CN108585591A - 一种水泥混凝土缓凝剂 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供一种水泥混凝土缓凝剂，以重量计，包括下述原料：低聚糖25‑35份，丙二醇甲醚醋酸酯5‑8份，乙烯基丙烯酸酯共聚乳液8‑15份，十二碳醇酯5‑15份，丙烯酸铵3‑5份，焦磷酸钠15‑18份，三聚磷酸钠3‑10份，水20‑30份。本发明创造的缓凝剂，成本低廉，具有优良稳定的缓凝效果，并能够使混凝土具有良好的强度。

Description

一种水泥混凝土缓凝剂
技术领域
本发明创造属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水泥混凝土缓凝剂。
背景技术
水泥混凝土是现代化建筑工程中必不可少的施工材料，其性能受到各种外加剂的影响和作用，从而满足不同工况下施工要求的需要。混凝土在进行浇筑施工之前，需要经过混料、搅拌、运输等多个环节，因此往往需要延长水泥的凝结时间，使其在较长的一段时间内保持一定的可塑性。缓凝剂是能延长混凝土凝结时间的外加剂，好的缓凝剂要求尽量延长的是混凝土的初凝时间，而终凝时间不宜延长过多，并且缓凝剂的加入应避免对混凝土的其他性能产生不利影响。
目前的缓凝剂具有多种类别，其中以酒石酸为代表的羟基羧酸及其盐类、以及以磷酸盐为代表的无机盐类缓凝剂均具有强烈的缓凝效果，其中羟基羧酸盐最为常用。羟基羧酸盐不仅能够延长混凝土的初凝时间，甚至能够促进后期强度的提高，在混凝土中具有广泛应用，但是这类缓凝剂会延缓混凝土7d以内的强度发展，并且成本高于其他类型缓凝剂，还普遍存在环境适应的问题，受温度影响较大。无机盐类缓凝剂不会对混凝土后期强度带来显著的不利影响，但由于其缓凝效果的稳定性较差而不常使用。糖类缓凝剂包括糖蜜、葡萄糖、蔗糖等，由于其来源广泛、成本低廉而受到普遍应用。目前使用的糖类缓凝剂以单糖为主，少量使用多糖，糖类缓凝剂随着掺量提高会对混凝土后期强度产生较大影响，还容易产生促凝或假凝现象，因此掺量受到限制，缓凝效果与羟基羧酸盐类相比大大降低。
发明内容
本发明创造为解决现有技术中的问题，提供一种水泥混凝土缓凝剂，成本低廉，具有优良稳定的缓凝效果，并能够使混凝土具有良好的强度。
本发明创造的水泥混凝土缓凝剂，以重量计，包括下述原料：
低聚糖25-35份，
丙二醇甲醚醋酸酯5-8份，
乙烯基丙烯酸酯共聚乳液8-15份，
十二碳醇酯5-15份，
丙烯酸铵3-5份，
焦磷酸钠15-18份，
三聚磷酸钠3-10份，
水20-30份。
其中，所述低聚糖、丙二醇甲醚醋酸酯、乙烯基丙烯酸酯共聚乳液优选的配料比为30:6:10；所述乙烯基丙烯酸酯共聚乳液和十二碳醇酯优选的配料比为2:1；所述乙烯基丙烯酸酯共聚乳液与丙烯酸铵优选的配料比为5:2；所述低聚糖和焦磷酸钠优选的配料比为2:1；所述焦磷酸钠和三聚磷酸钠优选的配料比为3:1。
其中，所述低聚糖在水泥水化过程中吸附于固体颗粒表面，起到水化屏障作用阻碍水泥的正常水化，导致水泥混凝土凝结时间延长。低聚糖具有合适的低分子聚合度，克服了小分子单糖类缓凝物质容易脱附的不足，同时也避免了多糖物质聚合度过大、聚合不均一导致的促凝、假凝现象，并且具有一定的稳定强度效果。
所述低聚糖可以市购，也可以由下述方法获得：(1)将菠萝果皮粉碎干燥制成粉末；(2)将粉末采用石油醚在60-65℃下回流浸提，收集固相残渣；(3)将固相残渣采用0.5-1％醋酸溶液在80-90℃下回流浸提，收集滤液；(4)将滤液采用乙醇进行醇沉，静置后离心，收集上清液；(5)将上清液蒸发浓缩至低聚糖含量占总质量的60％以上即可；采用菠萝果皮中回收的低聚糖作为原料，不仅能够使得果皮废料得以有利回收，而且获得的低聚糖含量高、成本低廉、缓凝效果稳定，具有巨大的应用价值。其中，所述步骤(2)中，菠萝果皮的粉末在石油醚中的浓度为0.1-0.2kg/L；所述步骤(3)中，固相残渣在醋酸溶液中的浓度为0.1-0.2kg/L；所述步骤(4)中，乙醇加入滤液后浓度达到60％-90％。
