CN108249845A - 一种有机-无机复合早强剂及利用该早强剂制备的自密实混凝土 - Google Patents

一种有机-无机复合早强剂及利用该早强剂制备的自密实混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有机‑无机复合早强剂，其特征在于：由以下各组份按质量百分比形成：无机盐类早强剂组份50份‑80份，有机物类早强剂组份10份‑40份，分散剂2份‑3份，速凝剂0.5份‑1.5份，减水剂1份‑1.5份，膨胀剂0.1份‑0.5份，防冻剂0.1份‑0.5份，增稠剂0.1份‑0.5份；可以有效弥补单独采用无机盐类早强剂和单独采用有机物类早强剂所带来的副作用，能够有效提高混凝土的早期强度，减少混凝土养护成本，降低混凝土凝结时间，改善混凝土性能。

Description

一种有机-无机复合早强剂及利用该早强剂制备的自密实混 凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种有机-无机复合早强剂及利用该早强剂制备的自密实混凝土。
背景技术
在预制混凝土构件的生产过程中，为加快模具的周转速率、提高生产效率，常采用蒸汽养护和添加早强剂的方式提高混凝土的早期强度，以此缩短预制混凝土构件的拆模时间。
目前，现有技术中采用传统单一的无机盐类早强剂或者单一的有机物类早强剂添加在混凝土中，对其早期强度具有一定提升作用，但还远远不能满足预制构件用混凝土性能的需求，虽无机盐类早强剂虽然原料来源广、成本低、早强作用明显，但由于无机盐中电解质对水泥扩散层的压缩作用，不利于水泥水体系的分散，且掺量大会引起钢筋锈蚀和碱-集料反应等副作用，而有机物类早强剂对混凝土有轻微缓凝作用，掺量过多会造成混凝土严重缓凝，强度下降。因此亟需提供一种有机-无机复合早强剂，能有效提高混凝土的早期强度使混凝土预制构件能更快的达到脱模强度，提高模具的使用率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提供一种有机-无机复合早强剂及利用该早强剂制备的自密实混凝土，可以有效弥补单独采用无机盐类早强剂和单独采用有机物类早强剂所带来的副作用，能够有效提高混凝土的强度，减少混凝土成本，降低混凝土凝结时间，改善混凝土性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种有机-无机复合早强剂，其特征在于：由以下各组份按质量百分比形成：无机盐类早强剂组份50份-80份，有机物类早强剂组份10份-40份，分散剂2份-3份，速凝剂0.5份-1.5份，减水剂1份-1.5份，膨胀剂0.1份-0.5份，防冻剂0.1份-0.5份，增稠剂0.1份-0.5份，
该有机-无机复合早强剂的制备方法为：将无机盐类早强剂与有机物类早强剂混合料按上述质量比进行混合并投入研磨机研磨成粉，然后投入球磨机进一步细化，并加入上述质量百分比的分散剂，速凝剂，减水剂，膨胀剂，防冻剂，增稠剂分散均匀于磁力搅拌器中，加水恒温分步搅拌，待反应完全后抽滤干燥，筛选后得到有机-无机复合早强剂。
进一步地，无机盐类早强剂组份由硫酸钠、碳酸钠、硝酸钙、亚硝酸钙中的至少2种复配而成。
进一步地，有机物类早强剂组份由甲酸钙、乙酸钙、甲醇、三乙醇胺中的至少2 种复配而成。
进一步地，分散剂通过以下步骤制备：采用阳离子表面活性剂的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和具有环状结构的无机盐六偏磷酸钠（SHMP）复配作为分散剂，其中，CTAB和SHMP的添加量比例为4:6，采用分光光度计测试不同情况下溶液的吸光度，以此判断溶液的分散效果。
进一步地，速凝剂由羟丙基甲基纤维素15份、脂肪醇聚氧乙烯醚10份、氯酸钠5份、硫酸锌10份、硅粉10份、粉煤灰15份混合而成。
进一步地，分步搅拌步骤为：采用控温磁力搅拌器加热到60℃，进行恒温分步搅拌，
