CN108101412A - 混凝土外加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土外加剂及其制备方法，所述混凝土外加剂，包括以下原料：聚羧酸系减水剂、纤维素接枝壳聚糖，烟道沉积物，乙烯基三乙氧基硅烷，聚乙烯吡咯烷酮、碳化硅，硬脂酸钙，聚合硫酸铁，高碱玻璃纤维；所述烟道沉积物指的是用火焰加热方式生产硼硅酸盐玻璃时，沉积在烟道中的挥发性物质；所述乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维的重量比为1‑3:0.6‑1.4:0.6‑1.4:1‑3；所述混凝土外加剂是通过研磨、原料改性、混合分装等步骤制成的。本发明的混凝土外加剂可提高混凝土的抗折强度和抗压强度。

Description

混凝土外加剂及其制备方法

【技术领域】

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土外加剂及其制备方法。

【背景技术】

混凝土是现代应用最广泛的建筑材料，其具有原料丰富、价格低廉、工艺简单、强度高、耐久性好等优点。预拌混凝土是混凝土的一种，是指由水泥、集料、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例在搅拌站经计量、拌制后出售的、并采用运输车在规定时间内运至使用地点的混凝土拌合物。因为现场施工对环境影响较大，所以预拌混凝土受到越来越多的关注。但是混凝土物料混合后随着时间的推移会发生化学反应，对混凝土流动性、坍塌度损失、和易性等都会产生不良的影响，因此预拌混凝土需要在规定的时间内运送到所需工地中，同时也对混凝土的性能提出了更高的要求。

此外，随着建筑用混凝土需求量的增大，对各混凝土成分，例如碎石、砂浆的需求量也不断增大。砂中含泥量会影响混凝土的抗压强度、需水量、碳化程度等，因此在使用时必须对砂中泥土含量严格把关，泥土含量超标的砂不能使用，这使很大一部分砂无法用于混凝土建筑中。

为了保证混凝土的性能，可以加入各种不同性能的外加剂调整、改善混凝土的性能。目前已有的混凝土外加剂可以起到减少拌合用水、增加工作性、控制凝结时间、早强、增强、耐久、染色、引气等作用，但外加剂一般都性能单一，不能满足多种需求，并且也没有能够有效降低高含泥量砂对混凝土性能影响的外加剂。通过外加剂的使用以及混凝土配方的优化，可以使预拌混凝土应用前景更为广阔。

中国专利文献“混凝土外加剂(授权公告号：CN104045266B)”公开了一种混凝土外加剂，包括以下重量份的原料：聚羧酸系减水剂40-50份、纤维素接枝壳聚糖15-20份、烟道沉积物15-20份、硅烷偶联剂5-10份、聚乙烯吡咯烷酮1-5份、碳化硅1-5份；所述烟道沉积物指的是用火焰加热方式生产硼硅酸盐玻璃时，沉积在烟道中的挥发性物质。该外加剂由多种组分组成，是一种混合物，通过各组分的作用，能改善混凝土的性能，有效降低高含泥量对混凝土性能带来的影响，然而其对混凝土的抗折强度和抗压强度的增强效果不能令人满意。

【发明内容】

本发明提供一种混凝土外加剂及其制备方法，以解决在中国专利文献“混凝土外加剂(授权公告号：CN104045266B)”公开的混凝土外加剂配方基础上，如何优化组分、用量、方法等，进一步提高混凝土的抗折强度和抗压强度的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种混凝土外加剂，其特征是包括以下重量份的原料：聚羧酸系减水剂40-50份、纤维素接枝壳聚糖15-20份、烟道沉积物15-20份、乙烯基三乙氧基硅烷5-10份、聚乙烯吡咯烷酮1-5份、碳化硅1-5份、硬脂酸钙1-5份、聚合硫酸铁1-5份、高碱玻璃纤维5-10份；所述烟道沉积物指的是用火焰加热方式生产硼硅酸盐玻璃时，沉积在烟道中的挥发性物质；

所述乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维的重量比为5-10:1-5:1-5:5-10。

优选地，所述乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维的重量比为2:1:1:2。

优选地，所述的高碱玻璃纤维的平均直径为10-50um。

优选地，所述混凝土外加剂还可以包含按重量份计的原料，空心玻璃微珠3-6份、二氧化硅包覆二氧化钛5-10份、明胶粉2-8份。

本发明还提供了一种混凝土外加剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取烟道沉积物，将沉积物磨成细粉，放入沉积物4质量倍的水中，超声30min，然后过滤、干燥，得预处理的烟道沉积物；

