CN104045266A - 混凝土外加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土外加剂，包括以下重量份的原料：聚羧酸系减水剂40-50份、纤维素接枝壳聚糖15-20份，烟道沉积物15-20份，硅烷偶联剂5-10份，聚乙烯吡咯烷酮1-5份、碳化硅1-5份。本发明外加剂制备简单，通过各组分的科学搭配可以减少混凝土的坍塌度损失、提高混凝土的和易性，保证混凝土的流动性，此外，外加剂中成分的存在还能改善泥土的吸附状态，降低含泥量对混凝土、减水剂的影响，在含泥量高达10%的情况下所得的混凝土性能仍然能够满足要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土外加剂，具体涉及一种适合于高含泥量砂、减少含泥量对混凝土性能影响的混凝土外加剂。
背景技术
混凝土是现代应用最广泛的建筑材料，其具有原料丰富、价格低廉、工艺简单、强度高、耐久性好等优点。预拌混凝土是混凝土的一种，是指由水泥、集料、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例在搅拌站经计量、拌制后出售的、并采用运输车在规定时间内运至使用地点的混凝土拌合物。因为现场施工对环境影响较大，所以预拌混凝土受到越来越多的关注。但是混凝土物料混合后随着时间的推移会发生化学反应，对混凝土流动性、坍塌度损失、和易性等都会产生不良的影响，因此预拌混凝土需要在规定的时间内运送到所需工地中，同时也对混凝土的性能提出了更高的要求。
此外，随着建筑用混凝土需求量的增大，对各混凝土成分，例如碎石、砂浆的需求量也不断增大。砂中含泥量会影响混凝土的抗压强度、需水量、碳化程度等，因此在使用时必须对砂中泥土含量严格把关，泥土含量超标的砂不能使用，这使很大一部分砂无法用于混凝土建筑中。
为了保证混凝土的性能，可以加入各种不同性能的外加剂调整、改善混凝土的性能。目前已有的混凝土外加剂可以起到减少拌合用水、增加工作性、控制凝结时间、早强、增强、耐久、染色、引气等作用，但外加剂一般都性能单一，不能满足多种需求，并且也没有能够有效降低高含泥量砂对混凝土性能影响的外加剂。通过外加剂的使用以及混凝土配方的优化，可以使预拌混凝土应用前景更为广阔。
发明内容
本发明提供了一种混凝土外加剂，该外加剂由多种组分组成，是一种混合物，通过各组分的作用，能改善混凝土的性能，有效降低高含泥量对混凝土性能带来的影响。
混凝土中，集料的体积占到60%以上，集料是混凝土中承受荷载、抵抗侵蚀和增强混凝土体积稳定性的重要组成材料，也是价格低廉的填充组分。普通混凝土中细集料是公称直径小于5mm的砂粒。研究表明，在建筑施工中混凝土的性能受到砂含泥量质量指标的影响较大，泥的细度较小，硬度小且易团聚，随着含泥量的增加，细集料对水的需求量加大，减水剂的用量也相应加大，混凝土的初始坍落度变低，保坍性能和坍塌度损失也变差；泥土团聚或者包覆在集料表面，会阻碍集料和水泥的粘结，形成结构薄弱区，降低混凝土强度；泥的存在还会影响混凝土的抗碳化能力，降低混凝土的耐候性；并且如果泥团聚会降低混凝土局部的强度，造成安全隐患。通常含泥量超过5%的砂将无法使用，在预拌混凝土中，因为要保证混凝土的坍塌度损失、流动性和和易性，因此泥的存在更为致命。
为了降低泥的存在对混凝土性能的影响，发明人进行了大量的研究，发现通过在混凝土中加入混合的外加剂，可以降低泥土的团聚，尽量分散、吸附泥土，使泥土对混凝土性能的影响得到降低。本发明具体技术方案如下：
