CN109320125B - 一种混凝土外加剂、其制备方法及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混凝土外加剂、其制备方法及使用方法，该混凝土外加剂包括外加剂A、外加剂B和外加剂C，外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺3～5份，三乙醇胺0.4～1份，甘油0.3～0.8份，其他辅助剂0～4份和水89～97份；外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇5～20份和水80～95份；外加剂C为丁二酸。本发明介绍的混凝土外加剂、其制备方法及使用方法，使得少量的外加剂即可大大降低水泥用量，且能够保证水泥用量减少后不出现水泥对石子包裹不完全、混凝土强度差、后期开裂等现象。

Description

一种混凝土外加剂、其制备方法及使用方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，特别是涉及一种混凝土外加剂、其制备方法及使用方法。

背景技术

随着环保压力越来越大，混凝土企业和水泥厂家都在节能减排，水泥价格不断上涨，给下游企业造成巨大压力，在混凝土制作过程中减少水泥的用量能够大大减少混凝土的成本。

现有的混凝土生产过程中常常通过添加分散剂以使水泥充分分散，从而增加参与水化反应的水泥颗粒的量，减少水泥的用量。现有的分散剂在使用过程中常常出现两种情况：(1)大量减少水泥的用量，水泥用量减少过多时会出现水泥对石子包裹不完全、混凝土强度差、后期开裂等现象，影响混凝土的正常使用；(2)少量减少水泥用量，水泥用量减少带来的成本降低量与分散剂的添加带来的成本增加量相比没有明显优势，没有实际的推广应用价值。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明介绍了一种混凝土外加剂，并介绍了其制备方法及使用方法，采用本发明的混凝土外加剂、制备方法和使用方法，可以达到少量的加入量即可大大降低水泥用量，且能够保证水泥用量减少后不出现水泥对石子包裹不完全、混凝土强度差、后期开裂等现象。

为实现上述发明的目的，本发明采取的技术方案为：一种混凝土外加剂，包括外加剂A、外加剂B和外加剂C，外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺3～5份，三乙醇胺0.4～1份，甘油0.3～0.8份，其他辅助剂0～4份和水89～97份；外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇5～20份和水80～95份；外加剂C为丁二酸。

作为优选的，外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺4份，三乙醇胺0.8份，甘油0.8份，其他辅助剂1.62份和水92.78份；外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇8份和水82份。

三异丙醇胺和三乙醇胺作为分散剂，既可以作为表面活性剂改变固液界面、固固界面的表面张力，阻止水泥颗粒聚合，增加其分散性，也可作为带电粒子与水泥颗粒表面的电荷结合，阻止水泥颗粒之间聚合，增加其分散性；此外，三异丙醇胺可作为一种晚强剂，参与到水泥的水化过程中，增加混凝土的后期强度，三乙醇胺可作为一种早强剂，参与到水泥的水化过程中，增加混凝土的早期强度，这两种物质的选用，在增加水泥分散性的同时增加混凝土的早期强度和晚期强度，无需外加增强剂即可达到强度增加的效果。

甘油加入到混凝土中，能够与充分分散的水泥颗粒混合，在一定程度上减缓水泥的水化作用，使得水泥颗粒具有较好的流动性，能够完全包裹在石子表面。

聚乙烯醇和丁二酸分别加入混凝土中，二者在混凝土中进行交联反应，形成网状结构，增加混凝土的韧性，有效防止混凝土后期开裂。

作为优选的，外加剂C还可以为环氧树脂类化合物、异氰酸酯类化合物、醛类化合物、羧酸类化合物、硼酸等物质中的任意一种或多种的混合物。。

外加剂C作为聚乙烯醇的交联剂，可以有多种选择，不同交联剂与聚乙烯醇的交联反应的条件不同，在实际应用中，选择不同的交联剂时，需要配套改变其加入混凝土中的方法或对其进行适当的预处理。

