CN105036587B

CN105036587B - 一种高性能混凝土增效剂及其制备方法

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Publication number: CN105036587B
Application number: CN201510558997.7A
Authority: CN
Inventors: 宋南京; 张辉; 赵洪义; 赵贵亮; 陈相田; 冯恩娟; 赵建国
Original assignee: Shandong Hongyi Technology Co Ltd
Current assignee: Linyi conch New Material Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2015-09-06
Filing date: 2015-09-06
Publication date: 2017-07-14
Anticipated expiration: 2035-09-06
Also published as: CN105036587A

Abstract

本发明公开了一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：分散组分5%‑7%，增强组分10%‑15%，活性激发组分3%‑5%，络合组分2%‑4%，余量为水。本发明还公开了该高性能混凝土增效剂的制备方法。本发明的高性能混凝土增效剂可以有效改善混凝土拌合物和易性，提高混凝土的强度，提升混凝土的综合性能。在保证混凝土强度的前提下，可以降低混凝土中水泥用量10%，降低使用成本。在保证混凝土强度的前提下，可以使用掺合料（粉煤灰+矿渣）替代40%的水泥，显著降低成本。本发明的高性能混凝土增效剂适应性广泛，增效功能显著，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种高性能混凝土增效剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，特别涉及一种高性能混凝土增效剂及其制备方法。

背景技术

自19世纪20年代出现了波特兰水泥后，以水泥作为胶凝材料，砂和石作为集料，与水按一定比例配合，经搅拌制成的水泥混凝土，由于其良好的强度和耐久性能已经成为土木工程中最大宗的建筑材料。混凝土的生产需要大量的使用水泥，而水泥在制备过程中首先要煅烧石灰石制备熟料，在熟料制备过程中，会排放大量二氧化碳和氮氧化物等污染环境的大量有害气体和污染物。21世纪国家明确提出了绿色可持续发展战略，在发展的同时，更加重视对环境的保护。因此，最大宗的建筑材料混凝土在保证各项性能指标的前提下，减少水泥用量，或更多的使用工业废渣替代水泥，制备绿色高性能混凝土对于水泥工业的节能减排，环境保护具有重要的意义。

水泥是由诸多级配的水泥颗粒组成的，水泥最佳性能的颗粒级配：3-32μm颗粒总量不能小于65%，小于3μm的颗粒不要超过10%，大于65μm和小于1μm的颗粒越少越好，因为3-32μm的颗粒对强度增长起主要作用，特别是16-24μm的颗粒对水泥性能尤为重要，含量越多越好。由于水泥助磨剂的使用，加之企业对水泥早期强度要求较高，使得目前市场上的水泥颗粒分布中细粉较多，小于3μm颗粒含量大于15%，甚至超过20%，这些超细粉颗粒容易团聚，在混凝土中有很大一部分不能完全水化，只起到填充的作用，对混凝土的强度没有发挥贡献，无法有效发挥水泥的效用；另外一方面，由于不同的减水剂对水泥的吸附影响机理不同，减水剂在加入到一定程度后对混凝土就很难再起作用，其经济性和施工性能难以保障。目前，混凝土中所用的减水剂是含有主链和支链的高分子聚合物，分子量比较大，分子链比较长，能有效分散3μm以上的水泥颗粒，但是对于小于3μm的颗粒通常分散效果一般，且细粉颗粒会大量吸附减水剂分子，使减水剂的分散作用减弱，一方面增大了减水剂的用量，另一方面导致混凝土品质下降，这与建设资源节约型、环境友好型社会背道而驰。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述混凝土应用中存在的不足，提供一种适应性广泛、增效功能显著的高性能混凝土增效剂。

本发明的另一个目的在于提供了一种高性能混凝土增效剂的制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：

