CN105198264B - 一种高效节能混凝土增效剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效节能混凝土增效剂及其制备方法，属于混凝土技术领域。它是由以下重量份的原料制成：UFD高分子共聚物10～25、减水剂母液10～15、三聚磷酸钠3～5、葡萄糖酸钠2～7、稳定剂10～15、水33～65。其中，UFD高分子共聚物是由尿素、甲醛、十二苯基磺酸钠制成。本发明的高效节能混凝土增效剂通过各组分之间的协调促进作用，可以提高混凝土强度等级、改善工作性能，或者在保持混凝土工作性能、强度等级基本一致的情况下减少水泥用量，从而达到降低混凝土生产成本的目的，进而实现节能降耗、减少环境污染的目标。该产品生产工艺简单，产品储存周期，长达一年。

Description

一种高效节能混凝土增效剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效节能混凝土增效剂及其制备方法，属于混凝土技术领域。

背景技术

近年来，我国经济快速增长，各项建设取得了巨大成绩，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐。为了合理利用资源，防止环境污染，保持生态平衡，保障人类健康地发展，使环境更好的适应人类的劳动和生活，以及自然界生物的生存，国家号召各行各业做到环境保护，节能减排。

水泥是传统产业中的基础行业，其能耗高、污染重已成为水泥行业发展地弊病。要解决水泥行业对环境造成的不良影响，首先要在生产过程中严格执行节能减排、环境保护等相关措施；其次，减少水泥需求量，从根本上减少水泥制备过程中造成的污染。目前，混凝土是使用水泥的第一大户，只有减少混凝土当中水泥的用量才能从根本上减少水泥需求量，从而减少水泥生产过程中造成的污染。

混凝土生产过程中水泥用量取决于混凝土强度等级与工作性能，同一强度等级的混凝土水泥用量相对固定，减少混凝土当中水泥用量前提首先确保混凝土强度与工作性能达到设计要求，因此，要想减少同一强度等级混凝土当中水泥用量，必须提高混凝土强度及工作性能。为达到这一目的，混凝土搅拌站目前多采用使用优质砂、石骨料，减少单方混凝土用水量从而提高混凝土强度达到减少水泥用量的目的，然而，进年来优质砂、石越来越紧缺且价格越来越高，降低水泥带来的效益远不足使用优质砂、石所增加的成本。混凝土生产过程中添加混凝土增效剂，在确保混凝土强度等级、工作性能不变的情况下，直接减少水泥用量无需提高砂、石骨料质量，从而达到为混凝土搅拌站节约成本，进而达到减少水泥用量、减少水泥生产过程中造成的环境污染的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，通过研究改进，给出一种高效节能混凝土增效剂，该种增效剂系UFD高分子共聚物、减水剂母液、葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠、稳定剂和水进行复合而成。本发明产品一般掺量为混凝土胶凝材料总量的0.6％，在保持混凝土强度等级及工作性能的情况下，可以节约15-20％水泥用量。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：

一种高效节能混凝土增效剂，其特征是：由以下重量份的原料制成：

UFD高分子共聚物10～25、减水剂母液10～15、三聚磷酸钠3～5、葡萄糖酸钠2～7、稳定剂10～15、水33～65。

进一步的，

所述UFD高分子共聚物是由尿素、水、甲醛溶液、碱性溶液、十二烷基苯磺酸钠制成；

所述UFD高分子共聚物生产工艺包括以下步骤：

①在碱性条件下，甲醛溶液和尿素进行加成反应，生成多羟甲基脲；

②在碱性条件下，向步骤①反应产物中加入甲醛溶液、十二烷基苯磺酸钠进行缩聚反应，制得UFD高分子共聚物；

以上步骤①和②中，所述的碱性条件为加入碱性溶液，反应过程中，控制反应的pH为10～12。

进一步的，

尿素、水、甲醛溶液、碱性溶液、十二烷基苯磺酸钠的重量比为1:1:3.5:0.2:0.7。

进一步的，

所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、乙醇钠溶液、氨水的一种或几种；碱性溶液的加入方式为搅拌下滴加的方式；

