CN108046650B - 一种水泥增效剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥增效剂，属于水泥添加剂技术领域。按重量份数计，依次称取15～20份改性添加剂，12～18份改性沸石，8～10份尿素，2～5份尿素和2～5份表面活性剂，将改性沸石与尿素混合于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入分散剂，表面活性剂，于温度为30～38℃，转速为280～380r/min的条件下搅拌混合20～30min后，得水泥增效剂坯料，将水泥增效剂坯料与改性添加剂混合，于温度为20～30℃，转速为150～200r/min的条件下，搅拌混合，得水泥增效剂。本发明所得水泥增效剂对水泥具有优异的强度和水化效率。

Description

一种水泥增效剂
技术领域
本发明公开了一种水泥增效剂，属于水泥添加剂技术领域。
背景技术
水泥是国民经济的基础原材料，水泥工业与经济建设密切相关，随着水泥工业的飞速发展，其整体素质明显提高，产量已多年居世界第一位。数据显示，2012年全国水泥产量达到22.1亿吨，比2011年增长5%。
但是在当前技术条件下，每生产1吨水泥要消耗1.2～1.3t石灰石，0.1～0.2t标煤，排放约1tCO2及一定量的SO2、NOx和粉尘。
目前，国内外许多学者已经从不同途经、采用不同的方法去改善水泥混凝土性能，已达到减少水泥用量的目的。选用适当的掺合料和外加剂，改善水泥基材的和易性、化学组成和减少孔隙率，提高混凝土的流变及硬化耐久性能等。将纳米材料用于水泥研究，改善水泥浆体的微观结构，使得水泥石更加均匀密实，力学性能和耐久性明显提高。目前，新型干法水泥生产技术已能满足高C3S含量水泥熟料的生产条件，水泥熟料的胶凝性提高，可增加辅助性胶凝材料用量，降低混凝土材料的水泥用量，实现水泥工业的节能减排。有学者以粉煤灰、脱硫石膏和电石渣等为原料，经高温煅烧、磨细制备成水泥增效剂，能够进一步提升水泥的胶结能力，改善水泥基材料的品质和性能。但是传统的水泥增效剂对水泥还存在强度和水化效率不佳的问题，因此还需对其进行研究。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统水泥增效剂对水泥的强度和水化效率不佳的问题，提供了一种水泥增效剂。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种水泥增效剂，是由以下重量份数的原料组成：
改性添加剂 15～20份
改性沸石 12～18份
尿素 8～10份
分散剂 2～5份
表面活性剂 2～5份
所述改性添加剂的制备方法为：
将亚麻油与明胶溶液按质量比1：15～1：25混合，并加入亚麻油质量0.1～0.2倍的牛肉膏与亚麻油质量0.2～0.3倍的蛋白胨，搅拌混合后，得混合液，将混合液与巴氏芽孢杆菌按质量比20：1～30：1混合，并加入混合液质量0.5～0.6倍的硫酸钠溶液，搅拌混合后，得微囊坯料，将微囊坯料降温，并将降温后的微囊坯料与明矾溶液按质量比50：1～55：1混合，调节微囊坯料与明矾溶液混合物的pH后，固化，抽滤水洗，得微囊，即得改性添加剂；
所述改性沸石的制备方法为：
将预处理沸石1与氯化镁按质量比1：3～1：6混合，并加入氯化镁质量10～12倍的水和氯化镁质量0.1～0.2倍的有机表面活性剂，搅拌混合后，得氯化镁混合液，用碳酸铵调节氯化镁混合液pH后，室温静置后老化，将老化后的氯化镁混合液过滤，得滤饼和滤液，将滤饼经水洗、醇洗、干燥和灼烧后，得预处理沸石2，将滤液旋蒸浓缩后，干燥，得添加料，将预处理沸石2与石蜡按质量比1：3～1：5混合，并加入预处理沸石2质量0.3～0.5倍的添加料，搅拌混合后，冷冻粉碎，得改性沸石；
所述水泥增效剂的制备方法为：
（1）按重量份数计依次称取各原料；
（2）将改性沸石与尿素混合，并依次加入分散剂，表面活性剂，搅拌混合，得水泥增效剂坯料，将水泥增效剂坯料与改性添加剂混合，得水泥增效剂。
所述分散剂为分散剂MF或分散剂CNF中任意一种。
所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯，十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中任意一种。
所述预处理沸石1的制备方法为将沸石粉碎，过筛，煅烧，得预处理沸石1。
所述有机表面活性剂为司盘20，吐温20或吐温80中任意一种。
所述石蜡为碳原子数20～26的石蜡混合物。
本发明的有益效果是：