在反应前期0~2h保持磁力搅拌器转速在200-300rpm，使反应原料充分混合均匀；
在反应中期2~10h保持磁力搅拌器转速在800~1000 rpm，保持较高转速提高反应速率，使反应充分完成；
在反应后期10~12h保持磁力搅拌器转速在200-300rpm，使得反应产物均匀分散在水溶液中；
进一步地，抽滤干燥的步骤为：
将上述恒温分步反应结束后的溶液进行抽滤，抽滤结束后，滤渣倒入烧杯中，滤液进行二次抽滤，将滤渣用超纯水反复洗涤，除去多余杂质和未反应完全的样品，将滤渣置于40℃真空干燥箱中进行干燥至恒重，放入存有CaO干燥器皿中干燥保存。
进一步地，筛选步骤为：将样品筛选为按百分比：粒径小于0.5μm的样品占总样品5~10份，0.5~1.5μm占80~85份，余量为1.5μm以上。
进一步地，本发明还提供一种利用该有机-无机复合早强剂制备的自密实混凝土，其特征在于：将所述有机-无机复合早强剂应用于C30自密实混凝土，其中：1m3混凝土中包含325Kg常规材料普通硅酸盐水泥42.5、750Kg砂、290Kg小石子、760Kg大石子，150Kg水，3Kg高效减水剂和质量掺量为1~5%的有机-无机复合早强剂。
进一步地，自密实混凝土的制备方法为：使用强制式搅拌机，先干拌后湿拌，先加入大石子、小石子和砂，开动强制式搅拌机，搅拌40~60s；再加入常规材料普通硅酸盐水泥42.5，开动强制式搅拌机，继续搅拌40~60s；将高效减水剂和有机-无机复合早强剂均匀分散于水中形成拌合水，20s内往搅拌机内缓慢注入总质量80%的拌合水，边注入边搅拌2min，随后马上加入剩余总质量20%的拌合水搅拌1min即可出料。
本发明的有益效果是：
（1）可以有效弥补单独采用无机盐类早强剂和单独采用有机物类早强剂所带来的副作用，能够有效提高混凝土的强度，经后期试验测试，其强度高于现有技术中的无机盐类早强剂产品和有机物类早强剂产品。
（2）减少混凝土成本，降低混凝土凝结时间，改善混凝土性能，延长使用寿命。
（3）通过加入外加剂，可以相应改善早强剂的各项性能。
附图说明
图1是本发明有机-无机复合早强剂的制备方法的步骤流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[实施例1]
如图1、2所示，一种有机-无机复合早强剂，其特征在于：由以下各组份按质量百分比形成：无机盐类早强剂组份50份-80份，有机物类早强剂组份10份-40份，分散剂2份-3份，速凝剂0.5份-1.5份，减水剂1份-1.5份，膨胀剂0.1份-0.5份，防冻剂0.1份-0.5份，增稠剂0.1份-0.5份，
该有机-无机复合早强剂的制备方法为：将无机盐类早强剂与有机物类早强剂混合料按上述质量比进行混合并投入研磨机研磨成粉，然后投入球磨机进一步细化，并加入上述质量百分比的分散剂，速凝剂，减水剂，膨胀剂，防冻剂，增稠剂分散均匀，恒温分步搅拌，待反应完全后抽滤干燥，筛选后得到有机-无机复合早强剂。
具体地，无机盐类早强剂组份由硫酸钠、碳酸钠、硝酸钙、亚硝酸钙中的至少2 种复配而成。
具体地，有机物类早强剂组份由甲酸钙、乙酸钙、甲醇、三乙醇胺中的至少2 种复配而成。
具体地，分散剂通过以下步骤制备：采用阳离子表面活性剂的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和具有环状结构的无机盐六偏磷酸钠（SHMP）复配作为分散剂，其中，CTAB和SHMP的添加量比例为4:6，采用分光光度计测试不同情况下溶液的吸光度，以此判断溶液的分散效果。
CTAB具有较长的碳氢链结构，分散效果源于其在粉体表面上的吸附，极大地增强了颗粒间的排斥作用能；SHMP 是具有环状结构的无机盐，它是通过提高颗粒表面电位绝对值从而产生强双电层静电排斥力使颗粒分散，同时，SHMP 也可以增强颗粒表面对无水乙醇的润湿程度，从而防止颗粒的团聚。