进一步的，碱性溶液为28wt％氨水和40wt％氢氧化钠溶液重量比为1:1的混合物。

所述甲醛溶液中甲醛质量分数35％～37％，含有5％甲醇，余量为水；

步骤①加成反应温度为40℃～50℃，反应时间为2h～2.5h；

步骤②缩聚反应温度为75℃～85℃，反应时间为5h～7h。

进一步的，

所述UFD高分子共聚物生产工艺包括以下步骤：

①称取等质量的尿素和水加入三口瓶，开启搅拌，搅拌至溶清，使用碱性溶液将反应体系的pH值调节至10～12，迅速升温至50℃，向反应液中滴加37％甲醛溶液，尿素和甲醛溶液发生加成反应，生成多羟甲基脲；

②步骤①的产物和十二烷基苯磺酸钠混合，加入碱性溶液调节pH值为10～12，缓慢加入37％甲醛溶液，迅速升高温度至80℃后进行缩聚反应，反应结束后生成磺酸盐系共聚物UFD混合物，经过减压蒸馏后制得磺酸盐系水泥助磨剂原材料UFD。

进一步的，所述减水剂母液为聚羧酸母液、氨基母液或者脂肪族母液。

进一步的，所述稳定剂为丙三醇或者山梨醇。

本发明还提供了一种上述高效节能混凝土增效剂的制备方法，包括以下步骤：

①根据上述的重量份和重量配比称取原料；

②将步骤①中称取的三聚磷酸钠加入水中搅拌溶解，再加入称取的葡萄糖酸钠，进行搅拌溶解；然后加入UFD高分子共聚物，进行搅拌混合，混合完毕后，最后加入称取的稳定剂和减水剂母液，搅拌均匀，即为高效节能混凝土增效剂。

本发明还提供了一种上述高效节能混凝土增效剂的应用，其特征是，所述高效节能混凝土增效剂在混凝土中的掺入量为混凝土胶凝材料总重量的0.4％-0.8％。

进一步的，所述高效节能混凝土增效剂在混凝土中的掺入量为混凝土胶凝材料总重量的0.6％。

本发明中UFD高分子共聚物是主要的增强成分，提高混凝土早期、后期强度；减水剂母液是主要的减水成分、主要是降低混凝土水胶比，葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠是主要的缓凝成分、主要是改善混凝土凝结时间及工作性能；添加稳定剂可以有效防止产品有晶体析出或产生沉淀。混凝土增效剂经过各成分的复合作用，达到改善混凝土工作性能、提高混凝土强度等级的特点。

使用本产品需注意以下几点：1、本增效剂应在检验合格后使用。验收检验方法1)比较简单的方法是，在相同的温度条件下检测新到增效剂和经过使用已证明合格的增效剂留样的密度、PH值和颜色，当二者在误差范围内时就可以认为合格投入使用；2)用一种配合比与生产混凝土相同标号的混凝土，同时在相同的试验室里分别用经使用证明确认合格的增效剂留样和新到的增效剂抽样，进行混凝土工作性能、抗压强度进行对比试验，当掺入两种增效剂混凝土工作性能及7天抗压强度在允许误差范围之内，则视为新进增效剂合格。2、本增效剂掺量为胶凝材料总质量的0.6％，具体掺量以试配结果为准。3、使用配套的计量设备，确保计量准确性、均匀性。4、本产品严禁在太阳下暴晒。

本发明的有益效果是：本发明的高效节能混凝土增效剂通过各组分之间的协调促进作用，可以提高混凝土强度等级、改善工作性能，或者在保持混凝土工作性能、强度等级基本一致的情况下减少水泥用量，从而达到降低混凝土生产成本的目的，进而实现节能降耗、减少环境污染的目标。该产品生产工艺简单，产品储存周期，长达一年。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明保护范围的限定。