（1）本发明在制备水泥增效剂时加入改性添加剂，改性添加剂中加入了巴氏芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌可将产品中加入的尿素转化成铵根离子和碳酸根离子，首先，产生的碳酸根离子，可在水泥体系中与氢氧化钙和氢氧化镁反应，生成碳酸镁和部分碳酸钙，从而使产品有效提高水泥的抗压强度和耐水性，其次，产生的铵根离子可与水产生的氢氧根离子反应，并在水泥水化过程中，随着温度和铵根离子的增多，产生氨气和水，产生的氨气可使水泥体系中各物质间混合均匀，从而使产品可快速提高水泥的水化速率，并且产生的水可在氨气的作用下均匀分布于水泥体系中，进而使产品对水泥水化的促进率进一步提高，
（2）本发明在制备水泥增效剂时加入改性沸石，一方面改性沸石中加入了纳米氧化镁，纳米氧化镁可在水泥体系中与水反应，生成氢氧化镁，生成的氢氧化镁可调节水泥体系的pH，从而使水泥水化更易进行，提高产品对水泥水化的促进率，其次改性沸石中加入了氯化铵，可在水泥体系中与氢氧化钙反应生成氯化钙，氨气和水，产生的氯化钙可作为促凝剂，从而使产品对水泥水化的促进率提高，其次产生的氨气和水可使水泥水化更充分，进而使产品可进一步提高水泥的强度，并且溶解的氯化铵可增加氢氧化镁的溶解度。
具体实施方式
将沸石移入粉碎机中粉碎，过200～280目筛，得细化沸石，将细化沸石移入煅烧炉，于温度为400～500℃的条件下煅烧30～60min后，得预处理沸石1；将亚麻油与质量分数为3～8%的明胶溶液按质量比1：15～1：25混合于烧杯中，并向烧杯中加入亚麻油质量0.1～0.2倍的牛肉膏与亚麻油质量0.2～0.3倍的蛋白胨，于温度为45～55℃，转速为300～400r/min的条件下搅拌混合35～45min后，得混合液，将混合液与巴氏芽孢杆菌按质量比20：1～30：1混合，并向混合液与巴氏芽孢杆菌的混合物中加入混合液质量0.5～0.6倍的质量分数为18～28%的硫酸钠溶液，于温度为40～50℃，转速为280～350r/min的条件下搅拌混合20～30min后，得微囊坯料，将微囊坯料降温至15～20℃后，并将降温后的微囊坯料与质量分数20～40%的明矾溶液按质量比50：1～55：1混合，用质量分数为5～10%的氢氧化钠溶液调节微囊坯料与明矾溶液混合物的pH至9.0～9.8后，于温度为15～20℃的条件下固化30～50min后，得固化料，将固化料抽滤水洗5～8次后，得微囊，即得改性添加剂；将预处理沸石1与氯化镁按质量比1：3～1：6混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入氯化镁质量10～12倍的水和氯化镁质量0.1～0.2倍的有机表面活性剂，于温度为55～65℃，转速为280～380r/min的条件下搅拌混合25～55min后，得氯化镁混合液，用碳酸铵调节氯化镁混合液pH至7.0～7.8后，于室温条件下静置反应2～3h，再将反应后的氯化镁混合液于温度为28～35℃的条件下老化1～2h，得老化液，将老化液过滤，得滤饼和滤液，将滤饼先用去离子水洗涤5～6次后，再用乙醇清洗3～5次，得洗涤后的滤饼，将洗涤后的滤饼移入干燥箱，于温度为70～80℃的条件下干燥30～40min后，得干燥滤饼，将干燥滤饼移入煅烧炉于温度为560～660℃的条件下灼烧45～55min后，得预处理沸石2，将滤液移入旋转蒸发仪，于温度为55～75℃，转速为100～180r/min，压力为500～600kPa的条件下，旋蒸浓缩1～2h后，得浓缩液，将浓缩液移入干燥箱，于温度为75～85℃的条件下干燥15～30min后，得添加料，将预处理沸石2与石蜡按质量比1：3～1：5混合，并向预处理沸石2与石蜡的混合物中加入预处理沸石2质量0.3～0.5倍的添加料，于温度为45～55℃，转速为200～280r/min的条件下，搅拌混合25～55min后，得石蜡沸石混合物，将石蜡沸石混合物冷冻粉碎，得改性沸石；按重量份数计，依次称取15～20份改性添加剂，12～18份改性沸石，8～10份尿素，2～5份分散剂和2～5份表面活性剂，将改性沸石与尿素混合于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入分散剂，表面活性剂，于温度为30～38℃，转速为280～380r/min的条件下搅拌混合20～30min后，得水泥增效剂坯料，将水泥增效剂坯料与改性添加剂混合，于温度为20～30℃，转速为150～200r/min的条件下，搅拌混合，得水泥增效剂。所述分散剂为分散剂MF或分散剂CNF中任意一种。所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯，十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中任意一种。所述有机表面活性剂为司盘20，吐温20或吐温80中任意一种。所述石蜡为碳原子数20～26的石蜡混合物。
