CN105271875B - 一种用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂，它包括以下物质：(a)至少一种链烷醇胺的硼酸酯；(b)至少一种有机醇类；(c)至少一种糖类或其衍生物；将上述物质和水按顺序混合、搅拌，得到用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂。本发明提供的用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂对于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥具有更好的调节凝结时间和改善3d/28强度增进率的效果，在粉磨过程中加入还兼具助磨作用。

Description

一种用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂
技术领域
本发明属于水泥生产技术领域中使用的添加剂，具体涉及一种用于改善硫铝酸钙改性硅酸盐水泥(S.M.P.)性能的化学添加剂。
背景技术
以含少量无水硫铝酸钙的硅酸盐水泥熟料，与规定的混合材料和适量石膏，共同磨细制成的具有早强微膨胀性的水硬性胶凝材料，称为硫铝酸钙改性硅酸盐水泥(代号S.M.P.)；执行标准《JC/T 1099-2009硫铝酸钙改性硅酸盐水泥》。中国专利ZL 03152992.5和中国专利86103649都报道了这种硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料及其生产方法。硫铝酸钙改性硅酸盐水泥(S.M.P.)区别于通用硅酸盐水泥，矿物组成中引入了具有早强、快硬、微膨胀特性的无水硫铝酸钙矿物，具有早期强度高、微膨胀的优点，但同时存在凝结时间过短且不易控制、3d/28d强度增进率低等缺点。
S.M.P.中参与水化反应的SO3主要来源于石膏和C4A3S。适宜的石膏掺入不仅可调节凝结时间和微膨胀性能，同时还能提高早期强度、降低干缩、改善耐蚀性、抗冻、抗渗性等；但如掺入过量石膏，不但缓凝作用不大，而且易在后期继续形成钙矾石，产生膨胀应力而降低水泥石强度，严重的还会造成安定性不良。研究表明：为确保S.M.P.的安定性合格，SO3的含量必须控制≤6％，此时S.M.P.的初凝时间也仅达到30min左右，难以满足应用需求。掺入一定量的混合材，如矿渣、粉煤灰后，凝结时间可延长，初凝时间可延长到60min左右(掺入30％的粉煤灰或30％的矿渣)。(刘晨，王昕，颜碧兰，等.JC/T《硫铝酸钙改性硅酸盐水泥》行业标准介绍[J].水泥，2009,08:61-64)。因此，为满足S.M.P.的应用对凝结时间、强度增进等的技术需求，必需采取合适的技术措施对S.M.P.性能加以改善。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥(S.M.P.)的性能改善的化学添加剂，该化学添加剂对于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥具有更好的调节凝结时间和改善3d/28强度增进率的效果。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂，它包括以下物质：
(a)至少一种链烷醇胺的硼酸酯；
(b)至少一种有机醇类；
(c)至少一种糖类或其衍生物；
将上述物质依次和水混合、搅拌，得到用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂。
上述物质与水的混合顺序，不限于a、b、c的次序，只要混匀一种原料之后，再混入第二种原料即可。
其中，所述链烷醇胺的硼酸酯、有机醇类、糖类或其衍生物、水的质量比为：15～60：3～30：3～25：15～60。优选质量比为：25～50：5～25：3～20：20～60。
其中，所述链烷醇胺的硼酸酯为二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)硼酸酯、N,N－双(2－羟基丙基)－N－(羟基乙基)胺(EDIPA)硼酸酯、三异丙醇胺(TIPA)硼酸酯。
其中，所述的有机醇类为乙二醇、二乙二醇、丙二醇或丙三醇。
其中，所述的糖类及其衍生物为蔗糖、葡萄糖、果糖、果葡混合糖浆或甘蔗糖蜜，或上述糖类物质的盐。
上述化学添加剂在硫铝酸钙改性硅酸盐水泥中的应用。
其中，所述的化学添加剂的掺入量为硫铝酸钙改性硅酸盐水泥重量的0.05％～0.15％。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供一种用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂，其包括在硫铝酸钙改性硅酸盐水泥中加入以下物质，优选在粉磨过程中加入：(a)至少一种链烷醇胺的硼酸酯；(b)至少一种有机醇类；(c)至少一种糖类或其衍生物和。将上述原料和水按顺序混合、搅拌，得到用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂。本发明提供的用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂制备工艺简单、用量少，对于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥具有更好的调节凝结时间和改善3d/28强度增进率的效果，在粉磨过程中加入还兼具助磨作用。
