CN108774015B - 沸石基水化热缓释材料的制备方法 - Google Patents

沸石基水化热缓释材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种沸石基水化热缓释材料的制备方法，包括：通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合，并将混合后的沸石粉、石蜡及有机酸进行冷却细碎，得到沸石基水化热缓释材料。

Description

沸石基水化热缓释材料的制备方法
技术领域
本公开涉及一种沸石基水化热缓释材料的制备方法。
背景技术
大体积混凝土在施工阶段因水泥水化热、内外约束条件、外界气候变化等因素的影响而产生的温度裂缝，一直是国内外相关领域的研究人员想要彻底解决的问题。
瑞典律勒欧理工大学的Bernander在由水泥水化热导致的混凝土开裂、约束大小、混凝土变形、混凝土硬化过程中的力学变化研究方面，取得了较好的成果，并认为裂缝的产生可分布在膨胀与收缩两个过程：在水泥水化初期，由于混凝土表面和内部的散热条件不同，形成外低内高的温差，使混凝土表面产生拉应力，混凝土内部产生压应力，当混凝土表面产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，大体积混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝特点是裂缝比较分散，裂缝宽度、深度小；当大体积混凝土的水泥水化热基本上释放完毕后，大体积混凝土开始逐渐降温，在大体积混凝土降温阶段，由于混凝土的收缩，受到地基或结构的其他部分约束，大体积混凝土就会产生很大的温度变形和温度应力，从而产生贯穿性裂缝。
现代混凝土，尤其是防水混凝土，为保证抗渗性能，胶凝材料用量大，水化放热集中，易出现温度裂缝。目前工程中多采用低水化热的水泥配制混凝土和多项物理温控措施，费时费力，代价高昂，效果仍不理想。
发明内容
为了解决至少一个上述技术问题，本公开提出了一种沸石基水化热缓释材料的制备方法。
根据本公开的一个方面，沸石基水化热缓释材料的制备方法，包括：
通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合，并将混合后的沸石粉、石蜡及有机酸进行冷却细碎，得到沸石基水化热缓释材料。
根据本公开的至少一个实施方式，通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合的步骤包括：
按重量份数称取20～30份相变材料和100份有机酸；
熔融相变材料，并将有机酸加入到熔融后的相变材料中搅拌，形成混合物；
将混合物冷却至形成固体；
对固体进行破碎形成包裹封装材料；
按重量份数称取50～70份沸石粉和30～50份包裹封装材料；以及
混合沸石粉和包裹封装材料。
根据本公开的至少一个实施方式，通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合的步骤包括：
按重量份数称取50～70份沸石粉、5～11份相变材料和20～40份有机酸；
将沸石粉加热至100℃～200℃；
将相变材料和有机酸加入经过加热的沸石粉中；以及
混合沸石粉、相变材料和有机酸。
根据本公开的至少一个实施方式，通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合的步骤包括：
按重量份数称取50～70份沸石粉、5～11份相变材料和20～40份有机酸；以及
使沸石粉、相变材料和有机酸被混合并被加热至50℃～100℃。
根据本公开的至少一个实施方式，通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合的步骤包括：
按重量份数称取50～70份沸石粉、5～11份相变材料和20～40份有机酸；
将相变材料和有机酸加热至50℃～100℃，加入预热至50℃～100℃的沸石粉；以及
混合经过加热的相变材料和有机酸以及经过预热的沸石粉。
根据本公开的至少一个实施方式，
相变材料的相转变温度范围为50℃～60℃；
有机酸呈固态粉末状；
沸石粉为改性沸石粉，细度不低于250目。
根据本公开的至少一个实施方式，
相变材料为石蜡或改性石蜡；
有机酸为柠檬酸或酒石酸。
根据本公开的至少一个实施方式，选择粒径为0.1～0.6mm的包裹封装材料与沸石粉混合，制备沸石基水化热缓释材料。