实例1
将沸石移入粉碎机中粉碎，过280目筛，得细化沸石，将细化沸石移入煅烧炉，于温度为500℃的条件下煅烧60min后，得预处理沸石1；将亚麻油与质量分数为8%的明胶溶液按质量比1：25混合于烧杯中，并向烧杯中加入亚麻油质量0.2倍的牛肉膏与亚麻油质量0.3倍的蛋白胨，于温度为55℃，转速为400r/min的条件下搅拌混合45min后，得混合液，将混合液与巴氏芽孢杆菌按质量比30：1混合，并向混合液与巴氏芽孢杆菌的混合物中加入混合液质量0.6倍的质量分数为28%的硫酸钠溶液，于温度为50℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合30min后，得微囊坯料，将微囊坯料降温至20℃后，并将降温后的微囊坯料与质量分数40%的明矾溶液按质量比55：1混合，用质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节微囊坯料与明矾溶液混合物的pH至9.8后，于温度为20℃的条件下固化50min后，得固化料，将固化料抽滤水洗8次后，得微囊，即得改性添加剂；将预处理沸石1与氯化镁按质量比1：6混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入氯化镁质量12倍的水和氯化镁质量0.2倍的有机表面活性剂，于温度为65℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合55min后，得氯化镁混合液，用碳酸铵调节氯化镁混合液pH至7.8后，于室温条件下静置反应3h，再将反应后的氯化镁混合液于温度为35℃的条件下老化2h，得老化液，将老化液过滤，得滤饼和滤液，将滤饼先用去离子水洗涤6次后，再用乙醇清洗5次，得洗涤后的滤饼，将洗涤后的滤饼移入干燥箱，于温度为80℃的条件下干燥40min后，得干燥滤饼，将干燥滤饼移入煅烧炉于温度为660℃的条件下灼烧55min后，得预处理沸石2，将滤液移入旋转蒸发仪，于温度为75℃，转速为180r/min，压力为600kPa的条件下，旋蒸浓缩2h后，得浓缩液，将浓缩液移入干燥箱，于温度为85℃的条件下干燥30min后，得添加料，将预处理沸石2与石蜡按质量比1：5混合，并向预处理沸石2与石蜡的混合物中加入预处理沸石质量0.5倍的添加料，于温度为55℃，转速为280r/min的条件下，搅拌混合55min后，得石蜡沸石混合物，将石蜡沸石混合物冷冻粉碎，得改性沸石；按重量份数计，依次称取20份改性添加剂，18份改性沸石，10份尿素，5份分散剂和5份表面活性剂，将改性沸石与尿素混合于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入分散剂，表面活性剂，于温度为38℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合30min后，得水泥增效剂坯料，将水泥增效剂坯料与改性添加剂混合，于温度为30℃，转速为200r/min的条件下，搅拌混合，得水泥增效剂。所述分散剂为分散剂MF。所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯。所述有机表面活性剂为司盘20。所述石蜡为碳原子数26的石蜡混合物。
实例2
将沸石移入粉碎机中粉碎，过280目筛，得细化沸石，将细化沸石移入煅烧炉，于温度为500℃的条件下煅烧60min后，得预处理沸石1；将预处理沸石1与氯化镁按质量比1：6混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入氯化镁质量12倍的水和氯化镁质量0.2倍的有机表面活性剂，于温度为65℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合55min后，得氯化镁混合液，用碳酸铵调节氯化镁混合液pH至7.8后，于室温条件下静置反应3h，再将反应后的氯化镁混合液于温度为35℃的条件下老化2h，得老化液，将老化液过滤，得滤饼和滤液，将滤饼先用去离子水洗涤6次后，再用乙醇清洗5次，得洗涤后的滤饼，将洗涤后的滤饼移入干燥箱，于温度为80℃的条件下干燥40min后，得干燥滤饼，将干燥滤饼移入煅烧炉于温度为660℃的条件下灼烧55min后，得预处理沸石2，将滤液移入旋转蒸发仪，于温度为75℃，转速为180r/min，压力为600kPa的条件下，旋蒸浓缩2h后，得浓缩液，将浓缩