(2)纤维素接枝壳聚糖的制备：将纤维素加入到蒸馏水中，搅拌分散，通30min氮气除氧，然后在氮气保护下加入过硫酸钾溶液，在55℃下预处理2h，然后加入溶有交联剂的壳聚糖的1wt％乙酸溶液，在50℃反应4h，反应结束后，水洗除去水溶性杂质，然后将产物放入1wt％乙酸溶液中萃取24h继续除去均聚物，然后再水洗，抽滤，干燥，得纤维素接枝壳聚糖；纤维素与壳聚糖的重量比为2:1，过硫酸钾在混合液中的浓度为1.5mmol/L，交联剂在混合液中的浓度为0.12ml/100ml，壳聚糖在混合液中的浓度为0.5g/100ml；

(3)取预处理的烟道沉积物和纤维素接枝壳聚糖，与除减水剂以外的其他原料混合均匀，包装备用，作为混凝土外加剂固体成分，减水剂单独包装，作为混凝土外加剂液体成分，固体成分和液体成分在使用时混合使用，即为混凝土外加剂。

本发明具有以下有益效果：

(1)由实施例1-3和对比例6的数据可见，施用实施例1-3混凝土外加剂的抗折强度和抗压强度明显提高，品质提高；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。

(2)由实施例1和对比例1-5的数据可见，乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维在制备混凝土外加剂中起到了协同作用，协同提高了外加剂对混凝土的抗折强度和抗压强度，这可能是：

1)硬脂酸钙作为成核剂，可以提高混凝土结晶性能，同时具有润滑效果，与玻璃纤维配合使用，可以有效改善玻璃纤维带来的表面不平整度，同时硬脂酸钙具有较强的吸水性，可以作为聚羧酸减少剂的一种补充，从而增强外加剂的减水性；

2)高碱玻璃纤维含有丰富的碱金属氧化物，其具有一定吸水性能，可以作为减少剂的一种补充，通过其表面丰富的电荷作用，使聚合硫酸铁在其表面水解实现絮凝，从而富集水分子，进一步地破坏混凝土中的自身絮凝过程，同时可以降低混凝土的酸性，保证混凝土的钢筋不易被腐蚀，并且其本身具有高强度和韧性，通过与乙烯基三乙氧基硅烷配合提高其分散性，从而提高混凝土的抗折强度和抗压强度；

3)聚合硫酸铁与水反应生成的氢氧化铁会溶解在酸性水中，以铁离子的形式存在，起到吸附架桥作用，因此其容易在高碱玻璃纤维周围聚集，从而形成核心，起到吸附沉降的作用，并加速混凝土围绕玻璃纤维的结晶成核能力，而硬脂酸钙自身也是成核剂，具有成核效果，两者互相配合，提高混凝土与玻璃纤维交联能力，从而增强混凝土的抗折强度和抗压强度；

4)硬脂酸钙、聚合硫酸铁都是有机金属化合物，高碱玻璃纤维的表面具有很强树脂结合能力，乙烯基三乙氧基硅烷能对这三种物质都起到良好的分散效果，使混凝土的力学性能得到提高，特别是抗折强度和抗压强度。

(3)本发明的乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维作为补强体系，通过控制乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维的重量比为5-10:1-5:1-5:5-10，实现在补强体系中以乙烯基三乙氧基硅烷为主要成分，以硬脂酸钙作为成核剂，聚合硫酸铁的吸附架桥作用，高碱玻璃纤维的吸水性能，使得补强体系运用到本发明的混凝土外加剂中能够有效提高混凝土的抗折强度和抗压强度。

【具体实施方式】

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

在实施例中，混凝土外加剂，包括以下重量份的原料：聚羧酸系减水剂40-50份、纤维素接枝壳聚糖15-20份、烟道沉积物15-20份、乙烯基三乙氧基硅烷5-10份、聚乙烯吡咯烷酮1-5份、碳化硅1-5份、硬脂酸钙1-5份、聚合硫酸铁1-5份、高碱玻璃纤维5-10份、空心玻璃微珠3-6份、二氧化硅包覆二氧化钛5-10份、明胶粉2-8份；所述烟道沉积物指的是用火焰加热方式生产硼硅酸盐玻璃时，沉积在烟道中的挥发性物质。