采用分光光度计测试不同情况下粉体溶液的吸光度，以此判断粉体的分散效果；采用吸光度表征粉体分散效果的原理是：物质对单一波长光的吸光度与液相介质中吸光物质的浓度成正比，即物质的浓度越高，吸光度越大。所以，晶体在分散介质中的吸光度越大，其分散性能越好。经过试验测定，CTAB和SHMP的添加量比例为4:6时，可以达到最佳的分散效果，此时，其吸光度值≥1.5。
具体地，速凝剂由羟丙基甲基纤维素15份、脂肪醇聚氧乙烯醚10份、氯酸钠5份、硫酸锌10份、硅粉10份、粉煤灰15份混合而成。
具体地，分步搅拌步骤为：采用控温磁力搅拌器加热到60℃，进行恒温分步搅拌，
在反应前期0~2h保持磁力搅拌器转速在200-300rpm，使反应原料充分混合均匀；
在反应中期2~10h保持磁力搅拌器转速在800~1000 rpm，保持较高转速提高反应速率，使反应充分完成；
在反应后期10~12h保持磁力搅拌器转速在200-300rpm，使得反应产物均匀分散在水溶液中；
具体地，抽滤干燥的步骤为：
将上述恒温分步反应结束后的溶液进行抽滤，抽滤结束后，滤渣倒入烧杯中，滤液进行二次抽滤，将滤渣用超纯水反复洗涤，除去多余杂质和未反应完全的样品，将滤渣置于40℃真空干燥箱中进行干燥至恒重，放入存有CaO干燥器皿中干燥保存。
具体地，筛选步骤为：将样品筛选为按百分比：粒径小于0.5μm的样品占总样品5~10份，0.5~1.5μm占80~85份，余量为1.5μm以上。
具体地，将有机-无机复合早强剂应用于C30自密实混凝土，其中：1m3混凝土中包含325Kg常规材料普通硅酸盐水泥42.5、750Kg砂、290Kg小石子、760Kg大石子，150Kg水，3Kg高效减水剂和质量掺量为1~5%的有机-无机复合早强剂。
具体地，自密实混凝土的制备方法为：使用强制式搅拌机，先干拌后湿拌，先加入大石子、小石子和砂，开动强制式搅拌机，搅拌40~60s；再加入常规材料普通硅酸盐水泥42.5，开动强制式搅拌机，继续搅拌40~60s；将高效减水剂和有机-无机复合早强剂均匀分散于水中形成拌合水，20s内往搅拌机内缓慢注入总质量80%的拌合水，边注入边搅拌2min，随后马上加入剩余总质量20%的拌合水搅拌1min即可出料。
[对比例1]
本对比例与实施例1的区别仅为早强剂仅选用无机盐类早强剂。
[对比例2]
本对比例与实施例1的区别仅为早强剂仅选用有机物类早强剂。
[对比例3]
本对比例与实施例1的区别仅为使用常规去离子水。
[对比例4]
本对比例与实施例1的区别仅为不使用分散剂。
[对比例5]
本对比例与实施例1的区别仅为搅拌方式为常规搅拌，不进行分步搅拌。
[对比例6]
本对比例与实施例1的区别仅为不进行粒径筛选。
[对比例7]
本对比例与实施例1的区别仅为抽滤方式为常规抽滤，不进行二次抽滤。
与现有技术相比，本发明可以有效弥补单独采用无机盐类早强剂和单独采用有机物类早强剂所带来的副作用，能够有效提高混凝土的强度，经后期试验测试，其强度高于现有技术中的无机盐类早强剂产品和有机物类早强剂产品；同时减少混凝土成本，降低混凝土凝结时间，改善混凝土性能，均能有效提高水泥基材料的早期强度和后期强度，延长使用寿命。
结果表明，通过本发明的制备方法获得的有机-无机复合早强剂，能显著提高自密实混凝土的强度，如表1所示。
表1 自密实混凝土的抗压强度测试结果
编号 1d 2d 3d 28d
实施例1 9.80MPa 25.2MPa 29.6MPa 37.6MPa
对比例1 7.56MPa 22.6MPa 24.8MPa 30.6MPa
对比例2 8.02MPa 23.2MPa 25.4MPa 32.2MPa
对比例3 7.22MPa 21.7MPa 22.3MPa 28.9MPa
对比例4 7.72MPa 22.4MPa 24.8MPa 29.1MPa
对比例5 6.98MPa 19.9MPa 21.6MPa 27.4MPa
对比例6 8.22MPa 23.0MPa 24.8MPa 28.5MPa
对比例7 8.36MPa 23.5MPa 25.6MPa 30.3MPa
