CN104310839B - 混凝土增强剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土增强剂及制备方法，该混凝土增强剂，以重量份计，包括以下原料：乙二醇10～30份；异丙醇8～20份；焦亚硫酸钠1～10份；六偏磷酸钠2～8份；液碱6～15份；亲水性气相白炭黑4～15份；三乙醇胺2～10份。该增强剂不仅对机制砂中的含泥量敏感度低，不会因含泥量增大而明显影响混凝土性能；而且还具有减水性，能够弥补现有减水剂减水率低的问题。

Description

混凝土增强剂及制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种混凝土增强剂及制备方法。

背景技术

混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料，它是由胶凝材料(水泥、粉煤灰、矿粉等)、骨科(包括砂、石等)以及液体介质(水、外加剂等)经简单机械拌和而成的复合材料体系。混凝土也是一种复杂多相的复合材料体系，不同相之间的界面过渡区是影响混凝土综合性能最重要的因素，混凝土的许多质量问题归根到底都是界面过渡区有缺陷而产生的。随着科学技术的进步，混凝土外加剂和混凝土增强剂的使用，使得混凝土的性能得到了显著的提高，但与此同时也带来了其他问题，如：混凝土流动性小、水泥用量大、用水量大等。

减水率一般针对于混凝土用减水剂而言，用来表征减水剂的作用效果。中国在混凝土使用减水剂已有数十年的历史，减水剂也从最早的木质素，升级换代为萘系减水剂，脂肪族减水剂，聚羧酸减水剂等多种类型，市面上现在主要以复合类减水剂为主，主要起到减水，调节缓凝时间，提供流动度，减少流动度损失，提高墙洞的作用。但是由于减水剂本身的局限性，导致混凝土中大约20～30％的水泥没有参与到水化反应中，只能起到填充料的作用。

授权公告号为CN102838315B的中国专利申请公开了一种混凝土增强剂、配制方法、应用及组合物，该混凝土增强剂由有机高分子聚合物和配合剂组成，所述有机高分子聚合物为聚丙烯酰胺共聚物水溶液，所述配合剂由胶体二氧化硅、三异丙醇胺、三聚磷酸钠和三乙醇胺组成；所述增强剂外观为淡红色液体，含固量为25wt％，pH值8.9。各物质具体如下：聚丙烯酰胺共聚物水溶液50g、胶体二氧化硅2.5g、三异丙醇胺1.5g、三聚磷酸钠2.0g、三乙醇胺1.5g。上述混凝土增强剂对其他常用的外加剂的适应性良好，在混凝土中加入适量混凝土增强剂后，可显著提高混凝土的强度等级。

公开号为CN103819117A的中国专利申请公开了一种无碱无氯液态混凝土增强剂，其主要由下列重量百分比的原料组成：无水硫酸铝20～80％，三乙醇胺5～20％，稳定剂0～0.2％以及水15～60％。该增强剂能提高早期钙矾石的生成量，使水泥水化颗粒之间产生更多、结合力更强的化学键合，取代范德华力，提高胶凝材料自身的胶结力，提高水泥和混凝土强度。

公开号为CN103951304A的发明专利申请公开了一种混凝土增强剂，该混凝土增强剂主要由以下质量份数的组分与水配制而成：异丙醇胺类复合物30～40份；三乙醇胺10～12份；多元醇1～5份和硫代硫酸钠3～5份；所述异丙醇胺类复合物主要由三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺混合配制而成。该增强剂对外加剂适应性强，对混凝土后期强度增加显著。

但是，目前大量文献报道的混凝土增强剂普遍存在以下缺点：(1)国家为保护自然资源，已禁止采挖天然砂，并以机制砂作为替代品，但机制砂中含泥量高，对混凝土的流动性和强度影响明显，而目前的混凝土外加剂和增强剂对机制砂中的含泥量敏感，均无法克服上述问题，最终导致混凝土坍落度大，流动性小，对混凝土生产企业造成损失；(2)目前的增强剂无减水效果，而减水剂又因为存在饱和掺量且复合有缓凝剂，若掺量提高太多，减水效果反而下降，会推迟混凝土凝固时间，并可能影响后期混凝土的强度，所以当存在用水量大时，通常无法简单的靠提高减水剂掺量来解决上述问题；(3)现有的部分混凝土增强剂采用的原料环保性差，易造成环境污染问题，并且需采用大量自来水来生产混凝土，造成水资源的大量消耗，与绿色建筑的理念背道而驰。

因此，如何能够对现有混凝土增强剂的配方、原料进行改进，是本领域技术人员有待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种混凝土增强剂及制备方法，该增强剂不仅对机制砂中的含泥量敏感度低，不会因含泥量增大而明显影响混凝土性能；而且还具有减水性，能够弥补现有减水剂减水率低的问题。