液移入干燥箱，于温度为85℃的条件下干燥30min后，得添加料，将预处理沸石1与石蜡按质量比1：5混合，并向预处理沸石2与石蜡的混合物中加入预处理沸石2质量0.5倍的添加料，于温度为55℃，转速为280r/min的条件下，搅拌混合55min后，得石蜡沸石混合物，将石蜡沸石混合物冷冻粉碎，得改性沸石；按重量份数计，依次称取18份改性沸石，10份尿素，5份分散剂和5份表面活性剂，将改性沸石与尿素混合于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入分散剂，表面活性剂，于温度为38℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合30min后，得水泥增效剂。所述分散剂为分散剂MF。所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯。所述有机表面活性剂为司盘20。所述石蜡为碳原子数26的石蜡混合物。
实例3
将亚麻油与质量分数为8%的明胶溶液按质量比1：25混合于烧杯中，并向烧杯中加入亚麻油质量0.2倍的牛肉膏与亚麻油质量0.3倍的蛋白胨，于温度为55℃，转速为400r/min的条件下搅拌混合45min后，得混合液，将混合液与巴氏芽孢杆菌按质量比30：1混合，并向混合液与巴氏芽孢杆菌的混合物中加入混合液质量0.6倍的质量分数为28%的硫酸钠溶液，于温度为50℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合30min后，得微囊坯料，将微囊坯料降温至20℃后，并将降温后的微囊坯料与质量分数40%的明矾溶液按质量比55：1混合，用质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节微囊坯料与明矾溶液混合物的pH至9.8后，于温度为20℃的条件下固化50min后，得固化料，将固化料抽滤水洗8次后，得微囊，即得改性添加剂；按重量份数计，依次称取20份改性添加剂，10份尿素，5份分散剂和5份表面活性剂，依次向搅拌机中加入尿素，分散剂，表面活性剂，于温度为38℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合30min后，得水泥增效剂坯料，将水泥增效剂坯料与改性添加剂混合，于温度为30℃，转速为200r/min的条件下，搅拌混合，得水泥增效剂。所述分散剂为分散剂MF。所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯。所述有机表面活性剂为司盘20。所述石蜡为碳原子数26的石蜡混合物。
实例4
将沸石移入粉碎机中粉碎，过280目筛，得细化沸石，将细化沸石移入煅烧炉，于温度为500℃的条件下煅烧60min后，得预处理沸石1；将亚麻油与质量分数为8%的明胶溶液按质量比1：25混合于烧杯中，并向烧杯中加入亚麻油质量0.2倍的牛肉膏与亚麻油质量0.3倍的蛋白胨，于温度为55℃，转速为400r/min的条件下搅拌混合45min后，得混合液，将混合液与巴氏芽孢杆菌按质量比30：1混合，并向混合液与巴氏芽孢杆菌的混合物中加入混合液质量0.6倍的质量分数为28%的硫酸钠溶液，于温度为50℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合30min后，得微囊坯料，将微囊坯料降温至20℃后，并将降温后的微囊坯料与质量分数40%的明矾溶液按质量比55：1混合，用质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节微囊坯料与明矾溶液混合物的pH至9.8后，于温度为20℃的条件下固化50min后，得固化料，将固化料抽滤水洗8次后，得微囊，即得改性添加剂；将预处理沸石1与氯化镁按质量比1：6混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入氯化镁质量12倍的水和氯化镁质量0.2倍的有机表面活性剂，于温度为65℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合55min后，得氯化镁混合液，用碳酸铵调节氯化镁混合液pH至7.8后，于室温条件下静置反应3h，再将反应后的氯化镁混合液于温度为35℃的条件下老化2h，得老化液，将老化液过滤，得滤饼和滤液，将滤饼先用去离子水洗涤6次后，再用乙醇清洗5次，得洗涤后的滤饼，将洗涤后的滤饼移入干燥箱，于温度为80℃的条件下干燥40min后，得干燥滤饼，将干燥滤饼移入煅烧炉于温度为660℃的条件下灼烧55min