CN109574538A - 一种混凝土减胶剂及其制备工艺、应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土减胶剂及其制备工艺、应用方法。其中，混凝土减胶剂包括如下重量份数的组分：有机醇胺类化合物35‑50份；无水硫酸钠1‑5份；硫代硫酸钠2‑10份；葡萄糖酸钠0.1‑3份；增稠剂1‑5份；聚乙二醇醚3‑10份；水55‑70份；有机醇胺类化合物包括三乙醇胺、三异丙醇胺中的至少一种；增稠剂包括黄原胶、聚丙烯酰胺、羟乙基甲基纤维素醚中的至少一种。混凝土减胶剂可用于混凝土的拌合过程，其无刺激性气味、具有绿色环保的优势，且在添加进入混凝土中使用时，具有减少水泥的使用量、提高混凝土的强度的效果。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土添加剂技术领域，更具体地说，它涉及一种混凝土减胶剂及其制备工艺、应用方法。
背景技术
随着混凝土高性能化应用技术的进步，对降低混凝土生产成本以及保证混凝土强度的同时，改善混凝土工作性能的需求进一步提升。
混凝土减胶剂是建筑市场上一种新兴的功能性混凝土外加剂，能够促使混凝土中的水泥的水化反应更加充分，节省实际工程建设中混凝土的水泥或其他凝胶材料的用量，并且提高混凝土的和易性、抗泌水、不离析易泵送的效果。
申请公布号为CN105174774A、申请公布日为2015年12月23日的中国专利公开了一种混凝土减胶剂，包括如下重量配比的组分：三聚氰胺100-120份、甲醛400-500份、水300-400份、水杨酸80-100份。
现有技术使用在混凝土中后，虽然能减少水泥的使用量，并且保持混凝土的强度，但现有技术中含有大量的甲醛，在制造、运输、与其他混凝土材料混合的过程中，均会造成甲醛释放的情况，不仅容易造成现有技术的效果变差，还容易造成环境污染，导致现有技术的使用和推广具有较大的局限性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种混凝土减胶剂，无刺激性气味、具有绿色环保的优势，且在添加进入混凝土中使用时，具有减少水泥的使用量、提高混凝土的强度的效果。
本发明的第二个目的在于提供一种混凝土减胶剂的制备工艺，有助于使获得的混凝土减胶剂保持质地均匀稳定的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种混凝土减胶剂的应用方法，其具有减少水泥的用量，并且提高混凝土的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种混凝土减胶剂，包括如下重量份数的组分：
有机醇胺类化合物35-50份；
无水硫酸钠1-5份；
硫代硫酸钠2-10份；
葡萄糖酸钠0.1-3份；
增稠剂1-5份；
聚乙二醇醚3-10份；
水55-70份；
所述有机醇胺类化合物包括三乙醇胺、三异丙醇胺中的至少一种；
所述增稠剂包括黄原胶、聚丙烯酰胺、羟乙基甲基纤维素醚中的至少一种。
通过采用上述技术方案，有机醇胺类化合物中，三乙醇胺、三异丙醇胺的分子结构空间立体，均含有氨基和羟基，氨基能够增大体系的粘度，羟基较易形成氢键，从而能够提高混凝土体系的和易性，有助于调节对水泥的微分散性能。此外，三乙醇胺有促进矿物溶解的作用，可促进C-S-H键的形成，并通过络合反应降低钙离子和铝离子浓度，进而促进水泥的水化程度。三异丙醇胺可以激发水泥中石灰石粉(主要成分为碳酸钙)的晶核作用，且更易与铁离子发生络合反应，促进较难水化的铁酸盐的水化达到提高水泥的水化程度，促进水化产物的相互交错，从而提高早期强度并有效地激发水泥的后期强度，从而提高混凝土的致密性。在本申请中，有机醇胺类化合物主要的作用是促进水泥更好地分散，从而达到充分利用水泥的作用。
无水硫酸钠能够促进水化产物硫铝酸钙的生成，从而有效地加快水泥的水化、硬化的速度。葡萄糖酸钠能降低水/水泥比，延缓水泥凝固时间，与硫代硫酸钠形成相互配合，从而有效提高混凝土的强度和耐久性。
无水硫酸钠与葡萄糖酸钠相互配合，使减水胶更好地平衡水泥水化、硬化的时间，从而进一步提高混凝土拌合物浇铸形成的建筑物的整体强度和耐久性。