二氧化硅包覆二氧化钛的制备参考CN104045266B第0041段公开的内容。

所述的混凝土外加剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取烟道沉积物，将沉积物磨成细粉，放入沉积物4质量倍的水中，超声30min，然后过滤、干燥，得预处理的烟道沉积物；

(2)纤维素接枝壳聚糖的制备：将纤维素加入到蒸馏水中，搅拌分散，通30min氮气除氧，然后在氮气保护下加入过硫酸钾溶液，在55℃下预处理2h，然后加入溶有交联剂的壳聚糖的1wt％乙酸溶液，在50℃反应4h，反应结束后，水洗除去水溶性杂质，然后将产物放入1wt％乙酸溶液中萃取24h继续除去均聚物，然后再水洗，抽滤，干燥，得纤维素接枝壳聚糖；纤维素与壳聚糖的重量比为2:1，过硫酸钾在混合液中的浓度为1.5mmol/L，交联剂在混合液中的浓度为0.12ml/100ml，壳聚糖在混合液中的浓度为0.5g/100ml；

(3)取预处理的烟道沉积物和纤维素接枝壳聚糖，与除减水剂以外的其他原料混合均匀，包装备用，作为混凝土外加剂固体成分，减水剂单独包装，作为混凝土外加剂液体成分，固体成分和液体成分在使用时混合使用，即为混凝土外加剂。

下面通过更具体实施例对本发明进行说明。

实施例1

一种混凝土外加剂，以重量份为单位，包括以下原料：聚羧酸系减水剂45份、纤维素接枝壳聚糖16份、预处理的烟道沉积物16份、乙烯基三乙氧基硅烷6份、聚乙烯吡咯烷酮3份、碳化硅2份、空心玻璃微珠5份、二氧化硅包覆二氧化钛8份、明胶粉5份、硬脂酸钙3份、聚合硫酸铁3份、高碱玻璃纤维6份。

二氧化硅包覆二氧化钛的制备参考CN104045266B第0041段公开的内容。

所述的混凝土外加剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取烟道沉积物，将沉积物磨成细粉，放入沉积物4质量倍的水中，超声30min，然后过滤、干燥，得预处理的烟道沉积物；

(2)纤维素接枝壳聚糖的制备：将纤维素加入到蒸馏水中，搅拌分散，通30min氮气除氧，然后在氮气保护下加入过硫酸钾溶液，在55℃下预处理2h，然后加入溶有交联剂的壳聚糖的1wt％乙酸溶液，在50℃反应4h，反应结束后，水洗除去水溶性杂质，然后将产物放入1wt％乙酸溶液中萃取24h继续除去均聚物，然后再水洗，抽滤，干燥，得纤维素接枝壳聚糖；纤维素与壳聚糖的重量比为2:1，过硫酸钾在混合液中的浓度为1.5mmol/L，交联剂在混合液中的浓度为0.12ml/100ml，壳聚糖在混合液中的浓度为0.5g/100ml；

(3)取预处理的烟道沉积物和纤维素接枝壳聚糖，与除减水剂以外的其他原料混合均匀，包装备用，作为混凝土外加剂固体成分，减水剂单独包装，作为混凝土外加剂液体成分，固体成分和液体成分在使用时混合使用，即为混凝土外加剂。

实施例2

一种混凝土外加剂，以重量份为单位，包括以下原料：聚羧酸系减水剂50份、纤维素接枝壳聚糖15份，预处理的烟道沉积物20份，乙烯基三乙氧基硅烷5份，聚乙烯吡咯烷酮1份，碳化硅5份，空心玻璃微珠3份，二氧化硅包覆二氧化钛10份，明胶粉2份，硬脂酸钙1份，聚合硫酸铁1份，高碱玻璃纤维10份。

二氧化硅包覆二氧化钛的制备参考CN104045266B第0041段公开的内容。

所述的混凝土外加剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取烟道沉积物，将沉积物磨成细粉，放入沉积物4质量倍的水中，超声30min，然后过滤、干燥，得预处理的烟道沉积物；