分散组分5%-7%

增强组分10%-15%

活性激发组分3%-5%

络合组分2%-4%

余量为水；

所述分散组分为甲醇、乙醇、乙二醇和丙三醇中的一种；

所述增强组分为三异丙醇胺或月桂酰单异丙醇胺；

所述活性激发组分为氨基三乙酸钠、乙二胺四乙酸盐和二乙烯三胺五羧酸盐中的一种；

所述络合组分为磷酸二氢钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种。

优选的，分散组分为甲醇。

优选的，增强组分为三异丙醇胺。

优选的，活性激发组分为氨基三乙酸钠。

优选的，络合组分为六偏磷酸钠。

一种高性能混凝土增效剂的制备方法，包含以下步骤：

1）按重量百分比称取各组分：分散组分5%-7%，增强组分10%-15%，活性激发组分3%-5%，络合组分2%-4%，余量为水；

2）将分散组分和增强组分混合均匀，得组分1；

3）将组分1和络合组分加至水中，搅拌均匀，得混合溶液；

4）将活性激发组分加至混合溶液中，搅拌均与，即可制得本发明的高性能混凝土增效剂。

发明人发现，分子中碳原子数小于3的有机醇类物质加入到混凝土中，能够明显提高减水剂的减水率，改善混凝土的和易性，如甲醇、乙醇、乙二醇和丙三醇，其中优选甲醇。其原因在于，易团聚的水泥细小颗粒无法被大分子减水剂分散，但能够被小分子的醇类物质吸附并分散，使其团聚包裹的水被释放出来。这样，一方面可以使原本不能充分水化的细小水泥颗粒可以被分散开来充分水化，另一方面可以与减水剂协同叠加作用，在保证混凝土拌合物状态的同时，进一步减少混凝土中的用水量，降低水胶比，进而提高强度。

为了提高混凝土的强度，尤其是后期强度，本发明采用了异丙醇胺类物质作为增强组分，其中优选三异丙醇胺。异丙醇胺类物质可以显著提高水泥活性，促进水泥后期水化。

发明人发现，氨基多羧酸盐类活性激发组分如氨基三乙酸钠、乙二胺四乙酸盐、二乙烯三胺五羧酸盐等，不仅能够有效激发水泥中非活性混合材的活性，同时还能能够激发混凝土中掺合料粉煤灰和矿渣微粉的活性。氨基多羧酸盐溶于水后，会形成大量的羧基和羟基，且具有三维结构，这些浓度较高的羧基和羟基吸附到水泥颗粒表面，能够破坏非活性材料表面光滑、致密的Si-O-Si键和Si-O-Al键及其网络结构，使晶体结构产生缺陷，加速其解离和水化，从而能够最大限度提高混凝土的强度。

水泥水化过程中会形成大量的钙离子，络合组分磷酸二氢钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠等能够与钙离子形成络合物，一方面降低水化产物中钙离子的浓度，加速水泥水化反应向正方向进行，另一方面，形成的磷酸钙类络合物三维结构能够提高水泥水化结构的致密性，从而提高混凝土的强度。

本发明的混凝土增效剂中每一组分在各自发挥个体作用同时，还可以产生协同叠加效应，使混凝土增效剂的效能达到最佳效果，能够有效改善混凝土的和易性，提高混凝土的强度；或者，在保证混凝土技术要求的同时，可以降低水泥用量；或者大量提高掺合料在混凝土中的用量。

本发明的有益效果

（1）本发明的高性能混凝土增效剂可以有效改善混凝土拌合物和易性，提高混凝土的强度，在混凝土中掺量为0.5%，可使混凝土28d强度提高4-7Mpa，提升混凝土的综合性能。

（2）本发明的高性能混凝土增效剂在保证混凝土强度的前提下，可以降低混凝土中水泥用量10%，降低使用成本。

（3）本发明的高性能混凝土增效剂在保证混凝土强度的前提下，可以使用掺合料（粉煤灰+矿渣）替代40%的水泥，显著降低成本。

（4）本发明的高性能混凝土增效剂适应性广泛，增效功能显著，具有显著的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步说明本发明的混凝土增效剂。

实施例1

一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：乙醇5%、三异丙醇胺10%、乙二胺四乙酸盐3%、磷酸二氢钠2%、余量为水；

一种高性能混凝土增效剂的制备方法，包含以下步骤：

1）按重量百分比称取各组分；

2）将分散组分和增强组分混合均匀，得组分1；

3）将组分1和络合组分加至水中，搅拌均匀，得混合溶液；

实施例2

一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：乙二醇5%、月桂酰单异丙醇胺13%、二乙烯三胺五羧酸盐4%、磷酸二氢钠4%、余量为水；

制备方法同实施例1。

实施例3

一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：甲醇5%、三异丙醇胺15%、氨基三乙酸钠5%、六偏磷酸钠3%、余量为水；

制备方法同实施例1。

实施例4

一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：丙三醇 6%、月桂酰单异丙醇胺10%、乙二胺四乙酸盐4%、三聚磷酸钠2%、余量为水；

制备方法同实施例1。

实施例5

一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：甲醇 6%、三异丙醇胺13%、氨基三乙酸钠5%、六偏磷酸钠4%、余量为水；

制备方法同实施例1。

实施例6

一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：甲醇 6%、三异丙醇胺15%、氨基三乙酸钠3%、六偏磷酸钠3%、余量为水；

