CN104478280B - 一种混凝土增效剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土增效剂及其制备方法，其主要是由纺织行业中的腈纶为主要原料制备而成，用此种方法制备的混凝土增效剂能够提高混凝土的强度等级，并可以节省混凝土中的10％左右的水泥用量，同时又能保证其工作性和强度，降低生产成本；并且制备本发明增效剂所用的主要原料腈纶可以采用腈纶废丝，腈纶废丝的主要来源是腈纶的生产、加工过程产生的废料，或者，是以腈纶为主要原料的其他应用厂家产生的废料，所以本发明提供的制备混凝土增效剂的方法有效的利用了废弃腈纶，减少了废弃腈纶给环境增加的负担，有着广范的应用前景。本混凝土增效剂主要用于提高混凝土的性能。

Description

一种混凝土增效剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种混凝土增效剂及其制备方法。

背景技术

混凝土一直是建筑工程广泛使用的一种大宗人造材料，到目前为止，还没出现预见性的材料能替代混凝土的应用。预拌混凝土是迄今为止主要的混凝土生产形式，其中70％以上的预拌混凝土强度等级为C25-C35，这个强度等级的混凝土性能的改善和施工技术的进步，对整个混凝土行业的发展具有广泛而深远的影响。以减水剂为主的混凝土外加剂现已成为混凝土的重要组分，具有减少水泥用量，改善新拌混凝土工作性等特点。国内外对水泥水化程度研究资料表明，在常规环境下混凝土中有约有20％～30％的水泥并未参与水化反应，只起到微细集料填充作用，不能有效发挥水泥强度，造成了资源的极大浪费。另一方面，由于不同的减水剂对水泥吸附等的影响机理不同，在掺加到一定程度后，对混凝土就很难再起作用，其经济性及施工性难以得到保障。混凝土增效剂属于混凝土外加剂，可以使未充分反应的水泥充分反应，在保障混凝土的基本性能及强度的同时减少水泥用量，改善新伴混凝土工作性能。虽然目前水泥增效剂的使用颇多，其可以将没有被充分利用的水泥节省下来的同时又能保障混凝土的基本性能及强度，但现有的混凝土增效剂多用聚醚大单体为原料，原料获得途径困难，制备过程和最终产品的环保性能差，容易造成环境污染，这与建设资源节约型、环境友好型社会背道而驰。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种使用纺织行业中的腈纶为主要原料制备混凝土增效剂的方法，用此种方法制备的混凝土增效剂能够提高混凝土的强度等级，并可以节省混凝土中的10％左右的水泥用量，同时又能保证其工作性和强度，降低生产成本；并且制备本发明增效剂所用的主要原料腈纶可以采用腈纶废丝，腈纶废丝的主要来源是腈纶的生产、加工过程产生的废料，或者，是以腈纶为主要原料的其他应用厂家产生的废料，由于腈纶中含有N元素，分解后会产生有毒的物质污染土壤，所以本发明提供的制备增效剂的方法有效的利用了废弃腈纶，减少了废弃腈纶给环境增加的负担，有着广范的应用前景。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种混凝土增效剂，按照重量百分比由以下组分组成：

上述组分的组合以及各组分的上述百分比范围，是通过大量实验确定的，上述组合以及百分比范围使本发明的混凝土具有充分水化反应，减少水泥用量的效果。

进一步，腈纶的来源优选为腈纶的生产或加工过程产生的废料，或者以腈纶为主要原料的其他应用厂家产生产的废料。

优选的，所述无机碱优选为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种的混合物。

优选的，所述磺化剂优选为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种或几种的混合物。

优选的，所述木质素磺酸盐优选为木质素磺酸钠、木质素磺酸钾、木质素磺酸镁、木质素磺酸铵中的一种或几种的混合物。

优选的，所述不饱和有机胺优选为烯丙基胺、二烯丙基胺、三烯丙基胺中的一种或几种的混合物。

优选的，所述引发剂优选为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或几种的混合物。

制备本发明的混凝土增效剂的方法依次由以下步骤组成：

(1)往反应釜中加入腈纶丝、无机碱和水后开启搅拌，并开始加热升温，至温度达到75-85℃后反应1-5小时；

(2)往反应釜中加入甲醛和磺化剂，升温，保持温度至85-100℃的条件下，继续反应1-3小时；

(3)往反应釜中加入木质素磺酸盐和不饱和有机胺，加完后开始滴加质量百分比浓度为1-10％的引发剂溶液，此引发剂溶液由所述引发剂和部分所述水配制而成；滴加时间控制在0.5-2小时，滴加时温度控制在85-100℃；滴加完后保持温度继续反应1-4小时，降温出料，即得到上述本发明的混凝土增效剂。