(2)纤维素接枝壳聚糖的制备：将纤维素加入到蒸馏水中，搅拌分散，通30min氮气除氧，然后在氮气保护下加入过硫酸钾溶液，在55℃下预处理2h，然后加入溶有交联剂的壳聚糖的1wt％乙酸溶液，在50℃反应4h，反应结束后，水洗除去水溶性杂质，然后将产物放入1wt％乙酸溶液中萃取24h继续除去均聚物，然后再水洗，抽滤，干燥，得纤维素接枝壳聚糖；纤维素与壳聚糖的重量比为2:1，过硫酸钾在混合液中的浓度为1.5mmol/L，交联剂在混合液中的浓度为0.12ml/100ml，壳聚糖在混合液中的浓度为0.5g/100ml；

(3)取预处理的烟道沉积物和纤维素接枝壳聚糖，与除减水剂以外的其他原料混合均匀，包装备用，作为混凝土外加剂固体成分，减水剂单独包装，作为混凝土外加剂液体成分，固体成分和液体成分在使用时混合使用，即为混凝土外加剂。

实施例3

一种混凝土外加剂，以重量份为单位，包括以下原料：聚羧酸系减水剂40份、纤维素接枝壳聚糖20份，预处理的烟道沉积物15份，乙烯基三乙氧基硅烷10份，聚乙烯吡咯烷酮5份，碳化硅1份，空心玻璃微珠6份，二氧化硅包覆二氧化钛5份，明胶粉8份，硬脂酸钙5份，聚合硫酸铁5份，高碱玻璃纤维5份。

二氧化硅包覆二氧化钛的制备参考CN104045266B第0041段公开的内容。

所述的混凝土外加剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取烟道沉积物，将沉积物磨成细粉，放入沉积物4质量倍的水中，超声30min，然后过滤、干燥，得预处理的烟道沉积物；

(2)纤维素接枝壳聚糖的制备：将纤维素加入到蒸馏水中，搅拌分散，通30min氮气除氧，然后在氮气保护下加入过硫酸钾溶液，在55℃下预处理2h，然后加入溶有交联剂的壳聚糖的1wt％乙酸溶液，在50℃反应4h，反应结束后，水洗除去水溶性杂质，然后将产物放入1wt％乙酸溶液中萃取24h继续除去均聚物，然后再水洗，抽滤，干燥，得纤维素接枝壳聚糖；纤维素与壳聚糖的重量比为2:1，过硫酸钾在混合液中的浓度为1.5mmol/L，交联剂在混合液中的浓度为0.12ml/100ml，壳聚糖在混合液中的浓度为0.5g/100ml；

(3)取预处理的烟道沉积物和纤维素接枝壳聚糖，与除减水剂以外的其他原料混合均匀，包装备用，作为混凝土外加剂固体成分，减水剂单独包装，作为混凝土外加剂液体成分，固体成分和液体成分在使用时混合使用，即为混凝土外加剂。

对比例1

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备混凝土外加剂的原料中缺少乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维。

对比例2

与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备混凝土外加剂的原料中缺少硬脂酸钙。

对比例3

与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备混凝土外加剂的原料中缺少聚合硫酸铁。

对比例4

与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备混凝土外加剂的原料中缺少高碱玻璃纤维。

对比例5

与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备混凝土外加剂的原料中缺少乙烯基三乙氧基硅烷。

对比例6

采用中国专利文献“混凝土外加剂(授权公告号：CN104045266B)”实施例4的工艺制备混凝土外加剂。

按照160质量份的水、300质量份的水泥、80质量份的粉煤灰、700质量份的砂、1030质量份的碎石、5.0质量份的外加剂的质量配合比制备预拌混凝土。各混凝土试样配方均相同，仅砂含泥量，所用混凝土外加剂成分有不同。对5％砂含泥量，10％砂含泥量的样品，进行抗折强度，抗压强度的测试。

由上表可知：(1)由实施例1-3和对比例6的数据可见，施用实施例1-3混凝土外加剂的抗折强度和抗压强度明显提高，品质提高；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。

(2)由实施例1和对比例1-5的数据可见，乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维在制备混凝土外加剂中起到了协同作用，协同提高了外加剂对混凝土的抗折强度和抗压强度，这可能是：