硫代硫酸钠的加入，有助于降低混凝土拌合物和毛细孔中水溶液的溶点，从而提高获得的混凝土的抗冻性，且可起到减水的效果，使混凝土的早期稳定性得到改善，缩短了水泥水化过程。此外，硫代硫酸钠能够提高混凝土早期和极限的抗压、抗折强度，使混凝土具有较好的机械性能。
增稠剂中，黄原胶具有高效增稠的作用，黄原胶的加入，可大幅度提高水的粘度，并且在强碱和高盐环境下仍可保持粘度不变。聚丙烯酰胺是水溶性高分子聚合物，具有良好的增稠效果。羟乙基甲基纤维素醚具有亲水性，并且可使水具有较高粘度。添加羟乙基甲基纤维素醚的加入可使水溶液具有表面活性功能，起到胶体保护的作用，使整个液相体系保持稳定状态，并且有利于提高混凝土的和易性。此外，加入羟乙基甲基纤维素醚的减胶剂，再与水泥等组分形成混凝土拌合物后，再浇铸成建筑物后，可控制空气渗入混凝土中，从而不易使混凝土建筑出现微裂隙，有利于增加混凝土建筑表面的光滑程度。
因此，增稠剂的添加不但不减少混凝土的坍落度，还可以减少混凝土的泌水现象，抑制气泡外逸，改善新拌混凝土的和易性，能够提高水泥混凝土的凝聚作用和稳定性。
聚乙二醇醚为表面活性剂，在混凝土拌合物的流动性体系中，可有效降低水泥颗粒的表面活性，使水泥充分分散，进一步增大了水泥的比表面积，从而使混凝土拌合物中各组分可以较好的吸附在水泥的表面，赋予混凝土拌合物较好的初始流动性，从而增大混凝土拌合物的坍落扩展度。此外，聚乙二醇醚还可促进较难水化的铁酸盐的水化达到提高水泥矿物的水化程度，从而提高水泥的早期强度，并能够激发水泥的后期强度。
聚乙二醇醚和增稠剂相互配合，调节并控制减水胶的整体粘稠度，有利于促进本申请中除聚乙二醇醚以外的组分将聚乙二醇醚包覆，在将减胶剂添加至混凝土中时，可使混凝土拌合物中的组分充分包覆在聚乙二醇醚的外部，提高混凝土拌合物的流动性。
进一步优选为：所述有机醇胺类化合物由以下重量份数的组分组成：
三乙醇胺15-20份；
三异丙醇胺20-30份。
通过采用上述技术方案，三乙醇胺、三异丙醇胺均为具有空间立体的分子结构，按照上述重量份数的分布，可以更好地发挥三乙醇胺、三异丙醇胺减胶剂对水泥的微分散性能。
进一步优选为：所述增稠剂由以下重量份数的组分组成：
黄原胶0.5-0.8份；
聚丙烯酰胺0.5-0.8份；
羟乙基甲基纤维素醚1.5-2.4份。
通过采用上述技术方案，采用上述重量份数范围内的黄原胶、聚丙烯酰胺、羟乙基甲基纤维素醚相互配合，从而能够更好地发挥减胶剂对混凝土的凝聚和稳定作用。
进一步优选为：所述聚乙二醇醚的分子量为1600-3000。
通过采用上述技术方案，聚乙二醇醚为高分子聚合物，若分子量过大，则会导致分子结构过大，从而降低聚醚支链密度，影响混凝土拌合物的粘度。同时，过大的大分子结构会在水泥与混凝土拌合物中的其他组分之间形成位阻效应，易影响混凝土的致密性，从而造成混凝土拌合物中的空隙变大，不利于混凝土的强度体现。当聚乙二醇醚的分子量在1600-3000时，聚乙二醇醚会更好地发挥效果，从而有助于提高混凝土拌合物的和易性。
进一步优选为：还包括重量份数为0.8-1.1份的纳米微晶纤维素胶体。
通过采用上述技术方案，纳米微晶纤维素胶体具有均一、稳定的特性，不易出现沉降，与聚乙二醇醚和增稠剂可形成相互配合，不仅可使本申请中的减水胶整个体系的稳定性有较好的改善，并且还可提高减水胶在混凝土拌合物中发挥改善和易性的作用。
进一步优选为：所述纳米微晶纤维素胶体中，纳米微晶纤维素的质量百分含量为0.01-0.05％。
通过采用上述技术方案，纳米微晶纤维素胶体中的纳米微晶纤维素可以为棒状，也可以为球状，且粒径的范围较为宽泛，小于100nm即可，但其含量不宜过高或过低，一旦过高，则会造成液相体系的粘度过大，不仅造成减胶剂的粘稠度较大，导致混凝土拌合物的流动性太差；若纳米微晶纤维素的含量过低，则其在减胶剂中的均匀增粘、均匀分散的平衡作用难以得到实现，最终难以使混凝土拌合物的流动性得到较好的改善。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种混凝土减胶剂的制备工艺，包括如下步骤：
步骤一，按照重量份数，将有机醇胺类化合物、增稠剂、聚乙二醇醚在25-45℃温度下混合均匀，得混合物A；