作为优选的，聚乙烯醇的聚合度n满足：1400≤n≤2700。

作为优选的，其他辅助剂包括增强剂和消泡剂，增强剂与消泡剂的质量比为1.2～3：0.01～0.03。

作为优选的，增强剂为硫氰酸钠和尿素的混合物，硫氰酸钠与尿素的质量比为0.6～1.5：0.6～1.5。

硫氰酸钠和尿素作为增强剂，具有较好的增强效果且二者的原料成本均比较低，通过调整二者的添加量，能够使得本发明的混凝土外加剂在达到强度满足要求的同时成本最低。

将消泡剂添加至本发明的混凝土外加剂A中，一方面，消泡剂可以作为混凝土消泡剂，在混凝土制作过程中无需额外添加消泡剂，另一方面，消泡剂还可以增加本发明的混凝土外加剂A的稳定性，便于其保存。

一种混凝土外加剂的制备方法，外加剂A的制备方法为：

a、按比例称取各原料；

b、将各原料加入温度为60～80℃的反应釜中，恒温搅拌20～40min后备用。

外加剂B的制备步骤为：

a、按比例称取聚乙烯醇和水；

b、将各原料加入温度为30℃～60℃的反应釜中，搅拌至固体完全溶解；

c、静置24h脱泡后备用。

一种混凝土外加剂的使用方法，外加剂的使用量为：外加剂A的添加量为混凝土的质量份数的0.3％～0.6％；外加剂B的添加量为混凝土的质量份数的0.2％～0.8％，外加剂C的添加量为外加剂B质量份数的10％～40％。

合理的控制聚乙烯醇的聚合度，聚乙烯醇和丁二酸的质量比，能够有效控制在实际应用条件下，聚乙烯醇的交联反应程度，使其交联反应的产物能够增加混凝土的强度和韧性，使得混凝土不容易开裂。

一种混凝土外加剂的使用方法，其使用步骤为：

其使用步骤为：

a、按照混凝土的配方称取混凝土的各原料；

b、按比例称取外加剂A，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；

c、按比例称取外加剂B，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；

d、按比例称取外加剂C，溶于水中制成质量份数为6％的溶液，将溶液喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；

e、搅拌完成后运输至浇筑地进行浇筑。

先将外加剂A均匀加入混凝土中，使得水泥能够均匀分散在混凝土中，并对石子进行有效包裹；随后将聚乙烯醇加入混凝土中搅拌均匀，使其分散在混凝土的各个角落，再加入丁二酸，丁二酸与聚乙烯醇在混凝土的各个角落进行结合反应，二者发生交联反应的同时能够将水泥颗粒镶嵌在其网络结构之间，水泥的水化反应、聚乙烯醇和丁二酸的交联反应同时进行，形成的混凝土不仅强度高，而且韧性强，不容易开裂。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)分散性能好。本发明的混凝土外加剂中选用三异丙醇胺和三乙醇胺作为分散剂，二者均具有较好的分散性能，能够通过改变水泥颗粒之间的界面张力和与水泥颗粒表面电荷结合这两种作用原理，使得水泥颗粒充分分散而具有较高的分散性能。

(2)混凝土强度高。本发明的混凝土外加剂通过其中包含的甘油与水泥充分混合，增加水泥的流动性，使其能够更好的包裹在石子表面，通过三异丙醇胺、三乙醇胺及硫氰酸钠和尿素的作用提高混凝土的早期强度和晚期强度，使得在水泥用量减少的情况下混凝土的强度不降反增。

(3)混凝土抗裂性能好。本发明的混凝土外加剂通过聚乙烯醇和丁二酸的的交联反应与水泥的水化反应同时进行，聚乙烯醇和丁二酸交联反应形成的网状结构物与水泥水化作用形成的胶凝物互相镶嵌，形成的混凝土强度高、韧性强，抗裂性能好。

(3)用量少。本发明的混凝土外加剂的添加量小于0.15％，即可减少15％～25％的水泥用量，且能够保证水泥用量减少后不出现水泥对石子包裹不完全、混凝土强度差、后期开裂等现象。