1)硬脂酸钙作为成核剂，可以提高混凝土结晶性能，同时具有润滑效果，与玻璃纤维配合使用，可以有效改善玻璃纤维带来的表面不平整度，同时硬脂酸钙具有较强的吸水性，可以作为聚羧酸减少剂的一种补充，从而增强外加剂的减水性；

2)高碱玻璃纤维含有丰富的碱金属氧化物，其具有一定吸水性能，可以作为减少剂的一种补充，通过其表面丰富的电荷作用，使聚合硫酸铁在其表面水解实现絮凝，从而富集水分子，进一步地破坏混凝土中的自身絮凝过程，同时可以降低混凝土的酸性，保证混凝土的钢筋不易被腐蚀，并且其本身具有高强度和韧性，通过与乙烯基三乙氧基硅烷配合提高其分散性，从而提高混凝土的抗折强度和抗压强度；

3)聚合硫酸铁与水反应生成的氢氧化铁会溶解在酸性水中，以铁离子的形式存在，起到吸附架桥作用，因此其容易在高碱玻璃纤维周围聚集，从而形成核心，起到吸附沉降的作用，并加速混凝土围绕玻璃纤维的结晶成核能力，而硬脂酸钙自身也是成核剂，具有成核效果，两者互相配合，提高混凝土与玻璃纤维交联能力，从而增强混凝土的抗折强度和抗压强度；

4)硬脂酸钙、聚合硫酸铁都是有机金属化合物，高碱玻璃纤维的表面具有很强树脂结合能力，乙烯基三乙氧基硅烷能对这三种物质都起到良好的分散效果，使混凝土的力学性能得到提高，特别是抗折强度和抗压强度。

本发明的乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维作为补强体系，通过控制乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维的重量比为5-10:1-5:1-5:5-10，实现在补强体系中以乙烯基三乙氧基硅烷为主要成分，以硬脂酸钙作为成核剂，聚合硫酸铁的吸附架桥作用，高碱玻璃纤维的吸水性能，使得补强体系运用到本发明的混凝土外加剂中能够有效提高混凝土的抗折强度和抗压强度。

以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种混凝土外加剂，包括以下原料：聚羧酸系减水剂、纤维素接枝壳聚糖、烟道沉积物、乙烯基三乙氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮、碳化硅、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维；所述烟道沉积物指的是用火焰加热方式生产硼硅酸盐玻璃时，沉积在烟道中的挥发性物质；

所述乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维的重量比为5-10:1-5:1-5:5-10。

2.根据权利要求1所述的混凝土外加剂，其特征在于，所述乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸钙、聚合硫酸铁、高碱玻璃纤维的重量比为2:1:1:2。

3.根据权利要求1所述的混凝土外加剂，其特征在于，所述的高碱玻璃纤维的平均直径为10-50um。

4.根据权利要求1所述的混凝土外加剂，其特征在于，所述混凝土外加剂还可以包含按重量份计的原料，空心玻璃微珠3-6份、二氧化硅包覆二氧化钛5-10份、明胶粉2-8份。

5.一种根据权利要求1-3任一项所述的混凝土外加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取烟道沉积物，将沉积物磨成细粉，放入沉积物4质量倍的水中，超声30min，然后过滤、干燥，得预处理的烟道沉积物；

(2)纤维素接枝壳聚糖的制备：将纤维素加入到蒸馏水中，搅拌分散，通30min氮气除氧，然后在氮气保护下加入过硫酸钾溶液，在55℃下预处理2h，然后加入溶有交联剂的壳聚糖的1wt％乙酸溶液，在50℃反应4h，反应结束后，水洗除去水溶性杂质，然后将产物放入1wt％乙酸溶液中萃取24h继续除去均聚物，然后再水洗，抽滤，干燥，得纤维素接枝壳聚糖；纤维素与壳聚糖的重量比为2:1，过硫酸钾在混合液中的浓度为1.5mmol/L，交联剂在混合液中的浓度为0.12ml/100ml，壳聚糖在混合液中的浓度为0.5g/100ml；

(3)取预处理的烟道沉积物和纤维素接枝壳聚糖，与除减水剂以外的其他原料混合均匀，包装备用，作为混凝土外加剂固体成分，减水剂单独包装，作为混凝土外加剂液体成分，固体成分和液体成分在使用时混合使用，即为混凝土外加剂。