步骤二，按照重量份数，将无水硫酸钠、硫代硫酸钠、葡萄糖酸钠加入水中，充分溶解，混合均匀，得混合物A1；
步骤三，将步骤一中得到的混合物A在25-45℃的温度下进行保温处理，将步骤二中得到的混合物A1与混合物A混合均匀，冷却至室温，出料，获得混凝土减胶剂。
通过采用上述技术方案，步骤一中有机醇胺类化合物、增稠剂、聚乙二醇醚均为有机物，根据相似相溶性，先将上述组分进行混合，有助于混合物能够充分混匀。步骤二中无水硫酸钠、硫代硫酸钠、葡萄糖酸钠均为固体无机盐类，将固体无机盐类溶解于水中，有助于固体无机盐类在水中充分混合。再在步骤三中，将混合物A1与混合物A混合，主要目的是使得减胶剂中各组分充分混匀，从而能够发挥各组分之间的相互配合作用。且在步骤三中，两种混合更易混合在一起，混合起来更加省力。
进一步优选为：所述步骤二中，将纳米微晶纤维素胶体加入水中，充分混合，再与无水硫酸钠、硫代硫酸钠、葡萄糖酸钠充分混合。
通过采用上述技术方案，纳米微晶纤维素胶体的均一稳定的质地，在水中可充分分散形成水相体系，再加入无水硫酸钠、硫代硫酸钠、葡萄糖酸钠进行混合，可使无水硫酸钠、硫代硫酸钠、葡萄糖酸钠与水相体系形成充分的混合。
为实现上述第三个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种混凝土减胶剂的应用方法，所述混凝土减胶剂的添加量为混凝土中的胶凝材料的6‰。
通过采用上述技术方案，经多年的研究发现，本申请中的混凝土减胶剂的添加量与混凝土中的胶凝材料有较大的关联，当需要制造不同强度等级的混凝土试件时，添加的混凝土减胶剂的量始终占加入的胶凝材料的总量的6‰，而其中的胶凝材料的添加量则按照不同等级的混凝土的规定进行添加。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明采用聚乙二醇醚和增稠剂，通过两类组分的相互配合，调节并控制减水胶的整体粘稠度，有利于促进本申请中除聚乙二醇醚以外的组分将聚乙二醇醚包覆，在将减胶剂添加至混凝土中时，可使混凝土拌合物中的组分充分包覆在聚乙二醇醚的外部，提高混凝土拌合物的流动性。
第二、本发明采用无水硫酸钠与葡萄糖酸钠相互配合，使减水胶更好地平衡水泥水化、硬化的时间，从而进一步提高混凝土拌合物浇铸形成的建筑物的整体强度和耐久性。
第三、本发明采用纳米微晶纤维素胶体、聚乙二醇醚、增稠剂相互配合，不仅可使本申请中的减水胶整个体系的稳定性有较好的改善，并且还可提高减水胶在混凝土拌合物中发挥改善和易性的作用。
第四、本发明中的减胶剂无刺激性气味、具有绿色环保的优势，且在添加进入混凝土中使用时，具有减少水泥的使用量、提高混凝土的强度的效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种混凝土减胶剂，所包括的组分及其相应的质量如表1所示，且通过如下步骤制备获得：
步骤一，将有机醇胺类化合物、增稠剂、聚乙二醇醚在45℃温度下混合均匀，得混合物A；
步骤二，将无水硫酸钠、硫代硫酸钠、葡萄糖酸钠加入水中，充分溶解，混合均匀，得混合物A1；
步骤三，将步骤一中得到的混合物A在25℃的温度下进行保温处理，将步骤二中得到的混合物A1与混合物A混合均匀，冷却至室温，出料，获得混凝土减胶剂。
其中，聚乙二醇醚的分子量为1600。
实施例2-9：一种混凝土减胶剂，与实施例1的区别在于，所包括的组分及其相应的质量如表1所示。
表1.实施例1-9的组分及其质量
其中，实施例2中的纳米微晶纤维素胶体中，纳米微晶纤维素的含量为0.01％；实施例3中的纳米微晶纤维素胶体中，纳米微晶纤维素的含量为0.02％；实施例4中的纳米微晶纤维素胶体中，纳米微晶纤维素的含量为0.03％，；实施例5中的纳米微晶纤维素胶体中，纳米微晶纤维素的含量为0.04％；实施例6中的纳米微晶纤维素胶体中，纳米微晶纤维素的含量为0.05％；实施例7-9中，纳米微晶纤维素胶体的使用量如表1所示，纳米微晶纤维素的含量均为0.02％。
实施例10：一种混凝土减胶剂，与实施例1的区别在于，聚乙二醇醚的分子量为2200。
实施例11：一种混凝土减胶剂，与实施例1的区别在于，聚乙二醇醚的分子量为2400。