一种混凝土外加剂，其特征是包括以下重量份的原料：聚羧酸系减水剂40-50份、纤维素接枝壳聚糖15-20份，烟道沉积物15-20份，硅烷偶联剂5-10份，聚乙烯吡咯烷酮1-5份、碳化硅1-5份。
上述混凝土外加剂中，优选包括以下重量份的原料：聚羧酸系减水剂45份、纤维素接枝壳聚糖16份，烟道沉积物16份，硅烷偶联剂6份，聚乙烯吡咯烷酮3份、碳化硅2份。
进一步的，上述混凝土外加剂还可以加入空心玻璃微珠、二氧化硅包覆二氧化钛、明胶粉成分，加入这些成分后形成的新的子方为（重量份）：聚羧酸系减水剂40-50份、纤维素接枝壳聚糖15-20份，烟道沉积物15-20份，硅烷偶联剂5-10份，聚乙烯吡咯烷酮1-5份、碳化硅1-5份、空心玻璃微珠3-6份、二氧化硅包覆二氧化钛5-10份、明胶粉2-8份。优选配比为（重量份）：聚羧酸系减水剂45份、纤维素接枝壳聚糖16份，烟道沉积物16份，硅烷偶联剂6份，聚乙烯吡咯烷酮3份、碳化硅2份、空心玻璃微珠5份、二氧化硅包覆二氧化钛8份、明胶粉5份。
上述混凝土外加剂中，所述纤维素接枝壳聚糖按照以下方法制得：将纤维素加入到蒸馏水中，搅拌分散，通30min氮气除氧，然后在氮气保护下加入1.5mmol/L的过硫酸钾溶液，在55℃下预处理2h，然后加入溶有交联剂的壳聚糖的1wt%乙酸溶液中，在50℃反应4h，反应结束后，水洗除去杂质，然后将产物放入乙酸溶液中萃取24h继续除去均匀物， 然后再水洗，抽滤，干燥，得纤维素接枝壳聚糖；纤维素与壳聚糖的质量比为2:1，交联剂在混合液中的浓度为0.12ml/100ml，壳聚糖在混合液中的浓度为0.5g/100ml。
上述混凝土外加剂中，所述烟道沉积物为经过预处理的烟道沉积物，预处理过程为：取火焰窑生产硼硅酸盐玻璃时烟道中的沉积物，将沉积物磨成细粉，放入沉积物4质量倍的水中，超声30min，然后过滤、干燥，得处理好的烟道沉积物。
上述混凝土外加剂中，二氧化硅包覆二氧化钛是通过以下方法制得的：将30ml钛酸四丁酯与36ml无水乙醇、18ml冰醋酸、60ml正丁醇充分混合，搅拌均匀，得A溶液；将36ml无水乙醇、18ml冰醋酸和7.5ml水充分混合，搅拌均匀，得B溶液；将A溶液在搅拌的情况下缓慢滴加到B溶液中，同时滴加冰醋酸控制混合液pH为4；滴加完后搅拌反应1h，在25℃下静置1-2天，形成凝胶，将所得凝胶在60℃干燥，然后研磨成粉，在600℃下煅烧2h，得金红石型二氧化钛粉末；取金红石型二氧化钛，分散到蒸馏水中配成10wt%的悬浮液，然后加入浓度为50g/L的六偏磷酸钠溶液作为分散剂，超声分散30min，六偏磷酸钠用量为二氧化钛质量的0.1-0.2%；将悬浮液升温至80-90℃，加入浓度为0.5mol/L的硅酸钠溶液，同时加入浓度为0.1mol/L的硫酸溶液控制体系pH为8-10，硅酸钠加入时间为3h，硅酸钠与二氧化钛的摩尔比为1:25，加入完毕后陈化2h，过滤、洗涤、120℃烘干，得二氧化硅包覆二氧化钛。
本发明外加剂的加入保证了混凝土的流动性、减少了混凝土的坍塌度损失、提高了混凝土的和易性。此外，外加剂中成分的存在还能改善泥土的吸附状态，降低含泥量对混凝土、减水剂的影响。本发明混凝土外加剂适用于各种含泥量高的混凝土，也适用于预拌混凝土。
本发明外加剂中，用纤维素对壳聚糖进行接枝，可以与聚羧酸盐减水剂共同起到减水的作用，并且纤维素和壳聚糖中的基团可以降低泥土对聚羧酸盐的影响，减少减水剂的用量。