实施例1

UFD高分子共聚物的制备：

1)称取50g尿素和50g的去离子水，将称好的尿素和水依次加入到250ml三口瓶内，开启搅拌，调节搅拌转速至150rpm，尿素完全溶解后，称取10.5g的碱性溶液(碱性溶液由4.5g氨水(质量分数28％)和4.5g液碱(质量分数40％氢氧化钠)按质量比1:1混合而成)，将碱性溶液缓慢加入到三口瓶内，期间搅拌不停止，将水浴锅升温至50℃；

2)称取110g的37％甲醛溶液(所述甲醛溶液中甲醛质量分数37％，含有5％甲醇，余量为水)，待三口瓶内溶液温度在50℃时，用150ml的恒滴将甲醛溶液加入反应体系，2小时内滴加完毕，继续反应1个小时；

3)称取35g十二烷基苯磺酸钠，待上述反应结束后，将其全部加入到反应瓶内，继续搅拌并且保持温度不变；

4)称取65g甲醛溶液(所述甲醛溶液中甲醛质量分数37％，含有5％甲醇，余量为水)，用恒滴将其在2个小时内滴加完毕，继续保持温度不变；

5)滴加完毕后将反应体系温度升高到80℃，保持反应5小时，然后降温出料，得到淡黄色液体即为UFD高分子共聚物。

实施例2

首先将5公斤三聚磷酸钠加入到33公斤的水中快速搅拌，待完全溶解后，再将7公斤的葡萄糖酸钠加入其中，进行搅拌溶解，再将25公斤的UFD高分子共聚物加入其中，进行搅拌混合，最后将15公斤的丙三醇和15公斤聚羧酸母液加入其中搅拌均匀即为高效节能混凝土增效剂。

该发明混凝土增效剂在混凝土中的掺加重量百分比为胶凝材料总质量的0.6％。按照C30混凝土强度等级设计配合比准备相关原材料，以不掺加增效剂混凝土配合比为基准，按照胶凝材料总量的0.6％掺加此增效剂，分别以不改变水泥用量、减少55公斤水泥用量为对比样，按照《GB_T 50107-2010混凝土强度检验评定标准》进行测试，混凝土试验效果见表1和表2所示。

表1掺加增效剂不改变水泥用量的混凝土试验效果数据

注：所有原材料及配合比为广西南宁S搅拌站提供，增效剂掺量为胶凝材料(胶凝材料包含水泥、矿粉和粉煤灰)总质量的0.6％，混凝土配合比未进行调整。

表2掺加增效剂改变水泥用量的混凝土试验效果数据

注：所有原材料及配合比为广西南宁X搅拌站所提供，增效剂用量为胶凝材料(胶凝材料包含水泥和粉煤灰)总质量0.6％，水泥用量减少55kg。

可见，在混凝土配合比不变的情况下，使用此增效剂，混凝土的7天和28天抗压强度分别增加了7.4MPa和10.9MPa，混凝土的工作性能得到明显改善；在混凝土配合比减少55公斤水泥用量的情况下，使用此增效剂，混凝土7天、28天抗压强度略有增加同时工作性能得到改善。

实施例3

首先将3公斤三聚磷酸钠加入到65公斤的水中快速搅拌，待完全溶解后，再将2公斤的葡萄糖酸钠加入其中，进行搅拌溶解，再将10公斤的UFD高分子共聚物加入其中，进行搅拌混合，最后将10公斤的丙三醇和10公斤聚羧酸母液加入其中搅拌均匀即为高效节能混凝土增效剂。

该发明混凝土增效剂在混凝土中的掺加重量百分比为胶凝材料总质量的0.6％。按照C30混凝土强度等级设计配合比准备相关原材料，以不掺加增效剂混凝土配合比为基准，按照胶凝材料总量的0.6％掺加此增效剂，分别以不改变水泥用量、减少55公斤水泥用量为对比样，按照《GB_T 50107-2010混凝土强度检验评定标准》进行测试，混凝土试验效果见表3和表4所示。