(4)生产过程简单、生产能耗低，制作成本低，适于大批量工业化生产。

具体实施方式

以下实施例仅用于说明本发明，但不限制本发明的保护范围。

以下实施例中的混凝土标号为C30，空白组、对照组和实验组的混凝土配方如表1所示：

表1空白组、对照组和实验组的混凝土配方

配比	C/kg	F/kg	S<sub>河</sub>/kg	S<sub>机</sub>/kg	G<sub>小</sub>/kg	G<sub>大</sub>/kg	W/kg	A/％	A<sub>增</sub>/％
										空白组	255	111	255	595	322	752	144	1.4％	0％
对照组	216.75	111	255	605	344	765.25	137	1.4％	0.6％
										实验组	216.75	111	255	605	344	765.25	137	1.4％	-

表1中：C：为水泥，选用拉法基PO42.5水泥；

F：为粉煤灰，选用嘉诚拌合粉煤灰；

S_机：为机砂，选用细度模数为2.8的机砂；

S_河：为河砂，选用细度模数为1.6的河砂；

G_大：为大石子，选用粒径为10～30mm的大石子；

G_小：为小石子，选用粒径为5～10mm的小石子；

A：为12％固含量的聚羧酸母液和500g/T的液体引气剂；

A_增：为外加剂，本发明的实施例中选择一种市售外加剂作为对照组(记为市售样品)的外加剂，选择本发明的混凝土外加剂作为实验组的外加剂。

以下实施例中三异丙醇胺、三乙醇胺、甘油、消泡剂、硫氰酸钠、尿素、聚乙烯醇、丁二酸均为工业级。

以下实施例中消泡剂选择市售有机硅类消泡剂。

具体实施例一：

本实施例提供了一种混凝土外加剂，外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺4份，三乙醇胺0.8份，甘油0.8份，消泡剂0.02份，硫氰酸钠0.6份、尿素1份和水92.78份；外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇8份和水82份；外加剂C为丁二酸。

本实施例的混凝土外加剂的制备方法为，外加剂A：按比例称取原料，置于温度为60℃的反应釜中，恒温搅拌30min后备用；外加剂B：按比例称取原料，置于温度为60℃的反应釜中，搅拌至固体完全溶解，静置24h脱泡。

本实施例的混凝土外加剂的使用方法为：a、按照表1中实验组的配方称取混凝土的各原料；b、称取占混凝土质量份数的0.6％的外加剂A，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟、称取占混凝土质量份数的0.8％的外加剂B，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；d、称取占外加剂B质量份数的20％的外加剂C，溶于水中制成质量份数为6％的溶液，将该溶液喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；e、搅拌完成后进行浇筑，制成3块100mm*100mm的试块。

本实施例记为实验组1，制得的试块记为JY-P-1。

具体实施例二：

本实施例提供了一种混凝土外加剂，外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺3份，三乙醇胺0.4份，甘油0.3份，消泡剂0.01份，硫氰酸钠0.6份、尿素0.6份和水95.09份；外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇5份和水95份；外加剂C为丁二酸。

本实施例的混凝土外加剂的制备方法为，外加剂A：按比例称取原料，置于温度为80℃的反应釜中，恒温搅拌20min后备用；外加剂B：按比例称取原料，置于温度为30℃的反应釜中，搅拌至固体完全溶解，静置24h脱泡。

本实施例的混凝土外加剂的使用方法为：a、按照表1中实验组的配方称取混凝土的各原料；b、称取占混凝土质量份数的0.3％的外加剂A，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；c、称取占混凝土质量份数的0.2％的外加剂B，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；d、称取占外加剂B质量份数的10％的外加剂C，溶于水中制成质量份数为6％的溶液，将该溶液喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；e、搅拌完成后进行浇筑，制成3块100mm*100mm的试块。

本实施例记为实验组2，制得的试块记为JY-P-2。

具体实施例三：

本实施例提供了一种混凝土外加剂，外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺5份，三乙醇胺1份，甘油0.8份，消泡剂0.03份，硫氰酸钠1.5份、尿素1.5份和水90.17份；外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇20份和水80份；外加剂C为丁二酸。

本实施例的混凝土外加剂的制备方法为，外加剂A：按比例称取原料，置于温度为80℃的反应釜中，恒温搅拌40min后备用；外加剂B：按比例称取原料，置于温度为60℃的反应釜中，搅拌至固体完全溶解，静置24h脱泡。