本发明所用的烟道沉积物指的是用火焰加热方式生产硼硅酸盐玻璃时，沉积在烟道中的挥发性物质。烟道沉积物中含有氯化钠、氧化硼、二氧化硅、氧化铝等成分，经过处理，将一部分氯化钠除去，减少了过多的氯化钠的腐蚀作用，剩余的氯化钠、氧化硼、氧化铝等可以起到防冻和缓凝的作用。另外二氧化硅对泥土有一定的吸附和分散的作用，阻止泥土包裹在集料表面和团聚，减少了水的用量，增加了混凝土的和易性和流动性，也减轻了泥土对混凝土强度和耐候性的影响。
硅烷偶联剂和聚乙烯吡咯烷酮为有机物质，聚乙烯吡咯烷酮有一定的粘度，可以增强各成分之间的粘结性，硅烷偶联剂与水反应会形成网络结构，增强混凝土的保水性和流动性，保证预拌混凝土的坍塌度损失。
碳化硅强度高、耐候性好，可以提高混凝土的强度和耐候性。
进一步的，在外加剂中还可以加入空心玻璃微珠、二氧化硅包覆二氧化钛和明胶粉成分，空心玻璃微珠具有一定的隔热作用，还能使各成分分散均匀，二氧化硅包覆二氧化钛可以增加混凝土的强度，同时可以吸附泥土，降低泥土对减水剂、集料等的吸附，降低泥土对混凝土的影响，同时金红石型二氧化钛能反射可见和红外区的太阳光，增强混凝土的使用寿命。少量的明胶粉具有一定的粘结性，可以吸附砂浆中的泥土，此外明胶吸水后会形成网络结构，可以使各成分在较少水的情况下结合良好，减少离析、泌水情况的发生。
本发明外加剂的制备方法为：将除了聚羧酸系减水剂以外的原料按配比混合均匀，装袋备用，作为固体成分；聚羧酸系减水剂单独包装，作为液体成分；使用时将固体成分与聚羧酸系减水剂按照配比加入混凝土中即可。
本发明提供了一种由多种组分组成的混凝土外加剂，该外加剂制备简单，通过各组分的科学搭配可以减少混凝土的坍塌度损失、提高混凝土的和易性，保证混凝土的流动性，此外，外加剂中成分的存在还能改善泥土的吸附状态，降低含泥量对混凝土、减水剂的影响，在含泥量高达10%的情况下所得的混凝土性能仍然能够满足要求。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的说明，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。如无特别说明，下述组分均为重量份。
所用壳聚糖购自济南海得贝海洋生物工程有限公司，所用纤维素为济南源茂化工有限公司的木质纤维素。
所用减水剂为本公司销售的FCA-聚羧酸高性能减水剂，性能如下：
实施例1
本发明混凝土外加剂配方为：聚羧酸系减水剂45份、纤维素接枝壳聚糖16份，预处理的烟道沉积物16份，硅烷偶联剂6份，聚乙烯吡咯烷酮3份、碳化硅2份。
制备方法为：
1、取烟道沉积物，将沉积物磨成细粉，放入沉积物4质量倍的水中，超声30min，然后过滤、干燥，得预处理的烟道沉积物，备用。
2、纤维素接枝壳聚糖的制备：将纤维素加入到蒸馏水中，搅拌分散，通30min氮气除氧，然后在氮气保护下加入过硫酸钾溶液，在55℃下预处理2h，然后加入溶有交联剂的壳聚糖的1wt%乙酸溶液，在50℃反应4h，反应结束后，水洗除去水溶性杂质，然后将产物放入1wt%乙酸溶液中萃取24h继续除去均聚物， 然后再水洗，抽滤，干燥，得纤维素接枝壳聚糖；纤维素与壳聚糖的质量比为2:1，过硫酸钾在混合液中的浓度为1.5mmol/L，交联剂在混合液中的浓度为0.12ml/100ml，壳聚糖在混合液中的浓度为0.5g/100ml。
