大体系的流动性。其二是由于屏蔽剂对水泥颗粒也具有一定的减水分散作用和保坍效果，从而改善粘土对掺聚羧酸减水剂的水泥混凝土体系的负效应。

3）通过对粘土的掺量等的调节测试，证明本发明的屏蔽剂在工程实际含泥的掺量范围内均能达到良好的效果。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂，其特征在于，由如下质量份数的原料组成：

五水偏硅酸钠35～55份，三聚磷酸钠30～50份，聚乙二醇7～15份，腐植酸钠3～8份和聚丙烯酸钠5～10份；

所述聚乙二醇为聚乙二醇800、聚乙二醇4000或者聚乙二醇8000。

2.根据权利要求1所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂，其特征在于，由如下质量份数的原料组成：五水偏硅酸钠48份，三聚磷酸钠30份，聚乙二醇10份，腐植酸钠6份和聚丙烯酸钠6份。

3.一种如权利要求1～2任一项所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂的使用方法，其特征在于，所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂用于水泥净浆生产，在搅拌加水过程中与聚羧酸减水剂同时加入或者先于聚羧酸减水剂加入，其加入量为水泥质量的0.08～0.16%。

4.一种如权利要求1～2任一项所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂的使用方法，其特征在于，所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂用于水泥砂浆生产，在搅拌加水过程中与聚羧酸减水剂同时加入或者先于聚羧酸减水剂加入，其加入量为水泥砂浆中砂的质量的0.12～0.18%。

5.一种如权利要求1～2任一项所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂的使用方法，其特征在于，所述的改善粘土对掺聚羧酸减水剂水泥混凝土体系负效应的屏蔽剂用于混凝土生产，在搅拌加水过程中与聚羧酸减水剂同时加入或者先于聚羧酸减水剂加入，其加入量为混凝土中细骨料的质量的0.12～0.18%。