与现有技术相比，本发明具有以下显著效果：

1、本发明的混凝土增效剂通过高效激发水泥颗粒的分散度，最大限度地激发水泥的作用，使水化反应更充分，从而改善混凝土的综合性能；

2、本发明的混凝土增效剂能够提高混凝土的强度等级，并节省混凝土中的10％左右的水泥用量，降低生产成本；

3、本发明的混凝土增效剂与其他混凝土外加剂配伍性良好；

4、本发明的混凝土增效剂以腈纶废丝为原料，给腈纶废丝的有效综合利用提供一种新型途径；

5、本发明的混凝土增效剂生产工艺简单、条件温和，生产过程加料、条件都容易控制，整个工艺过程无“三废”排出，是一种绿色环保型、无污染清洁化生产工艺。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

表1 实施例1-6中各组分含量

注:余量为水；

实施例1：

反应所需各组分含量按照表1所示，其中所述的无机碱为氢氧化钠，磺化剂为亚硫酸钠，木质素磺酸盐为木质素磺酸钠，不饱和有机胺为二烯丙基胺，引发剂为过硫酸钠。

(1)往反应釜中加入腈纶、氢氧化钠和水后开启搅拌，并开始加热升温，至温度达到78℃后反应2小时；

(2)再往反应釜中加入甲醛和亚硫酸钠，并保持温度在85℃条件下，继续反应3小时；

(3)往反应釜中加入木质素磺酸钠和二烯丙基胺，加完后开始滴加质量百分比浓度为4％的过硫酸钠溶液，此过硫酸钠溶液由所述过硫酸钠和水配制而成；滴加时间控制在1小时，滴加时温度控制在90℃；滴加完后保持温度继续反应3小时，降温出料，即得所述混凝土增强剂。

实施例2：

反应所需各组分含量按照表1所示，其中所述的腈纶为腈纶的生产或加工过程产生的废料，无机碱为氢氧化钾，磺化剂为亚硫酸氢钠，木质素磺酸盐为木质素磺酸钾，不饱和有机胺为烯丙基胺，引发剂为过硫酸钾。

(1)往反应釜中加入腈纶、氢氧化钾和水后开启搅拌，并开始加热升温，至温度达到75℃后反应5小时；

(2)再往反应釜中加入甲醛和亚硫酸氢钠，并保持温度在90℃条件下，继续反应2小时；

(3)往反应釜中加入木质素磺酸钾和烯丙基胺，加完后开始滴加质量百分比为浓度为6％的过硫酸钾溶液，此过硫酸钾溶液由所述过硫酸钾和水配制而成；滴加时间控制在1.5小时，滴加时温度控制在85℃；滴加完后保持温度继续反应4小时，降温出料，即得所述混凝土增强剂。

实施例3：

反应所需各组分含量按照表1所示，其中所述的腈纶为或以腈纶为主要原料的其他应用厂家产生产的废料，所述的无机碱为氢氧化钠，磺化剂为亚硫酸钠，木质素磺酸盐为木质素磺酸铵，不饱和有机胺为三烯丙基胺，引发剂为过硫酸铵。

(1)往反应釜中加入腈纶、氢氧化钠和水后开启搅拌，并开始加热升温，至温度达到80℃后反应3小时；

(2)再往反应釜中加入甲醛和亚硫酸钠，并保持温度在100℃条件下，继续反应1小时；

(3)往反应釜中加入木质素磺酸铵和三烯丙基胺，加完后开始滴加质量百分比为浓度为8％的过硫酸铵溶液，此过硫酸铵溶液由所述过硫酸铵和水配制而成；滴加时间控制在2小时，滴加时温度控制在100℃；滴加完后保持温度继续反应1小时，降温出料，即得所述混凝土增强剂。

实施例4：

反应所需各组分含量按照表1所示，其中所述腈纶为腈纶的生产或加工过程产生的废料和以腈纶为主要原料的其他应用厂家生产的废料的混合物，所述的无机碱为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物，且氢氧化钠和氢氧化钾的质量比为1:1，磺化剂采用亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物，亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的质量比为1:4，木质素磺酸盐为木质素磺酸镁，不饱和有机胺为烯丙基胺，引发剂为过硫酸钾。

(1)往反应釜中加入腈纶、氢氧化钠、氢氧化钾和水后开启搅拌，并开始加热升温，至温度达到85℃后反应1小时；

(2)再往反应釜中加入甲醛、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠，并保持温度在95℃条件下，继续反应2小时；

(3)往反应釜中加入木质素磺酸镁和烯丙基胺，加完后开始滴加质量百分比为浓度为10％的过硫酸钾溶液，此过硫酸钾溶液由所述过硫酸钾和水配制而成；滴加时间控制在2小时，滴加时温度控制在98℃；滴加完后保持温度继续反应3小时，降温出料，即得所述混凝土增强剂。

实施例5：

反应所需各组分含量按照表1所示，其中所述的无机碱为氢氧化钾，磺化剂为亚硫酸钠，木质素磺酸盐为采用木质素磺酸钠和木质素磺酸钾的混合物，且木质素磺酸钠和木质素磺酸钾的质量比为1:1，不饱和有机胺为三烯丙基胺，引发剂为过硫酸钠。