本发明的具体实施方案如下：

一种混凝土增强剂，以重量份计，包括以下原料：

六偏磷酸钠具有净水性能，混凝土增强剂中加入六偏磷酸钠后，可降低增强剂对砂石料含泥量的敏感性，在砂石料含泥量增加的情况下，本发明增强剂仍能保证混凝土较高的拌合物性能和抗压强度。增强剂中的焦亚硫酸钠使增强剂具有减水效果，混凝土制备过程中，当用水量过大时，本发明增强剂可协助减水剂实现减水效果，避免减水剂过量使用带来的减水效果降低的问题。异丙醇、三乙醇胺可改善混凝土的工作性能和状态，提高混凝土的后期强度。所述液碱为固态氢氧化钠。所述混凝土增强剂的pH值为7～8，固含量为5％～6％。

使用本发明增强剂后，可以让水泥颗粒分散开来，防止团聚在一起，使更多的水泥参与到水化反应中，从而加速水泥的水化过程，改善混凝土的孔结构，使混凝土里面水泥的水化更加密实和均匀，在初期改善混凝土的工作状态和泵送性能，在后期提高混凝土的强度，提高耐久性和稳定性。

所述焦亚硫酸钠可用亚硫酸钠替代；所述六偏磷酸钠可用聚合氯化铝、聚丙烯酰胺替代，但焦亚硫酸钠、六偏磷酸钠的效果更佳。

作为优选，所述的混凝土增强剂，以重量份计，包括以下原料：

焦亚硫酸钠与六偏磷酸钠、亲水性气相白炭黑、乙二醇的用量配比，与增强剂的减水效果和机制砂含泥量敏感性的程度有关，适宜的用量配比可实现减水效果提高的同时减低含泥量敏感性，但不适宜的用量配比将导致减水效果降低或含泥量敏感度增加，造成无法实现两种有益效果的共存。

作为优选，所述焦亚硫酸钠、液碱、亲水性气相白炭黑和乙二醇的重量比为1～2∶1∶2～3∶6～7。

更为优选，所述的混凝土增强剂，包括以下原料：

该用量比例下制备获得的增强剂，能够达到最佳的减水率，当增强剂掺量为1.8％时，减水率可达18以上，且对机制砂含泥量最不敏感。

本发明还公开了一种混凝土增强剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例将焦亚硫酸钠溶解于5～20份水中，加入液碱后，升温至80～85℃，搅拌2～3小时，再加入亲水性白炭黑和乙二醇，并降温至30～40℃反应，得到中间反应物；

(2)将异丙醇、六偏磷酸钠、三乙醇胺与中间物质混合后，得到混凝土增强剂。

常规混凝土增强剂均采用多种原料组分进行复配获得最终的增强剂，而本发明增强剂需进行中间体的合成后，再进行其他组分的复配，获得最终的增强剂。合成的中间体具有减水和净水的功效，能够使增强剂具有减水性能，并降低增强剂对砂石料中泥沙的敏感性，保证砂石料中含泥量增加的情况下，仍能保持混凝土较高的拌合物性能和抗压强度。

步骤(1)中，将焦亚硫酸钠加入常温水溶液中，搅拌10～30分钟，使焦亚硫酸钠充分溶解于水中。步骤(1)中，将亲水性白炭黑加入焦亚硫酸钠与液碱的反应溶液中，搅拌30～60分钟后，再加入乙二醇。

焦亚硫酸钠的充分溶解以及与液碱的充分反应可显著提高增强剂减水效果。

步骤(2)中，中间反应物与异丙醇和三乙醇胺混合后，再与六偏磷酸钠混合，得到混凝土增强剂。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用一定用量比例的六偏磷酸钠和亲水性气相白炭黑作为原料制备获得的混凝土增强剂，对机制砂中的含泥量不敏感，不会因含泥量增大而影响混凝土强度，改善了现有技术中增强剂对机制砂含泥量敏感的问题。

(2)本发明增强剂中加入焦亚硫酸钠，使增强剂具有减水性能，能够与减水剂配合，解决了当用水量过大使，现有技术中减水剂含量增加造成的减水效果降低、混凝土凝固时间推迟、混凝土强度降低等问题。

(3)本发明增强剂通过添加六偏磷酸钠，可改善水质，可采用生产废水和江河水进行混凝土的生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐释。

实施例1

在搪瓷反应釜内加入6份自来水，将3份焦亚硫酸钠溶解于水中，加入12份液碱后，加热至80℃反应，搅拌2小时后，再加入8份亲水性气相白炭黑和21份乙二醇，将温度降至30℃，反应得到中间体；将12份异丙醇、3份六偏磷酸钠、3份三乙醇胺与中间体混合后，得到混凝土增强剂。

减水率计算如下：在混凝土塌落度基本相同时，不掺减水剂的混凝土和掺有减水剂的受检混凝土单位用水量之差与不掺减水剂混凝土单位用水量之比。

本混凝土增强剂的pH值为7.43，固含量为5.56％，减水率9。将上述混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、黄沙、萘系外加剂、水和石子进行混合，混合时的质量配比如下表1所示(以不添加本发明混凝土增强剂的产品作为对照样)，通过测试本发明产品与对照样的性能及强度，测试结果如下表2所示。