表3掺加增效剂不改变水泥用量的混凝土试验效果数据

注：所有原材料及配合比为广西南宁S搅拌站提供，增效剂掺量为胶凝材料(胶凝材料包含水泥、矿粉和粉煤灰)总质量的0.6％，混凝土配合比未进行调整。

表4掺加增效剂改变水泥用量的混凝土试验效果数据

注：所有原材料及配合比为广西南宁X搅拌站所提供，增效剂用量为胶凝材料(胶凝材料包含水泥和粉煤灰)总质量0.6％，水泥用量减少55kg。

可见，在混凝土配合比不变的情况下，使用此增效剂，混凝土的7天和28天抗压强度分别增加了6.4MPa和9.9MPa，混凝土的工作性能得到明显改善；在混凝土配合比减少55公斤水泥用量的情况下，使用此增效剂，混凝土7天、28天抗压强、工作性能与基准保持一致。实施例4

首先将5公斤三聚磷酸钠加入到33公斤的水中快速搅拌，待完全溶解后，再将7公斤的葡萄糖酸钠加入其中，进行搅拌溶解，再将25公斤的UFD高分子共聚物加入其中，进行搅拌混合，最后将15公斤的山梨醇和15公斤氨基母液加入其中搅拌均匀即为高效节能混凝土增效剂。

该发明混凝土增效剂在混凝土中的掺加重量百分比为胶凝材料总质量的0.6％。按照C30混凝土强度等级设计配合比准备相关原材料，以不掺加增效剂混凝土配合比为基准，按照胶凝材料总量的0.6％掺加此增效剂，分别以不改变水泥用量、减少55公斤水泥用量为对比样，按照《GB_T 50107-2010混凝土强度检验评定标准》进行测试，混凝土试验效果见表5和表6所示。

表5掺加增效剂不改变水泥用量的混凝土试验效果数据

注：所有原材料及配合比为广西南宁S搅拌站提供，增效剂掺量为胶凝材料(胶凝材料包含水泥、矿粉和粉煤灰)总质量的0.6％，混凝土配合比未进行调整。

表6掺加增效剂改变水泥用量的混凝土试验效果数据

注：所有原材料及配合比为广西南宁X搅拌站所提供，增效剂用量为胶凝材料(胶凝材料包含水泥和粉煤灰)总质量0.6％，水泥用量减少55kg。

可见，在混凝土配合比不变的情况下，使用此增效剂，混凝土的7天和28天抗压强度分别增加了5.4MPa和9.0MPa，混凝土的工作性能得到明显改善；在混凝土配合比减少55公斤水泥用量的情况下，使用此增效剂，混凝土7天、28天抗压强度、工作性能与基准基本一致。

实施例5

首先将4公斤三聚磷酸钠加入到50公斤的水中快速搅拌，待完全溶解后，再将6公斤的葡萄糖酸钠加入其中，进行搅拌溶解，再将20公斤的UFD高分子共聚物加入其中，进行搅拌混合，最后将10公斤的丙三醇和10公斤聚羧酸母液加入其中搅拌均匀即为高效节能混凝土增效剂。

该发明混凝土增效剂在混凝土中的掺加重量百分比为胶凝材料总质量的0.6％。按照C30混凝土强度等级设计配合比准备相关原材料，以不掺加增效剂混凝土配合比为基准，按照胶凝材料总量的0.6％掺加此增效剂，分别以不改变水泥用量、减少55公斤水泥用量为对比样，按照《GB_T 50107-2010混凝土强度检验评定标准》进行测试，混凝土试验效果见表7和表8所示。