其中，所述丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)分子中具有醚键和羰基，且羰基又形成酯结构，具有较高的分子活性，能够配伍低聚糖分子，提高低聚糖分子的吸附能力，提高低聚糖的缓凝作用。
其中，所述乙烯基丙烯酸酯共聚乳液与低聚糖和丙二醇甲醚醋酸酯具有良好的复配效果，共聚物分子有利于低聚糖在水泥固相颗粒上的包覆成膜，进一步提高水泥初凝的能量壁垒，极大地增强了缓凝效果。乙烯基提高了丙烯酸共聚物分子的内塑性，使丙烯酸的柔性链段能够适应混凝土的搅拌需要。所述乙烯基丙烯酸酯共聚乳液优选粘度在5000cp以下，还优选为醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液，如陶氏化学ROVACETMH P-2931。
其中，所述十二碳醇酯为能够与乙烯基丙烯酸酯共聚乳液复配的助剂，有利于提高共聚物分子的成膜效果，进一步提高缓凝作用。
其中，所述丙烯酸铵能够起到乳液聚合的促进作用，与乙烯基丙烯酸酯共聚乳液和十二碳醇酯具有良好的复配效果，同时丙烯酸的官能团与共聚分子中丙烯酸酯具有良好的配伍相容性。
其中，所述焦磷酸钠为体系中补入的无机类缓凝剂，相对于其他无机类缓凝剂(如磷酸钠等)，焦磷酸钠具有更好的体系相容性，且焦磷酸钠在水泥中能够与Ca2+同时发生反应和络合两种作用，对低聚糖的吸附和乙烯基丙烯酸酯共聚乳液成膜包覆作用起到良好的补足效应，同时它还具有适当的软化水和抗氧化效果。
其中，所述三聚磷酸钠与焦磷酸钠具有复配效果，提高焦磷酸钠的体系稳定性，能够络合Ca2+，具有良好的体系改良和稳定作用。
本发明提供的水泥混凝土缓凝剂采用如下方法制得：按计量比将低聚糖、丙二醇甲醚醋酸酯、乙烯基丙烯酸酯共聚乳液和水充分混合后，向其中加入十二碳醇酯搅拌至均匀，然后向其中加入丙烯酸铵搅拌至均匀，最后向其中加入焦磷酸钠和三聚磷酸钠，搅拌至均匀即得。
本发明创造具有如下优点：(1)采用低聚糖代替单糖和多糖，提高缓凝稳定性和延长缓凝时间，克服促凝、假凝等不良现象。(2)能够利用菠萝果皮中回收的低聚糖，原料成本低，有利于废弃物的资源化利用。(3)采用丙二醇甲醚醋酸酯、乙烯基丙烯酸酯共聚乳液和十二碳醇酯与低聚糖复配，提高低聚糖的包覆效果，提高缓凝作用效果。(4)采用无机类缓凝剂与低聚糖的复配，进一步提高缓凝作用效果。(5)本发明缓凝剂体系配伍性高，成本低廉，能够达到或超过羟基羧酸及其盐类缓凝剂的缓凝效果，并有效保持或提高水泥混凝土的后期强度，也不会降低7d以内的早期强度。
具体实施方式
下面对本发明创造进行进一步说明。为了叙述方便，本发明创造中的设备略去了必要或常规的操作步骤或条件，本领域技术人员能够根据反应的需要进行任意的调整。
一、低聚糖的制备
将菠萝果皮粉碎干燥制成粉末。将粉末采用石油醚在60-65℃下回流浸提30-120min进行脱脂，收集固相残渣，菠萝果皮的粉末在石油醚中的浓度为0.1-0.2kg/L。将固相残渣置于0.5-1％醋酸溶液中，浓度为0.1-0.2kg/L，在80-90℃下回流浸提4-8h，过滤并收集滤液。将滤液蒸发浓缩，然后向滤液中加入乙醇至乙醇浓度为60％-90％，进行醇沉，充分静置后离心，收集上清液。将上清液蒸发浓缩至低聚糖含量占总质量的60％以上，得到低聚糖溶液产品。
二、水泥混凝土缓凝剂的制备
按计量比将上述低聚糖、丙二醇甲醚醋酸酯、乙烯基丙烯酸酯共聚乳液和水充分混合后，向其中加入十二碳醇酯搅拌至均匀，然后向其中加入丙烯酸铵搅拌至均匀，最后向其中加入焦磷酸钠和三聚磷酸钠，搅拌至均匀即得。按照表1中的计量比获得三组水泥混凝土缓凝剂样品，同时采用同样的方法获得两组对比样品。
表1
原料/份 样品一 样品二 样品三 对比样品一 对比样品二