根据本公开的至少一个实施方式，沸石基水化热缓释材料按质量百分比包括：50％～70％沸石粉、20％～40％有机酸和5％～11％石蜡。
根据本公开的至少一个实施方式，沸石基水化热缓释材料的制备方法包括：
按重量份数称取25份石蜡和100份柠檬酸；
熔融石蜡，将柠檬酸加入到熔融后的石蜡中搅拌，形成混合物；
将混合物冷却至形成固体，对固体进行破碎形成包裹封装材料；以及
按重量份数称取60份沸石粉和35份包裹封装材料，混合后获得沸石基水化热缓释材料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
本公开从混凝土的外加材料方面考虑，提出了一种沸石基水化热缓释材料的制备方法，该方法可以通过四种方式实施，四种实施方式分别可以获得一种具有水化热缓释功能的材料，将该材料掺加到混凝土中可用于解决温度裂缝的问题。
在本公开的实施方式一中，沸石基水化热缓释材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份数称取20～30份石蜡(或改性石蜡)，以及100份的粉末状的柠檬酸(或酒石酸)；
将石蜡熔融后，加入称量好的柠檬酸，混合均匀，形成一种液态混合物；
将该液态混合物在-5℃～-10℃环境下冷却成固体，然后对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，破碎后获得的物质即石蜡包裹着柠檬酸粉末的微小颗粒，称为包裹封装材料；
对包裹封装材料进行筛分，选择粒径为0.1～0.6mm的包裹封装材料备用；
按重量份数称取30～50份筛选出的包裹封装材料，与50～70份的沸石粉混合，根据需要混合后可以再进行冷却细碎，利用沸石粉具有的多孔结构作为载体搭载包裹封装材料，最终获得沸石基水化热缓释材料。
在本公开的实施方式二中，沸石基水化热缓释材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份数称取50～70份沸石粉、5～11份石蜡(或改性石蜡)和20～40份粉末状的柠檬酸(或酒石酸)；
将沸石粉加热至100℃～200℃；
将石蜡和柠檬酸同时加入到上述高温沸石粉中搅拌，形成混合物；
将上述混合物低温冷却形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
在本公开的实施方式三中，沸石基水化热缓释材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份数称取50～70份沸石粉、5～11份石蜡(或改性石蜡)和20～40份粉末状的柠檬酸(或酒石酸)；
将沸石粉、石蜡和柠檬酸加热至50℃～100℃，搅拌，形成混合物；
将上述混合物冷却形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
在本公开的实施方式四中，沸石基水化热缓释材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份数称取50～70份沸石粉、5～11份石蜡(或改性石蜡)和20～40份柠檬酸(或酒石酸)；
将石蜡和柠檬酸加热至50℃～100℃后，再加入提前预热至50℃～100℃的沸石粉，搅拌，形成混合物；
将上述混合物冷却形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
在本公开的一个可选实施方式中，上述沸石粉为超细改性沸石粉，细度不低于250目。
超细改性沸石粉的制备，包括以下步骤：
按重量份数称取普通沸石粉50～70份，掺加3～5份A l2(S04)3和5～10份CaSO4混合后，经350～400℃温度的焙烧，焙烧时间控制在25～35分钟，出机冷却后再粉磨，细度控制在250～300目，制成以沸石为主的焙烧复合沸石粉；
称取85～90份上述焙烧复合沸石粉，加入由0.5～1份硅烷偶联剂、3～6份硬脂酸、丙酮3～5份、5～8份乳化硅油组成的复合改性剂，在粉体表面改性机中100℃～130℃温度下加热，加热时间为10～20分钟，改性剂包覆率达98％以上，出机冷却后再粉磨，细度控制在250～300目，制成以沸石为主的活化改性沸石粉体。
在本公开的一个可选实施方式中，上述改性石蜡是指，将50％的石蜡在50～80℃的条件下熔化，然后加入50％的硬脂酸钙反应一定时间并冷却后所得产物。