现有技术大都面向传统硅酸盐水泥，以改善硅酸盐水泥中混合材掺入后水泥早期强度降低、凝结时间延长等为应用目的，采用传统的水泥化学添加剂组分如三乙醇胺、甘油等为主要成分，难以适合硫铝酸钙改性硅酸盐水泥(S.M.P)中的应用需求。与现有技术相比，本发明将(a)至少一种链烷醇胺的硼酸酯；(b)至少一种有机醇类；(c)至少一种糖类或其衍生物和水按顺序混合、搅拌，得到用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂，是未见报道的。实验结果表明，本发明制备的用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂，在硫铝酸钙改性硅酸盐水泥中掺量为0.15％时，其初凝及终凝时间分别较参照样延长了25和38min，3d和28d抗压强度分别较参照样提高了1.6Mpa和7.8Mpa。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例；根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没做出任何创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂，其包括在硫铝酸钙改性硅酸盐水泥中加入以下物质，优选在硫铝酸钙改性硅酸盐水泥粉磨过程中加入配制好的化学添加剂，所述的化学添加剂包括：(a)至少一种链烷醇胺的硼酸酯；(b)至少一种有机醇类和(c)至少一种糖类或其衍生物。将上述原料和水按顺序混合、搅拌，得到用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂。本发明提供的用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂制备工艺简单、用量少，对于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥具有更好的调节凝结时间和改善3d/28强度增进率的效果，在粉磨过程中加入还兼具助磨作用。
按照本发明，所述链烷醇胺的硼酸酯、有机醇类、糖类或其衍生物、水的质量比为：15～60：3～30：3～25：15～60，更优选为：25～50：5～25：3～20：20～60。
按照本发明，所述链烷醇胺为所述链烷醇胺为二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)硼酸酯、N,N－双(2－羟基丙基)－N－(羟基乙基)胺(EDIPA)硼酸酯、三异丙醇胺(TIPA)硼酸酯中的任意一种或几种的混合。硼酸是硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的有效缓凝剂，但由于其溶解度较低，在水泥浆体中的分散及作用有限，进而影响其对硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的的缓凝效果。所述链烷醇胺可以降低物料颗粒的表面能，减少颗粒团聚，提高粉磨效率；链烷醇胺如DEIPA、EDIPA及TIPA等是已知的水泥质量改进剂，可有效改善硅酸盐水泥的28d及远龄期强度，同时也有利于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的28d强度的提高。本发明利用硼酸与链烷醇胺酯化形成的硼酸酯作为添加剂加入硫铝酸钙改性硅酸盐水泥中，一方面实现了链烷醇胺硼酸酯在水泥浆体中的高效分散，另外一方面硼酸酯在水泥加水拌合后的碱性浆体中迅速水解为硼酸和链烷醇胺，实现了对硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的缓凝和性能改善。
按照本发明，所述的有机醇类为乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或几种的混合。申请者在研究中发现，有机醇类有助于提高硼酸对硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的缓凝效果。
按照本发明，所述的糖类及其衍生物为蔗糖、葡萄糖、果糖、果葡混合糖浆、甘蔗糖蜜及其盐中的至少一种或几种的混合。糖类及其衍生物是常规的硅酸盐水泥缓凝组分，申请者在研究中发现，糖类及其衍生物同样有助于促进硼酸对硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的缓凝效果。
本发明制备的用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂适用于其凝结时间和强度性能尤其是28d强度的改善，对于水泥和混凝土无不利影响。
为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
比较例1：
硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料取自内蒙JS特种水泥有限公司，二水石膏取自南京ZL水泥有限公司。将硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料预先烘干，称取物料4kg(3.64kg硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料+0.36kg二水石膏)，在500mm×500mm标准实验磨中粉磨，粉磨后的水泥物料进行各种物性测试，检测方法参照《JC/T 1099-2009硫铝酸钙改性硅酸盐水泥》。
实施例1：
取二乙醇异丙醇胺(DEIPA)硼酸酯50重量份、乙二醇15重量份、丙三醇10重量份、葡萄糖酸钠5重量份逐次投入20重量份的水中混合、搅拌，得到化学添加剂A。
依照比较例1的方法，在物料中添加0.05wt％的本实施例制备的化学添加剂进行小磨粉磨，粉磨后物料的测定结果如表1所示。
实施例2：
取N,N－双(2－羟基丙基)－N－(羟基乙基)胺(EDIPA)硼酸酯35重量份、二乙二醇12.5重量份、丙二醇10重量份、蔗糖5重量份、葡钠5重量份逐次投入32.5重量份的水中混合、搅拌，得到化学添加剂B。
依照比较例1的方法，在物料中添加0.1wt％的本实施例制备的化学添加剂进行小磨粉磨，粉磨后物料的测定结果如表1所示。
表1
实施例3：
取二乙醇异丙醇胺(DEIPA)硼酸酯15重量份重量份、N,N－双(2－羟基丙基)－N－(羟基乙基)胺(EDIPA)硼酸酯10重量份、丙三醇5重量份、果葡糖浆(50％固含量，果糖：葡萄糖＝1：1)15重量份逐次投入55重量份的水中混合、搅拌，得到化学添加剂C。
取比较例1水泥试样，在成型水中添加0.15wt％的上述化学添加剂C后进行各种物性测试，检测方法参照《JC/T 1099-2009硫铝酸钙改性硅酸盐水泥》；测定结果如表2所示。
实施例4：
取二乙醇异丙醇胺(DEIPA)硼酸酯18重量份重量份、N,N－双(2－羟基丙基)－N－(羟基乙基)胺(EDIPA)硼酸酯10重量份、三异丙醇胺硼酸酯10重量份、乙二醇10重量份、葡钠8重量份、果糖4重量份逐次投入40重量份的水中混合、搅拌，得到化学添加剂D。
取比较例1水泥试样，在成型水中添加0.10wt％的上述化学添加剂D后进行各种物性测试，检测方法参照《JC/T 1099-2009硫铝酸钙改性硅酸盐水泥》；测定结果如表2所示。
表2
从上述实施例和比较例可以看出，本发明提供的用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂，对于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥具有更好的调节凝结时间和改善3d/28强度增进率的效果，在粉磨过程中加入还兼具助磨作用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般远离可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂在调节硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的凝结时间和改善3d/28d强度增进率的效果中的应用；
其中，所述的用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂包括以下物质：
(a)至少一种链烷醇胺的硼酸酯；
(b)至少一种有机醇类；
(c)至少一种糖类或其衍生物；
将上述物质依次和水混合、搅拌，得到用于硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的化学添加剂。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述链烷醇胺的硼酸酯、有机醇类、糖类或其衍生物、水的质量比为：15～60：3～30：3～25：15～60。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述链烷醇胺的硼酸酯、有机醇类、糖类或其衍生物、水的质量比为：25～50：5～25：3～20：20～60。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的应用，其特征在于，所述链烷醇胺的硼酸酯为二乙醇单异丙醇胺硼酸酯、N,N－双(2－羟基丙基)－N－(羟基乙基)胺硼酸酯或三异丙醇胺硼酸酯。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的应用，其特征在于，所述的有机醇类为乙二醇、二乙二醇、丙二醇或丙三醇。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的应用，其特征在于，所述的糖类及其衍生物为蔗糖、葡萄糖、果糖、果葡混合糖浆或甘蔗糖蜜，或上述糖类物质的盐。
7.根据权利要求1所述的应用，所述的化学添加剂的掺入量为硫铝酸钙改性硅酸盐水泥重量的0.05％～0.15％。
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