通过对比例和实施例的对比性能测试可以看到，使用本发明早强剂制备的混凝土在相同时间内具有更高的强度，混凝土的早期强度和后期强度均比现有技术的高，因而本发明相对于现有技术具有显著的进步。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种有机-无机复合早强剂，其特征在于：由以下各组份按质量百分比形成：无机盐类早强剂组份50份-80份，有机物类早强剂组份10份-40份，分散剂2份-3份，速凝剂0.5份-1.5份，减水剂1份-1.5份，膨胀剂0.1份-0.5份，防冻剂0.1份-0.5份，增稠剂0.1份-0.5份，
该有机-无机复合早强剂的制备方法为：将无机盐类早强剂与有机物类早强剂混合料按上述质量比进行混合并投入研磨机研磨成粉，然后投入球磨机进一步细化，并加入上述质量百分比的分散剂，速凝剂，减水剂，膨胀剂，防冻剂，增稠剂分散均匀于磁力搅拌器中，加水，恒温分步搅拌，待反应完全后抽滤干燥，筛选后得到有机-无机复合早强剂。
2.根据权利要求1所述的有机-无机复合早强剂，其特征在于：所述无机盐类早强剂组份由硫酸钠、碳酸钠、硝酸钙、亚硝酸钙中的至少2 种复配而成。
3.根据权利要求1所述的有机-无机复合早强剂，其特征在于：所述有机物类早强剂组份由甲酸钙、乙酸钙、甲醇、三乙醇胺中的至少2 种复配而成。
4.根据权利要求1所述的有机-无机复合早强剂，其特征在于：所述分散剂通过以下步骤制备：采用阳离子表面活性剂的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和具有环状结构的无机盐六偏磷酸钠（SHMP）复配作为分散剂，其中，CTAB和SHMP的添加量比例为4:6，采用分光光度计测试不同情况下溶液的吸光度，以此判断溶液的分散效果。
5.根据权利要求1所述的有机-无机复合早强剂，其特征在于：所述速凝剂由羟丙基甲基纤维素15份、脂肪醇聚氧乙烯醚10份、氯酸钠5份、硫酸锌10份、硅粉10份、粉煤灰15份混合而成。
6.根据权利要求1所述的有机-无机复合早强剂，其特征在于：所述分步搅拌步骤为：采用控温磁力搅拌器加热到60℃，进行恒温分步搅拌，
在反应前期0~2h保持磁力搅拌器转速在200-300rpm，使反应原料充分混合均匀；
在反应中期2~10h保持磁力搅拌器转速在800~1000 rpm，保持较高转速提高反应速率，使反应充分完成；
在反应后期10~12h保持磁力搅拌器转速在200-300rpm，使得反应产物均匀分散在水溶液中。
7.根据权利要求1所述的有机-无机复合早强剂，其特征在于：所述抽滤干燥的步骤为：
将上述恒温分步反应结束后的溶液进行抽滤，抽滤结束后，滤渣倒入烧杯中，滤液进行二次抽滤，将滤渣用超纯水反复洗涤，除去多余杂质和未反应完全的样品，将滤渣置于40℃真空干燥箱中进行干燥至恒重，放入存有CaO干燥器皿中干燥保存。
8.根据权利要求1所述的有机-无机复合早强剂，其特征在于：所述筛选步骤为：将样品筛选为按百分比：粒径小于0.5μm的样品占总样品5~10份，0.5~1.5μm占80~85份，余量为1.5μm以上。
9.一种利用权利要求1~8中任一项所述的有机-无机复合早强剂制备的自密实混凝土，其特征在于：将所述有机-无机复合早强剂应用于C30自密实混凝土，其中：1m3混凝土中包含325Kg常规材料普通硅酸盐水泥42.5、750Kg砂、290Kg小石子、760Kg大石子，150Kg水，3Kg高效减水剂和质量掺量为1~5%的有机-无机复合早强剂。
10.利要求9所述的自密实混凝土，其特征在于：所述自密实混凝土的制备方法为：使用强制式搅拌机，先干拌后湿拌，先加入大石子、小石子和砂，开动强制式搅拌机，搅拌40~60s；再加入常规材料普通硅酸盐水泥42.5，开动强制式搅拌机，继续搅拌40~60s；将高效减水剂和有机-无机复合早强剂均匀分散于水中形成拌合水，20s内往搅拌机内缓慢注入总质量80%的拌合水，边注入边搅拌2min，随后马上加入剩余总质量20%的拌合水搅拌1min即可出料。
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