表1：所述混凝土增强剂产品与对照样的配方(每立方C30混凝土配比)

表2：所述混凝土增强剂产品与对照样的性能(每立方C30混凝土配比)

实施例2

在搪瓷反应釜内加入9份自来水，将4份焦亚硫酸钠溶解于水中，加入10份液碱后，加热至85℃反应，搅拌2.5小时后，再加入9份亲水性气相白炭黑和22份乙二醇，将温度降至30℃，反应得到中间体；将12份异丙醇、4份六偏磷酸钠、3份三乙醇胺与中间体混合后，得到混凝土增强剂。

本混凝土增强剂的pH值为7.51，固含量为5.64％，减水率9。将上述混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、黄沙、萘系外加剂、水和石子进行混合，混合时的质量配比如下表3所示(以不添加本发明混凝土增强剂的产品作为对照样)，通过测试本发明产品与对照样的性能及强度，测试结果如下表4所示。

表3：所述混凝土增强剂产品与对照样的配方(每立方C30混凝土配比)

表4：所述混凝土增强剂产品与对照样的性能(每立方C30混凝土配比)

实施例3

在搪瓷反应釜内加入10份自来水，将4份焦亚硫酸钠溶解于水中，加入13份液碱后，加热至80℃反应，搅拌2小时后，再加入10份亲水性气相白炭黑和20份乙二醇，将温度降至35℃，反应得到中间体；将12份异丙醇、4份六偏磷酸钠、3份三乙醇胺与中间体混合后，得到混凝土增强剂。

本混凝土增强剂的pH值为7.53，固含量为5.72％，减水率18。将上述混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、黄沙、萘系外加剂、水和石子进行混合，混合时的质量配比如下表5所示(以不添加本发明混凝土增强剂的产品作为对照样)，通过测试本发明产品与对照样的性能及强度，测试结果如下表6所示。

表5：所述混凝土增强剂产品与对照样的配方(每立方C30混凝土配比)

表6：所述混凝土增强剂产品与对照样的性能(每立方C30混凝土配比)

实施例4

在搪瓷反应釜内加入15份自来水，将10份焦亚硫酸钠溶解于水中，加入15份液碱后，加热至80℃反应，搅拌2小时后，再加入4份亲水性气相白炭黑和10份乙二醇，将温度降至35℃，反应得到中间体；将15份异丙醇、8份六偏磷酸钠、9份三乙醇胺与中间体混合后，得到混凝土增强剂。

本混凝土增强剂的pH值为7.52，固含量为5.62％，减水率10。将上述混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、黄沙、萘系外加剂、水和石子进行混合，混合时的质量配比如下表6所示(以不添加本发明混凝土增强剂的产品作为对照样)，通过测试本发明产品与对照样的性能及强度，测试结果如下表7所示。

表6：所述混凝土增强剂产品与对照样的配方(每立方C30混凝土配比)

表7：所述混凝土增强剂产品与对照样的性能(每立方C30混凝土配比)

实施例5

在搪瓷反应釜内加入6份自来水，将5份焦亚硫酸钠溶解于水中，加入6份液碱后，加热至80℃反应，搅拌2小时后，再加入15份亲水性气相白炭黑和30份乙二醇，将温度降至35℃，反应得到中间体；将20份异丙醇、2份六偏磷酸钠、2份三乙醇胺与中间体混合后，得到混凝土增强剂。

表8：所述混凝土增强剂产品与对照样的配方(每立方C30混凝土配比)

表9：所述混凝土增强剂产品与对照样的性能(每立方C30混凝土配比)

本混凝土增强剂的pH值为7.32，固含量为5.22％，减水率9。将上述混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、黄沙、萘系外加剂、水和石子进行混合，混合时的质量配比如表8所示(以不添加本发明混凝土增强剂的产品作为对照样)，通过测试本发明产品与对照样的性能及强度，测试结果如表9所示。

Claims (4)

1.一种混凝土增强剂，以重量份计，其特征在于，包括以下原料：

2.如权利要求1所述的混凝土增强剂，其特征在于，以重量份计，包括以下原料：

3.如权利要求1所述的混凝土增强剂，其特征在于，以重量份计，包括以下原料：

4.一种如权利要求1～3任一项所述的混凝土增强剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份计将焦亚硫酸钠溶解于5～20份水中，加入液碱后，升温至80～85℃，搅拌2～3小时，再加入亲水性气相白炭黑和乙二醇，并降温至30～40℃反应，得到中间反应物；其中，将焦亚硫酸钠加入常温水中，搅拌10～30分钟，使焦亚硫酸钠充分溶解于水中；将亲水性气相白炭黑加入焦亚硫酸钠与液碱的反应溶液中，搅拌30～60分钟后，再加入乙二醇；

(2)将中间反应物与异丙醇和三乙醇胺混合后，再与六偏磷酸钠混合，得到混凝土增强剂。