本实施例的混凝土外加剂的使用方法为：a、按照表1中实验组的配方称取混凝土的各原料；b、称取占混凝土质量份数的0.5％的外加剂A，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；c、称取占混凝土质量份数的0.7％的外加剂B，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；d、称取占外加剂B质量份数的40％的外加剂C，溶于水中制成质量份数为6％的溶液，将该溶液喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；e、搅拌完成后进行浇筑，制成3块100mm*100mm的试块。

本实施例记为实验组3，制得的试块记为JY-P-3。

具体实施例四：

本实施例提供了一种混凝土外加剂，外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺4.5份，三乙醇胺0.8份，甘油0.6份，消泡剂0.02份，硫氰酸钠1份、尿素1.5份和水91.58份；外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇16份和水84份；外加剂C为丁二酸。

本实施例的混凝土外加剂的制备方法为，外加剂A：按比例称取原料，置于温度为70℃的反应釜中，恒温搅拌25min后备用；外加剂B：按比例称取原料，置于温度为50℃的反应釜中，搅拌至固体完全溶解，静置24h脱泡。

本实施例的混凝土外加剂的使用方法为：a、按照表1中实验组的配方称取混凝土的各原料；b、称取占混凝土质量份数的0.4％的外加剂A，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；c、称取占混凝土质量份数的0.6％的外加剂B，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；d、称取占外加剂B质量份数的30％的外加剂C，溶于水中制成质量份数为6％的溶液，将其喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；e、搅拌完成后进行浇筑，制成3块100mm*100mm的试块。

本实施例记为实验组4，制得的试块记为JY-P-4。

具体实施例五：

本实施例提供了一种混凝土外加剂，外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺3.8份，三乙醇胺0.6份，甘油0.5份，消泡剂0.015份，硫氰酸钠0.8份、尿素0.8份和水93.485份；外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇12份和水88份；外加剂C为丁二酸。

本实施例的混凝土外加剂的制备方法为，外加剂A：按比例称取原料，置于温度为60℃的反应釜中，恒温搅拌35min后备用；外加剂B：按比例称取原料，置于温度为40℃的反应釜中，搅拌至固体完全溶解，静置24h脱泡。

本实施例的混凝土外加剂的使用方法为：a、按照表1中实验组的配方称取混凝土的各原料；b、称取占混凝土质量份数的0.4％的外加剂A，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；c、称取占混凝土质量份数的0.5％的外加剂B，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；d、称取占外加剂B质量份数的25％的外加剂C，溶于水中制成质量份数为6％的溶液，将其喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；e、搅拌完成后进行浇筑，制成3块100mm*100mm的试块。

本实施例记为实验组5，制得的试块记为JY-P-5。

具体实施例六：

本实施例提供了一种混凝土外加剂，外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺3.5份，三乙醇胺0.5份，甘油0.4份，消泡剂0.01份，硫氰酸钠1.2份、尿素1.2份和水93.19份；外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇10份和水90份；外加剂C为丁二酸。

本实施例的混凝土外加剂的制备方法为，外加剂A：按比例称取原料，置于温度为50℃的反应釜中，恒温搅拌45min后备用；外加剂B：按比例称取原料，置于温度为60℃的反应釜中，搅拌至固体完全溶解，静置24h脱泡。

本实施例的混凝土外加剂的使用方法为：a、按照表1中实验组的配方称取混凝土的各原料；b、称取占混凝土质量份数的0.6％的外加剂A，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；c、称取占混凝土质量份数的0.3％的外加剂B，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；d、称取占外加剂B质量份数的15％的外加剂C，溶于水中制成质量份数为6％的溶液，将其喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；e、搅拌完成后进行浇筑，制成3块100mm*100mm的试块。

本实施例记为实验6，制得的试块记为JY-P-6。

试验例一

按照空白组的混凝土配方配置混凝土，制成3块100mm*100mm的试块，将所制得的试块记为CK-1；按照对照组的混凝土配方配置混凝土，添加量0.6％(按质量百分比计算)的市售外加剂，混合均匀后分别制成3块100mm*100mm的试块，将所制得的试块记为CK-2，分别观察各组实验的混凝土形态、测量各组试验制得的试块的强度指标、观察试块后期开裂情况等，得到结果如表2～表3所示。