在本公开的一个可选实施方式中，沸石基水化热缓释材料按质量百分比由50％～70％的超细改性沸石粉、20％～40％的柠檬酸(或酒石酸)和5％～11％的石蜡(或改性石蜡)组成。
下面以具体示例来详细说明本公开的制备方法：
示例1：
按重量份数称取20份石蜡和100份柠檬酸；
熔融石蜡后，加入柠檬酸混合均匀；
将上述混合物冷却成为固体后，对该固体进行低温高速破碎获得0.1～0.6mm粒径的包裹封装材料；
按重量份数称取50份超细改性沸石粉和30份上述包裹封装材料，混合均匀后即为沸石基水化热缓释材料。
示例2：
按重量份数称取30份石蜡和100份柠檬酸；
熔融石蜡后，加入柠檬酸混合均匀；
将上述混合物冷却成为固体后，对该固体进行低温高速破碎获得0.1～0.6mm粒径的包裹封装材料；
按重量份数称取70份超细改性沸石粉和50份上述包裹封装材料，混合均匀后即为沸石基水化热缓释材料。
示例3：
按重量份数称取25份石蜡和100份柠檬酸；
熔融石蜡后，加入柠檬酸混合均匀；
将上述混合物冷却成为固体，对该固体进行低温高速破碎获得0.1～0.6mm粒径的包裹封装材料；
按重量份数称取60份超细改性沸石粉和35份上述包裹封装材料，混合均匀后即为沸石基水化热缓释材料。
为了验证通过示例1至3的制备方法获得的材料对于水化热的抑制效果，从3个示例制备得到的沸石基水化热缓释材料中各取0.7％，分别掺入混凝土，进行混凝土绝热温升试验，试验配合比根据下表1进行：
表1混凝土绝热温升试验材料配合比
Figure GDA0001728852080000061
对比例混凝土和示例1至3的混凝土都以绝热温升值5℃至30℃区段的温升值对应的时间计算绝热温升速率，结果精确至1℃/h。绝热温升速率的计算公式如下式1所示：
Figure GDA0001728852080000071
式1中：
v——混凝土绝热温升速率，单位为℃/h；
t5——混凝土绝热温升值为5℃时经历的时间，单位为小时(h)，精确至0.1h；
t30——混凝土绝热温升值为30℃时经历的时间，单位为小时(h)，精确至0.1h。
对比例混凝土和示例1至3的混凝土绝热温升速率比按照下式2计算，结果精确至1％：
Figure GDA0001728852080000072
式2中：
ψ——混凝土绝热温升速率比；
v受检——受检混凝土绝热温升速率，单位为℃/h；
v基准——基准混凝土绝热温升速率，单位为℃/h。
测试结果如下表2所示：
表2示例1至3和对比例的测试结果
Figure GDA0001728852080000073
Figure GDA0001728852080000081
由上述测试结果可知，与对比例相比较，示例1至3的混凝土，即掺入了通过实施方式一的制备方法得到的沸石基水化热缓释材料的混凝土，绝热温升速率及绝热温升速率比均显著降低，这说明沸石基水化热缓释材料可有效缓解施工阶段水泥集中水化放热的情况。
示例4：
按重量份数称取50份超细改性沸石粉、5石蜡和20份柠檬酸；
将超细改性沸石粉加热至120℃；
将石蜡和柠檬酸同时加入到上述高温超细改性沸石粉中搅拌均匀，形成混合物；
将混合物冷却后形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
示例5：
按重量份数称取70份超细改性沸石粉、11石蜡和40份柠檬酸；
将超细改性沸石粉加热至120℃；
将石蜡和柠檬酸同时加入到上述高温超细改性沸石粉中搅拌均匀，形成混合物；
将混合物冷却后形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
示例6：
按重量份数称取60份超细改性沸石粉、8石蜡和30份柠檬酸；
将超细改性沸石粉加热至120℃；
将石蜡和柠檬酸同时加入到上述高温超细改性沸石粉中搅拌均匀，形成混合物；
将混合物冷却后形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
为了验证通过示例4至6的制备方法，即通过实施方式二的制备方法获得的材料对于水化热的抑制效果，从3个示例制备得到的沸石基水化热缓释材料中各取0.7％，分别掺入混凝土，进行混凝土绝热温升试验。验证方法与示例1至3相同，此处略过。结果显示，与对比例相比较，示例4至6的混凝土，即掺入了沸石基水化热缓释材料的混凝土，绝热温升速率及绝热温升速率比均显著降低。
示例7：