(1)往反应釜中加入腈纶、氢氧化钾和水后开启搅拌，并开始加热升温，至温度达到80℃后反应3小时；

(2)再往反应釜中加入甲醛和亚硫酸钠，并保持温度在95℃条件下，继续反应2.5小时；

(3)往反应釜中加入木质素磺酸钠、木质素磺酸钾和三烯丙基胺，加完后开始滴加质量百分比为浓度为1％的过硫酸钠溶液，此过硫酸钠溶液由所述过硫酸钠和水配制而成；滴加时间控制在0.5小时，滴加时温度控制在98℃；滴加完后保持温度继续反应3小时，降温出料，即得所述混凝土增强剂。

实施例6：

反应所需各组分含量按照表1所示，其中所述的无机碱为氢氧化钾，磺化剂为亚硫酸钠，木质素磺酸盐为木质素磺酸铵，不饱和有机胺采用二烯丙基铵和三烯丙基胺的混合物，且二烯丙基铵和三烯丙基胺的质量比为1:2，引发剂为过硫酸钠。

(1)往反应釜中加入腈纶、氢氧化钾和水后开启搅拌，并开始加热升温，至温度达到85℃后反应3小时；

(2)再往反应釜中加入甲醛和亚硫酸钠，并保持温度在95℃条件下，继续反应2小时；

(3)往反应釜中加入木质素磺酸铵、二烯丙基铵和三烯丙基胺，加完后开始滴加质量百分比为浓度3％的过硫酸钠溶液，此过硫酸钠溶液由所述过硫酸钠和水配制而成；滴加时间控制在2小时，滴加时温度控制在98℃；滴加完后保持温度继续反应3小时，降温出料，即得所述混凝土增强剂。

本发明产品对混凝土工作性能及抗压强度的对比试验：

1、试验方法

(1)坍落度、坍落度损失等基本性能的测定

坍落度，坍落度损失等参照GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测定。

(2)力学性能测定

实验室拌制混凝土采用机械搅拌，外加剂和混凝土增效剂采用同掺法加入，搅拌时间180秒。试验时按照一定的混凝土配合比，成型100mm×100mm×100mm立方体试件，24h后拆模，在标养室养护至一定龄期，测定7d、28d的抗压强度。测试基准样混凝土配合比参见表2，以企业常用的混凝土等级C30为基准配合比进行对比检验。

表2 C30混凝土配合比kg/m³

	水泥	水	粉煤灰	矿渣	河砂	5-31.5mm碎石
							基准样	210	150	98	54	790	1038
减水泥样	189	150	98	54	790	1059

现在基准样的基础上(基准样混凝土配合比参见表2)分别添加实施例1-6的本发明增效剂，添加量为水泥用量的万分之三，添加增效剂后的混凝土的各项应用效果指标和没有添加本发明增效剂的基准样的对比结果见表3。

表3 本发明实施例1-6制备的混凝土增效剂的应用效果

经过对比可见本发明的混凝土增效剂对水泥有明显的增强效果，能够提高和易性；混凝土在基准配方条件不变的情况下，加入本发明的混凝土增效剂后制备的混凝土和易性好，易于施工，塌落度损失较小，且7d和28d抗压强度都有明显的提升效果。

将基准样的水泥用量减少10％后按照表2的混凝土配合比制成减水泥样，在减水泥样中加入本发明的混凝土增效剂后(增效剂的用量为水泥用量的万分之三)，其应用效果和基准样(基准样混凝土配合比参见表2)相比不但没有下降，还有所提高(实验效果数据见表4)，可知，本发明提供的混凝土增效剂有减少水泥用量的效果。

表4 本发明实施例1-6制备的混凝土增效剂的应用效果

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种混凝土增效剂，按照重量百分比由以下组分组成：

2.根据权利要求1所述的混凝土增效剂，其特征在于：所述的腈纶为腈纶的生产或加工过程产生的废料和/或以腈纶为主要原料的其他应用厂家生产的废料。

3.根据权利要求1所述的混凝土增效剂，其特征在于：所述磺化剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的混凝土增效剂，其特征在于：所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钾、木质素磺酸镁、木质素磺酸铵中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的混凝土增效剂，其特征在于：所述不饱和有机胺优选为烯丙基胺、二烯丙基胺、三烯丙基胺中的一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的混凝土增效剂，其特征在于：所述引发剂优选为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的混凝土增效剂，其特征在于：所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种的混合物。

8.制备权利要求1所述的混凝土增效剂的方法，其特征是：

(1)往反应釜中加入腈纶、无机碱和水后搅拌，加热升温，至温度达到75-85℃后反应1-5小时；

(2)继续往反应釜中加入甲醛和磺化剂，升温，保持温度至85-100℃的条件下，反应1-3小时；

(3)继续往反应釜中加入木质素磺酸盐和不饱和有机胺，加完后开始滴加质量百分比浓度为1-10％的引发剂溶液，滴加时间控制在0.5-2小时，滴加时温度控制在85-100℃；滴加完后保持温度继续反应1-4小时，降温出料。