表2不同试验组制成的混凝土的基础情况对比

通过对比分析表2～表3可知，本发明的混凝土外加剂，添加至混凝土中，在水泥用量减少20％的情况下，所制得的混凝土具有以下特点：

(1)包裹性好：添加本发明的混凝土外加剂的混凝土其包裹性优于添加市售样品的混凝土，除JY-P-2外，其余实施例所制得的混凝土外加剂加入到混凝土中均能完全包裹石子，说明本发明的混凝土外加剂可以提高水泥的分散性及水泥对石子的包裹性；

(2)抗压强度高：添加本发明的混凝土外加剂的混凝土其不同时期的抗压强度均高于空白组和对照组，且各个原料配比不同的情况下，所得的混凝土外加剂在相同添加量时对混凝土的强度影响不同，说明本发明的混凝土外加剂能够增强混凝土的强度，且对混凝土的增强作用效果与原料的配方有关；

(3)抗裂性能强：减少水泥用量后，添加市售外加剂的试块混凝土后期严重开裂，添加本发明的混凝土外加剂，所制得的试块具有良好的抗裂性能，且外加剂B和外加剂C的量及其配比对试块的抗裂性能影响比较明显。

(4)经济效益好：少量的添加本发明的混凝土外加剂，即可显著减少水泥的用量，且本发明的混凝土外加剂原料成本低，加工成本低，使得在保证混凝土强度和抗裂性的情况下，大大减少混凝土的成本；混凝土强度越高，抗裂性能越好，所需添加的混凝土外加剂的成本越高，在实际应用中，可根据对混凝土的强度和抗裂性能的要求，适当的选择不同配比的混凝土外加剂。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种混凝土外加剂，其特征在于，包括外加剂A、外加剂B和外加剂C，所述外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺3～5份，三乙醇胺0.4～1份，甘油0.3～0.8份，其他辅助剂0～4份和水89～97份；所述外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇5～20份和水80～95份；所述外加剂C为丁二酸；所述聚乙烯醇的聚合度n满足：1400≤n≤2700；

所述外加剂的使用量为：外加剂A的添加量为混凝土质量份数的0.3％～0.6％；外加剂B的添加量为混凝土质量份数的0.2％～0.8％；外加剂C的添加量为外加剂B质量份数的10％～40％；

所述外加剂的使用步骤为：

a、按照混凝土的配方称取混凝土的各原料；

b、按比例称取外加剂A，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；

c、按比例称取外加剂B，喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；

d、按比例称取外加剂C，溶于水中制成质量份数为6％的溶液，将溶液喷洒至混凝土中搅拌2～4分钟；

e、搅拌完成后运输至浇筑地进行浇筑。

2.根据权利要求1所述的混凝土外加剂，其特征在于，所述外加剂A的组分及各组分的质量份数如下：三异丙醇胺4份，三乙醇胺0.8份，甘油0.8份，其他辅助剂1.62份和水92.78份；所述外加剂B的组分及各组分的质量份数如下：聚乙烯醇8份和水82份。

3.根据权利要求1或2所述的一种混凝土外加剂，其特征在于，所述其他辅助剂包括增强剂和消泡剂，所述增强剂与所述消泡剂的质量比为1.2～3：0.01～0.03。

4.根据权利要求3所述的混凝土外加剂，其特征在于，所述增强剂为硫氰酸钠和尿素的混合物，所述硫氰酸钠与所述尿素的质量比为0.6～1.5：0.6～1.5。

5.权利要求1～4任一所述的混凝土外加剂的制备方法，其特征在于，所述外加剂A的制备方法为：

a、按比例称取各原料；

b、将各原料加入温度为60～80℃的反应釜中，恒温搅拌20～40min后备用。

6.根据权利要求5所述的混凝土外加剂的制备方法，其特征在于，所述外加剂B的制备方法为：

a、按比例称取聚乙烯醇和水；

b、将各原料加入温度为30℃～60℃的反应釜中，搅拌至固体完全溶解；

c、静置24h脱泡后备用。