按重量份数称取50份超细改性沸石粉、5份石蜡和20份粉末状的柠檬酸；
将上述沸石粉、石蜡和柠檬酸混合后一同加热至100℃，搅拌均匀，形成混合物；
将上述混合物冷却后形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
示例8：
按重量份数称取70份超细改性沸石粉、11份石蜡和40份粉末状的柠檬酸；
将上述沸石粉、石蜡和柠檬酸混合后一同加热至100℃，搅拌均匀，形成混合物；
将上述混合物冷却后形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
示例9：
按重量份数称取60份超细改性沸石粉、8份石蜡和30份粉末状的柠檬酸；
将上述沸石粉、石蜡和柠檬酸混合后一同加热至100℃，搅拌均匀，形成混合物；
将上述混合物冷却后形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
为了验证通过示例7至9的制备方法，即通过实施方式三的制备方法获得的材料对于水化热的抑制效果，从3个示例制备得到的沸石基水化热缓释材料中各取0.7％，分别掺入混凝土，进行混凝土绝热温升试验。验证方法与示例1至3相同，此处略过。结果显示，与对比例相比较，示例7至9的混凝土，即掺入了沸石基水化热缓释材料的混凝土，绝热温升速率及绝热温升速率比均显著降低。
示例10：
按重量份数称取50份超细改性沸石粉、5份石蜡和20份柠檬酸；
将石蜡和柠檬酸加热至80℃后，再加入提前预热至50℃的沸石粉，搅拌均匀，形成混合物；
将上述混合物冷却后形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
示例11：
按重量份数称取70份超细改性沸石粉、11份石蜡和40份柠檬酸；
将石蜡和柠檬酸加热至80℃后，再加入提前预热至50℃的沸石粉，搅拌均匀，形成混合物；
将上述混合物冷却后形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
示例12：
按重量份数称取60份超细改性沸石粉、8份石蜡和30份柠檬酸；
将石蜡和柠檬酸加热至80℃后，再加入提前预热至50℃的沸石粉，搅拌均匀，形成混合物；
将上述混合物冷却后形成固体；
对该固体在不高于30℃的环境下进行高速切割破碎，获得沸石基水化热缓释材料。
为了验证通过示例10至12的制备方法，即通过实施方式四的制备方法获得的材料对于水化热的抑制效果，从3个示例制备得到的沸石基水化热缓释材料中各取0.7％，分别掺入混凝土，进行混凝土绝热温升试验。验证方法与示例1至3相同，此处略过。结果显示，与对比例相比较，示例10至12的混凝土，即掺入了沸石基水化热缓释材料的混凝土，绝热温升速率及绝热温升速率比均显著降低。
在本公开中，沸石基水化热缓释材料的制备方法可以通过四种方式实施：利用“熔融分散+包裹封装”制备工艺，将有机酸包裹封装在石蜡中形成一种包裹封装材料，将包裹封装材料破碎后与超细改性沸石粉充分混合；或者将超细改性沸石粉加热到一定温度后同时加入石蜡和有机酸，搅拌均匀后冷却破碎；或者将超细改性沸石粉、石蜡和有机酸三者同时加热到一定温度后，混合均匀冷却后细碎；或者先同时加热石蜡和有机酸到一定温度，然后加入提前预热的超细改性沸石粉，充分搅拌后冷却细碎；通过这四种方式获得的缓释材料均是将超细改性沸石粉作为石蜡和有机酸的载体，在缓释材料加入到混凝土中以后，可以使得石蜡缓慢释放出有机酸。通过上述制备方法获得的沸石基水化热缓释材料，经过验证均可以不同程度的起到降低最高温升、阶段性抑制水泥水化放热的效果，将其按一定比例掺入到混凝土中可用于解决混凝土的温度裂缝问题。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种沸石基水化热缓释材料的制备方法，包括：
通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合，并将混合后的沸石粉、相变材料及有机酸进行冷却细碎，得到所述沸石基水化热缓释材料，所述相变材料为石蜡，
其中，通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合的步骤包括：
按重量份数称取20～30份所述相变材料和100份所述有机酸；
熔融所述相变材料，并将所述有机酸加入到熔融后的所述相变材料中搅拌，形成混合物；