后，得预处理沸石2，将滤液移入旋转蒸发仪，于温度为75℃，转速为180r/min，压力为600kPa的条件下，旋蒸浓缩2h后，得浓缩液，将浓缩液移入干燥箱，于温度为85℃的条件下干燥30min后，得添加料，将预处理沸石2与石蜡按质量比1：5混合，并向预处理沸石2与石蜡的混合物中加入预处理沸石质量0.5倍的添加料，于温度为55℃，转速为280r/min的条件下，搅拌混合55min后，得石蜡沸石混合物，将石蜡沸石混合物冷冻粉碎，得改性沸石；按重量份数计，依次称取20份改性添加剂，18份改性沸石，5份分散剂和5份表面活性剂，将改性沸石置于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入分散剂，表面活性剂，于温度为38℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合30min后，得水泥增效剂坯料，将水泥增效剂坯料与改性添加剂混合，于温度为30℃，转速为200r/min的条件下，搅拌混合，得水泥增效剂。所述分散剂为分散剂MF。所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯。所述有机表面活性剂为司盘20。所述石蜡为碳原子数26的石蜡混合物。
对比例：苏州某建材有限公司生产的水泥增效剂。
将实例1至4所得水泥增效剂和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
水泥抗压强度检测：参照GB/T17671；
水泥水化程度测定：采用化学结合水法测定水泥水化程度。以水灰比为0.5配制水泥浆体，标准养护温度20℃下养护，至相应龄期取样终止水化。试样磨细，60℃真空干燥至恒重（W1），然后置于1050℃马弗炉灼烧至恒重（W2）。则t时刻水泥试样的化学结合水含量Wnt为：
Wnt=[（W1-W2）/W2－LOI]×100% （1）
式中：LOI---水泥的烧失量。
完全水化试样的化学结合水含量Wn∞测定时，水泥试样加水研磨充分水化，重复测试至烧失量基本不变，得出Wn∞。则t时刻水泥试样的水化程度αt：
αt=Wnt/Wn∞ （2）
具体检测结果如表1所示：
表1：性能检测表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由表1检测结果可知，本发明所得水泥增效剂对水泥具有优异的强度和水化效率。

Claims (1)

1. 一种水泥增效剂，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：
改性添加剂 15～20份
改性沸石 12～18份
尿素 8～10份
分散剂 2～5份
表面活性剂 2～5份
所述改性添加剂的制备方法为：
将亚麻油与明胶溶液按质量比1：15～1：25混合，并加入亚麻油质量0.1～0.2倍的牛肉膏与亚麻油质量0.2～0.3倍的蛋白胨，搅拌混合后，得混合液，将混合液与巴氏芽孢杆菌按质量比20：1～30：1混合，并加入混合液质量0.5～0.6倍的硫酸钠溶液，搅拌混合后，得微囊坯料，将微囊坯料降温，并将降温后的微囊坯料与明矾溶液按质量比50：1～55：1混合，调节微囊坯料与明矾溶液混合物的pH后，固化，抽滤水洗，得微囊，即得改性添加剂；
所述改性沸石的制备方法为：
将预处理沸石1与氯化镁按质量比1：3～1：6混合，并加入氯化镁质量10～12倍的水和氯化镁质量0.1～0.2倍的有机表面活性剂，搅拌混合后，得氯化镁混合液，用碳酸铵调节氯化镁混合液pH后，室温静置后老化，将老化后的氯化镁混合液过滤，得滤饼和滤液，将滤饼经水洗、醇洗、干燥和灼烧后，得预处理沸石2，将滤液旋蒸浓缩后，干燥，得添加料，将预处理沸石2与石蜡按质量比1：3～1：5混合，并加入预处理沸石2质量0.3～0.5倍的添加料，搅拌混合后，冷冻粉碎，得改性沸石；所述石蜡为碳原子数20～26的石蜡混合物；所述预处理沸石1的制备方法为将沸石粉碎，过筛，煅烧，得预处理沸石1；
所述分散剂为分散剂MF或分散剂CNF中任意一种；
所述表面活性剂为单硬脂酸甘油酯，十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中任意一种；
所述有机表面活性剂为司盘20，吐温20或吐温80中任意一种；
所述水泥增效剂的制备方法为：
（1）按重量份数计依次称取各原料；
（2）将改性沸石与尿素混合，并依次加入分散剂，表面活性剂，搅拌混合，得水泥增效剂坯料，将水泥增效剂坯料与改性添加剂混合，得水泥增效剂。
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