制备方法同实施例1。

实施例7

一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：乙醇7%、月桂酰单异丙醇胺10%、二乙烯三胺五羧酸盐5%、六偏磷酸钠2%、余量为水；

制备方法同实施例1。

实施例8

一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：乙二醇7%、月桂酰单异丙醇胺13%、氨基三乙酸钠3%、三聚磷酸钠4%、余量为水；

制备方法同实施例1。

实施例9

一种高性能混凝土增效剂，是由以下重量百分比的原料组成的：丙三醇7%、三异丙醇胺15%、乙二胺四乙酸盐4%、磷酸二氢钠3%、余量为水；

制备方法同实施例1。

实验测试

按照如下方法将实施例1-9制备的混凝土增效剂应用到混凝土中，并与不加增效剂的对比例进行对比。实验以C30混凝土作为对象，水泥采用中联42.5普通硅酸盐水泥，砂子为沂河砂（细度模数为2.4），石子为5-25mm的连续级配碎石。混凝土拌合物性能按照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行检验；混凝土强度按照GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检验。

试验测试1

混凝土配合比见表1，不改变混凝土的配合比，加入混凝土增效剂（掺量为胶凝材料的0.5%），混凝土拌合物性能及力学性能试验结果见表2。

表1 混凝土配合比（C30）kg/m³

水泥	粉煤灰	砂子	石子	水	减水剂
						300	80	830	1010	165	7.6

表2 混凝土拌合物性能及力学性能试验结果

由表2中试验结果可以看出，混凝土中加入本发明的增效剂后，混凝土初始塌落度都有改善，7d和28d强度均有增长，其中28d强度增长可达到7.04Mpa。

试验测试2

调整混凝土配合比，降低水泥用量，选取实施例3、实施例5和实施例6制备的混凝土增效剂进行混凝土试验，混凝土调整配合比见表3，混凝土拌合物性能及力学性能试验结果见表4。

表3 混凝土调整配合比kg/m³

项目	水泥	粉煤灰	砂子	石子	水	减水剂	增效剂
								原配比	300	80	830	1010	165	7.6	0
调整配比	270	80	840	1030	160	7.6	1.75

表4 混凝土拌合物性能及力学性能试验结果

由表4中试验数据可以看出，加入本发明的混凝土增效剂，在水泥用量降低10%的情况下，混凝土28d强度略有增长。

试验测试3

调整混凝土的配合比，总胶凝材料不变，粉煤灰增加30%，矿粉增加10%，水泥降低40%，选取实施例3、实施例5和实施例6制备的混凝土增效剂进行混凝土试验，混凝土调整配合比见表5，混凝土拌合物性能及力学性能试验结果见表6。

表5 混凝土调整配合比kg/m³

项目	水泥	粉煤灰	矿粉	砂子	石子	水	减水剂	增效剂
									对比例	300	80	0	830	1010	165	7.6	0
实施例	180	170	30	830	1010	155	7.6	1.9

表6 混凝土拌合物性能及力学性能试验结果

由表6中试验数据可以看出，使用混凝土增效剂后，利用掺合料替代水泥40%，混凝土的28d抗压强度仍与对比例持平或略高。

综上所述，本发明的高性能混凝土增效剂应用到混凝土中，能够改善混凝土拌合物性能，提高混凝土的抗压强度；在保证混凝土强度不变的情况下，能减少水泥用量10%，或多用掺合料替代水泥40%，从而降低成本，节能环保，具有巨大经济效益和社会效益。

最后应说明的是：以上具体实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述具体实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式和具体实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种高性能混凝土增效剂，其特征在于，是由以下重量百分比的原料组成的：

分散组分5%-7%

增强组分10%-15%

活性激发组分3%-5%

络合组分2%-4%

余量为水；

所述分散组分为甲醇；

所述增强组分为三异丙醇胺或月桂酰单异丙醇胺；

所述络合组分为六偏磷酸钠。

2.根据权利要求1所述的高性能混凝土增效剂，其特征在于，所述增强组分为三异丙醇胺。

3.根据权利要求1所述的高性能混凝土增效剂，其特征在于，所述活性激发组分为氨基三乙酸钠。

4.一种权利要求1所述的高性能混凝土增效剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

2）将分散组分和增强组分混合均匀，得组分1；

3）将组分1和络合组分加至水中，搅拌均匀，得混合溶液；

4）将活性激发组分加至混合溶液中，搅拌均匀，即可制得高性能混凝土增效剂。