3、取预处理的烟道沉积物和纤维素接枝壳聚糖，与除减水剂以外的其他原料混合均匀，包装备用，作为混凝土外加剂固体成分；减水剂单独包装，作为混凝土外加剂液体成分。固体成分和液体成分在使用时按照配比混合使用，即为混凝土外加剂。
实施例2
本发明混凝土外加剂配方为：聚羧酸系减水剂40份、纤维素接枝壳聚糖20份，预处理的烟道沉积物15份，硅烷偶联剂10份，聚乙烯吡咯烷酮1份、碳化硅5份。制备方法同实施例1。
实施例3
本发明混凝土外加剂配方为：聚羧酸系减水剂50份、纤维素接枝壳聚糖15份，预处理的烟道沉积物20份，硅烷偶联剂5份，聚乙烯吡咯烷酮5份、碳化硅1份。制备方法同实施例1。
实施例4
本发明混凝土外加剂配方为：聚羧酸系减水剂45份、纤维素接枝壳聚糖16份，预处理的烟道沉积物16份，硅烷偶联剂6份，聚乙烯吡咯烷酮3份、碳化硅2份、空心玻璃微珠5份、二氧化硅包覆二氧化钛8份、明胶粉5份。
制备方法为：
1、取烟道沉积物，将沉积物磨成细粉，放入沉积物4质量倍的水中，超声30min，然后过滤、干燥，得预处理的烟道沉积物，备用。
2、纤维素接枝壳聚糖的制备：将纤维素加入到蒸馏水中，搅拌分散，通30min氮气除氧，然后在氮气保护下加入过硫酸钾溶液，在55℃下预处理2h，然后加入溶有交联剂的壳聚糖的1wt%乙酸溶液，在50℃反应4h，反应结束后，水洗除去杂质，然后将产物放入1wt%乙酸溶液中萃取24h继续除去均聚物， 然后再水洗，抽滤，干燥，得纤维素接枝壳聚糖；纤维素与壳聚糖的质量比为2:1，过硫酸钾在混合液中的浓度为1.5mmol/L，交联剂在混合液中的浓度为0.12ml/100ml，壳聚糖在混合液中的浓度为0.5g/100ml。
3、二氧化硅包覆二氧化钛的制备：将30ml钛酸四丁酯与36ml无水乙醇、18ml冰醋酸、60ml正丁醇充分混合，搅拌均匀，得A溶液；将36ml无水乙醇、18ml冰醋酸和7.5ml水充分混合，搅拌均匀，得B溶液；将A溶液在搅拌的情况下缓慢滴加到B溶液中，同时滴加冰醋酸控制混合液pH为4；滴加完后搅拌反应1h，在25℃下静置1-2天，形成凝胶，将所得凝胶在60℃干燥，然后研磨成粉，在600℃下煅烧2h，得金红石型二氧化钛粉末；取上述得到的金红石型二氧化钛，分散到蒸馏水中配成10wt%的悬浮液，然后加入50g/L的六偏磷酸钠溶液作为分散剂（六偏磷酸钠用量为二氧化钛质量的0.1-0.2%），超声分散30min；将悬浮液升温至80-90℃，加入浓度0.5mol/L的硅酸钠溶液，同时加入0.1mol/L的硫酸溶液控制体系pH为8-10，硅酸钠加入时间为3h，硅酸钠与二氧化钛的摩尔比为1:25，加入完毕后陈化2h，过滤、洗涤、120℃烘干，得二氧化硅包覆二氧化钛。
4、取预处理的烟道沉积物、纤维素接枝壳聚糖和二氧化硅包覆二氧化钛，与除减水剂以外的其他原料混合均匀，包装备用，作为混凝土外加剂固体成分；减水剂单独包装，作为混凝土外加剂液体成分。固体成分和液体成分在使用时按照配比混合使用，即为混凝土外加剂。
实施例5
本发明混凝土外加剂配方为：聚羧酸系减水剂40份、纤维素接枝壳聚糖20份，预处理的烟道沉积物15份，硅烷偶联剂10份，聚乙烯吡咯烷酮1份、碳化硅5份、空心玻璃微珠3份、二氧化硅包覆金红石型二氧化钛10份、明胶粉2份。制备方法同实施例4。
实施例6
本发明混凝土外加剂配方为：聚羧酸系减水剂50份、纤维素接枝壳聚糖15份，预处理的烟道沉积物20份，硅烷偶联剂5份，聚乙烯吡咯烷酮5份、碳化硅1份、空心玻璃微珠6份、二氧化硅包覆金红石型二氧化钛5份、明胶粉8份。制备方法同实施例4。