低聚糖 30 28 35 30 30
丙二醇甲醚醋酸酯 6 7 5 6 6
乙烯基丙烯酸酯共聚乳液 10 15 10 10 —
十二碳醇酯 5 8 12 5 5
丙烯酸铵 4 5 4 4 4
焦磷酸钠 15 15 16 15 15
三聚磷酸钠 5 8 7 — 5
水 25 25 28 25 25
三、性能评价
采用市购的普通硅酸盐水泥对混凝剂进行性能评价，水泥化学组成如表2所示，水泥的技术指标如表3所示，缓凝剂在水泥中的掺量为0.1w％。
表2普通硅酸盐水泥化学组成w/％
CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO TiO2 SO3 Na2O Loss
59.39 20.77 5.32 3.64 2.89 0.31 2.12 1.55 4.01
表3水泥技术指标
分别采用上述样品，同时采用市售羟基羧酸盐类缓凝剂产品作为对比样品三，对缓凝剂产品的凝结性能测定，每组取三次测定的平均值，凝结时间测定按照GB/T 1346-2011标准进行，结果如表4所示。混凝土试样的水灰比为0.35，强度测试结果如表5所示。
表4
表5
由表4和表5可以看出，本发明创造产品各原料相辅相成，能够显著延长水泥混凝土的初凝时间，并缩短初终凝时间间隔，同时对混凝土早期强度的发展具有良好的作用，有利于混凝土的脱模养护和快速施工的需要。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水泥混凝土缓凝剂，以重量计，包括下述原料：
低聚糖 25-35份，
丙二醇甲醚醋酸酯 5-8份，
乙烯基丙烯酸酯共聚乳液 8-15份，
十二碳醇酯 5-15份，
丙烯酸铵 3-5份，
焦磷酸钠 15-18份，
三聚磷酸钠 3-10份，
水 20-30份。
2.根据权利要求1所述的水泥混凝土缓凝剂，其特征在于，所述低聚糖、丙二醇甲醚醋酸酯、乙烯基丙烯酸酯共聚乳液的配料比为30:6:10。
3.根据权利要求1所述的水泥混凝土缓凝剂，其特征在于，所述乙烯基丙烯酸酯共聚乳液和十二碳醇酯的配料比为2:1。
4.根据权利要求1所述的水泥混凝土缓凝剂，其特征在于，所述乙烯基丙烯酸酯共聚乳液与丙烯酸铵的配料比为5:2。
5.根据权利要求1所述的水泥混凝土缓凝剂，其特征在于，所述低聚糖和焦磷酸钠的配料比为2:1。
6.根据权利要求1所述的水泥混凝土缓凝剂，其特征在于，所述焦磷酸钠和三聚磷酸钠的配料比为3:1。
7.根据权利要求1所述的水泥混凝土缓凝剂，其特征在于，所述低聚糖由下述方法获得：(1)将菠萝果皮粉碎干燥制成粉末；(2)将粉末采用石油醚在60-65℃下回流浸提，收集固相残渣；(3)将固相残渣采用0.5-1％醋酸溶液在80-90℃下回流浸提，收集滤液；(4)将滤液采用乙醇进行醇沉，静置后离心，收集上清液；(5)将上清液蒸发浓缩至低聚糖含量占总质量的60％以上即可。
8.根据权利要求1所述的水泥混凝土缓凝剂，其特征在于，所述步骤(2)中，菠萝果皮的粉末在石油醚中的浓度为0.1-0.2kg/L；所述步骤(3)中，固相残渣在醋酸溶液中的浓度为0.1-0.2kg/L；所述步骤(4)中，乙醇加入滤液后浓度达到60％-90％。
9.根据权利要求1所述的水泥混凝土缓凝剂，其特征在于，所述乙烯基丙烯酸酯共聚乳液优选粘度在5000cp以下，还优选为醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液。
10.权利要求1所述的水泥混凝土缓凝剂的制备方法：按计量比将低聚糖、丙二醇甲醚醋酸酯、乙烯基丙烯酸酯共聚乳液和水充分混合后，向其中加入十二碳醇酯搅拌至均匀，然后向其中加入丙烯酸铵搅拌至均匀，最后向其中加入焦磷酸钠和三聚磷酸钠，搅拌至均匀即得。
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