表7掺加增效剂不改变水泥用量的混凝土试验效果数据

注：所有原材料及配合比为广西南宁S搅拌站提供，增效剂掺量为胶凝材料(胶凝材料包含水泥、矿粉和粉煤灰)总质量的0.6％，混凝土配合比未进行调整。

表8掺加增效剂改变水泥用量的混凝土试验效果数据

注：所有原材料及配合比为广西南宁X搅拌站所提供，增效剂用量为胶凝材料(胶凝材料包含水泥和粉煤灰)总质量0.6％，水泥用量减少55kg。

可见，在混凝土配合比不变的情况下，使用此增效剂，混凝土的7天和28天抗压强度分别增加了5.8MPa和7.9MPa，混凝土的工作性能得到明显改善；在混凝土配合比减少55公斤水泥用量的情况下，使用此增效剂，混凝土7天、28天抗压强度、工作性能与基准保持一致。

Claims (7)

1.一种高效节能混凝土增效剂，其特征是：由以下重量份的原料制成：

UFD高分子共聚物10~25、减水剂母液10~15、三聚磷酸钠3~5、葡萄糖酸钠2~7、稳定剂10~15、水33~65；

所述减水剂母液为聚羧酸母液、氨基母液或者脂肪族母液；

所述稳定剂为丙三醇或者山梨醇；

所述UFD高分子共聚物是由尿素、水、甲醛溶液、碱性溶液、十二烷基苯磺酸钠制成，

尿素、水、甲醛溶液、碱性溶液、十二烷基苯磺酸钠的重量比为1:1:3.5:0.2:0.7。

2.根据权利要求1所述的高效节能混凝土增效剂，其特征是，

所述UFD高分子共聚物是由尿素、水、甲醛溶液、碱性溶液、十二烷基苯磺酸钠制成；

所述UFD高分子共聚物生产工艺包括以下步骤：

①在碱性条件下，甲醛溶液和尿素进行加成反应，生成多羟甲基脲；

②在碱性条件下，向步骤①反应产物中加入甲醛溶液、十二烷基苯磺酸钠进行缩聚反应，制得UFD高分子共聚物；

以上步骤①和②中，所述的碱性条件为加入碱性溶液，反应过程中，控制反应的pH为10~12。

3.根据权利要求2所述的高效节能混凝土增效剂，其特征是，

所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、乙醇钠溶液、氨水的一种或几种；碱性溶液的加入方式为搅拌下滴加的方式；

所述甲醛溶液中甲醛质量分数35%~37%，含有5%甲醇，余量为水；

步骤①加成反应温度为40℃~50℃，反应时间为2h~2.5h；

步骤②缩聚反应温度为75℃~85℃，反应时间为5h~7h。

4.根据权利要求2所述的高效节能混凝土增效剂，其特征是，所述UFD高分子共聚物生产工艺包括以下步骤：

①称取等质量的尿素和水加入三口瓶，开启搅拌，搅拌至溶清，使用碱性溶液将反应体系的pH值调节至10~12，迅速升温至50℃，向反应液中滴加37%甲醛溶液，尿素和甲醛溶液发生加成反应，生成多羟甲基脲；

②步骤①的产物和十二烷基苯磺酸钠混合，加入碱性溶液调节pH值为10~12，缓慢加入37%甲醛溶液，迅速升高温度至80℃后进行缩聚反应，反应结束后生成磺酸盐系共聚物UFD混合物，经过减压蒸馏后制得磺酸盐系水泥助磨剂原材料UFD。

5.一种根据权利要求1-4任一所述的高效节能混凝土增效剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

①根据权利要求1-4任一所述的重量份和重量配比称取原料；

②将步骤①中称取的三聚磷酸钠加入水中搅拌溶解，再加入称取的葡萄糖酸钠，进行搅拌溶解；然后加入UFD高分子共聚物，进行搅拌混合，混合完毕后，最后加入称取的稳定剂和减水剂母液，搅拌均匀，即为高效节能混凝土增效剂。

6.一种根据权利1-4任一权利要求所述高效节能混凝土增效剂的应用，其特征是，所述高效节能混凝土增效剂在混凝土中的掺入量为混凝土胶凝材料总重量的0.4%-0.8%。

7.一种根据权利6任一权利要求所述高效节能混凝土增效剂的应用，其特征是，所述高效节能混凝土增效剂在混凝土中的掺入量为混凝土胶凝材料总重量的0.6%。