性能测试试验
1、所用原料
1.1水泥：中联PO42.5级，其性能如下：
1.5聚羧酸减水剂：FCA-聚羧酸高性能减水剂（日照弗尔曼新材料科技有限公司）。
、实验方法
2.1按照下列质量配合比制备预拌混凝土，各混凝土试样配方均相同，仅砂中的含泥量、所用混凝土外加剂有不同，如下：
2.2按照上述配合比，改变砂中的含泥量和外加剂的成分，研究本发明外加剂对砂中泥土的改善作用。
Claims (7)
1.一种混凝土外加剂，其特征是包括以下重量份的原料：聚羧酸系减水剂40-50份、纤维素接枝壳聚糖15-20份，烟道沉积物15-20份，硅烷偶联剂5-10份，聚乙烯吡咯烷酮1-5份、碳化硅1-5份。
2.根据权利要求1所述的混凝土外加剂，其特征是包括以下重量份的原料：聚羧酸系减水剂45份、纤维素接枝壳聚糖16份，烟道沉积物16份，硅烷偶联剂6份，聚乙烯吡咯烷酮3份、碳化硅2份。
3.根据权利要求1所述的混凝土外加剂，其特征是还包括以下重量份的原料：空心玻璃微珠3-6份、二氧化硅包覆二氧化钛5-10份、明胶粉2-8份。
4.根据权利要求3所述的混凝土外加剂，其特征是还包括以下重量份的原料：空心玻璃微珠5份、二氧化硅包覆二氧化钛8份、明胶粉5份。
5.根据权利要求1所述的混凝土外加剂，其特征是：所述纤维素接枝壳聚糖的制备方法是：将纤维素加入到蒸馏水中，搅拌分散，通30min氮气除氧，然后在氮气保护下加入1.5mmol/L的过硫酸钾溶液，在55℃下预处理2h，然后加入溶有交联剂的壳聚糖的1wt%乙酸溶液中，在50℃反应4h，反应结束后，水洗除去杂质，然后将产物放入乙酸溶液中萃取24h继续除去均匀物， 然后再水洗，抽滤，干燥，得纤维素接枝壳聚糖；纤维素与壳聚糖的质量比为2:1，交联剂在混合液中的浓度为0.12ml/100ml，壳聚糖在混合液中的浓度为0.5g/100ml。
6.根据权利要求1所述的混凝土外加剂，其特征是所述烟道沉积物在使用前经过以下预处理：取火焰窑生产硼硅酸盐玻璃时烟道中的沉积物，将沉积物磨成细粉，放入沉积物4质量倍的水中，超声30min，然后过滤、干燥，得处理好的烟道沉积物。
7.根据权利要求3所述的混凝土外加剂，其特征是：二氧化硅包覆二氧化钛是通过以下方法制得的：将30ml钛酸四丁酯与36ml无水乙醇、18ml冰醋酸、60ml正丁醇充分混合，搅拌均匀，得A溶液；将36ml无水乙醇、18ml冰醋酸和7.5ml水充分混合，搅拌均匀，得B溶液；将A溶液在搅拌的情况下缓慢滴加到B溶液中，同时滴加冰醋酸控制混合液pH为4；滴加完后搅拌反应1h，在25℃下静置1-2天，形成凝胶，将所得凝胶在60℃干燥，然后研磨成粉，在600℃下煅烧2h，得金红石型二氧化钛粉末；取金红石型二氧化钛，分散到蒸馏水中配成10wt%的悬浮液，然后加入浓度为50g/L的六偏磷酸钠溶液作为分散剂，超声分散30min，六偏磷酸钠用量为二氧化钛质量的0.1-0.2%；将悬浮液升温至80-90℃，加入浓度为0.5mol/L的硅酸钠溶液，同时加入浓度为0.1mol/L的硫酸溶液控制体系pH为8-10，硅酸钠加入时间为3h，硅酸钠与二氧化钛的摩尔比为1:25，加入完毕后陈化2h，过滤、洗涤、120℃烘干，得二氧化硅包覆二氧化钛。
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