将所述混合物冷却至形成固体；
对所述固体进行破碎形成包裹封装材料；
按重量份数称取50～70份沸石粉和30～50份所述包裹封装材料；以及
混合所述沸石粉和所述包裹封装材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
选择粒径为0.1～0.6mm的所述包裹封装材料与所述沸石粉混合，制备所述沸石基水化热缓释材料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸为柠檬酸，包括以下步骤：
按重量份数称取25份石蜡和100份柠檬酸；
熔融所述石蜡，将所述柠檬酸加入到熔融后的所述石蜡中搅拌，形成混合物；
将所述混合物冷却至形成固体，对所述固体进行破碎形成所述包裹封装材料；以及
按重量份数称取60份沸石粉和35份所述包裹封装材料，混合后获得所述沸石基水化热缓释材料。
4.一种沸石基水化热缓释材料的制备方法，包括：
通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合，并将混合后的沸石粉、相变材料及有机酸进行冷却细碎，得到所述沸石基水化热缓释材料，所述相变材料为石蜡，
其中，通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合的步骤包括：
按重量份数称取50～70份沸石粉、5～11份相变材料和20～40份有机酸；
将所述沸石粉加热至100℃～200℃；
将所述相变材料和所述有机酸加入经过加热的所述沸石粉中；
混合所述沸石粉、所述相变材料和所述有机酸，形成混合物；以及
将所述混合物冷却至形成固体，对所述固体进行破碎形成所述沸石基水化热缓释材料。
5.一种沸石基水化热缓释材料的制备方法，包括：
通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合，并将混合后的沸石粉、相变材料及有机酸进行冷却细碎，得到所述沸石基水化热缓释材料，所述相变材料为石蜡，
其中，通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合的步骤包括：
按重量份数称取50～70份沸石粉、5～11份相变材料和20～40份有机酸；以及
使所述沸石粉、所述相变材料和所述有机酸被混合并被加热至50℃～100℃，形成混合物；以及
将所述混合物冷却至形成固体，对所述固体进行破碎形成所述沸石基水化热缓释材料。
6.一种沸石基水化热缓释材料的制备方法，包括：
通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合，并将混合后的沸石粉、相变材料及有机酸进行冷却细碎，得到所述沸石基水化热缓释材料，所述相变材料为石蜡，
其中，通过使相变材料及有机酸被加热来与沸石粉混合的步骤包括：
按重量份数称取50～70份沸石粉、5～11份相变材料和20～40份有机酸；
将所述相变材料和所述有机酸加热至50℃～100℃，加入预热至50℃～100℃的所述沸石粉；以及
混合经过加热的所述相变材料和所述有机酸以及经过预热的所述沸石粉，形成混合物；以及
将所述混合物冷却至形成固体，对所述固体进行破碎形成所述沸石基水化热缓释材料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，
所述相变材料的相转变温度范围为50℃～60℃；
所述有机酸呈固态粉末状；
所述沸石粉为改性沸石粉，
其中所述改性沸石粉通过以下方式制备：按重量份数称取普通沸石粉50～70份，掺加3～5份Al2(S04)3和5～10份CaSO4混合后，经350～400℃温度的焙烧，焙烧时间控制在25～35分钟，出机冷却后再粉磨，细度控制在250～300目，制成焙烧复合沸石粉；按重量份数称取85～90份所述焙烧复合沸石粉，加入由0.5～1份硅烷偶联剂、3～6份硬脂酸、丙酮3～5份、5～8份乳化硅油组成的复合改性剂，在粉体表面改性机中以100℃～130℃温度加热，加热时间为10～20分钟，改性剂包覆率达98%以上，出机冷却后再粉磨，细度控制在250～300目，制成活化的改性沸石粉。
8.根据权利要求1、4、5或6所述的制备方法，其特征在于，
所述有机酸为柠檬酸或酒石酸。
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