实施例12：一种混凝土减胶剂，与实施例1的区别在于，聚乙二醇醚的分子量为3000。
实施例13：一种混凝土减胶剂，与实施例1的区别在于，在制备减胶剂的过程里，步骤一中，将有机醇胺类化合物、增稠剂、聚乙二醇醚在35℃温度下混合均匀；步骤三中，将将步骤一中得到的混合物A在35℃的温度下进行保温处理。
实施例14：一种混凝土减胶剂，与实施例1的区别在于，在制备减胶剂的过程里，步骤一中，将有机醇胺类化合物、增稠剂、聚乙二醇醚在25℃温度下混合均匀；步骤三中，将将步骤一中得到的混合物A在45℃的温度下进行保温处理。
对比例1-5：一种混凝土减胶剂，与实施例1的区别在于，所包括的组分及其相应的质量如表2所示。
表2对比例1-5中所包括的组分及其相应的质量
对比例6：一种混凝土减胶剂，与实施例1的区别在于，在制备过程中，将机醇胺类化合物、增稠剂、聚乙二醇醚、无水硫酸钠、硫代硫酸钠、葡萄糖酸钠、水一同在100rpm的速度下搅拌0.5h，获得混凝土减胶剂。
试验一：减胶剂性能试验
试验样品：选取实施例1作为试验样品。
试验方法：根据JC/T2469-2018进行氯离子含量、总碱量(Na2O+0.658K2O)、pH值、密度、含固量的要求，获得实施例1的匀质性指标，记录并分析。
试验结果：实施例1的匀质性指标如表3所示。
表3实施例1的匀质性指标
| 试验项目 | 指标 |
| 氯离子含量/％ | ≤0.1 |
| 总碱量(Na<sub>2</sub>0+0.658K<sub>2</sub>O)/％ | ≤1 |
| pH值 | 8.0 |
| 密度/g/cm<sup>3</sup> | 1.13 |
| 含固量/％ | 0.90S |
由表3可知，实施例1中，氯离子含量、总碱量(Na2O+0.658K2O)、pH值、密度、含固量均在JC/T2469-2018的标准内，符合减胶剂的要求，且绿色环保，没有刺鼻性的气味，可以进行大范围使用。
试验二：混凝土减胶剂对混凝土性能的影响试验
试验样品：以实施例1-14和对比例1-6作为试验样品。
试验方法：按照表4中所示的水泥、矿粉、粉煤灰、水、聚羧酸系减水剂、砂、石子、减胶剂的添加量，并且将水泥、矿粉、粉煤灰、水、聚羧酸系减水剂、砂、石子、减胶剂充分混合，获得混凝土。其中，不添加试验样品的一组标记为基准组，添加实施例1(以实施例1为例)的标记为试验样1。
表4基准样和试验样1的混凝土各组分重量数
其中，水泥强度32.5MPa；减水剂为ZWL-A-IX聚羧酸高性能减水剂；石子为5-20mm连续级配的石子。
试验按照JGJ/T283-2012的规定测定新拌混凝土基准样和试验样1的坍落度(mm)、坍扩度(mm)；按照GB 8076规定对拌合的基准样和试验样1进行试件制作，分别称为基准试件和试验试件1，测试基准试件和试验试件1在第3d、7d、28d、60d、90d、180d的强度(MPa)。
试验结果：基准样和试验样1的坍落度和坍扩度、基准试件和试验试件1的强度试验结果如表5所示。
表5基准样和试验样1的性能测试结果
从表5可知，对比基准试件和试验试件1可以看出，添加实施例1制备得到的试验样的坍落度、坍扩度分别高于基准样的坍落度、坍扩度，说明实施例1的使用，有助于提高形成的试验样1的坍落度、坍扩度。结合表4可知，添加了实施例1后，水泥和水的使用量有较大大幅的降低，矿粉有小幅降低；但对石子的使用量有所提高。
实施例2-14、对比例1-6的添加使用与实施例1的添加使用相同，且称添加实施例2-14、对比例1-6后获得的混凝土为试验样2-14、对照样1-6，由添加实施例2-14、对比例1-6后获得的混凝土制作获得的试件为试验试件2-14、对比试件1-6。试验样2-14、对照样1-6的坍落度和坍扩度，以及试验试件2-14、对比试件1-6的强度试验结果如表6所示。
表6试验样2-14、对照样1-6的坍落度和坍扩度，以及试验试件2-14、对比试件1-6的强度试验结果
由表6可知，添加实施例2-12后获得的试验样2-12的坍落度、坍扩度分别比添加对比例1-6后获得的对照样1-6的坍落度、坍扩度更好，且试验试件2-12比对比试件1-6的各阶段的强度更高，该情况表明：增稠剂和聚乙二醇醚会影响减胶剂对混凝土坍落扩展度和强度。增稠剂的组分中黄原胶、聚丙烯酰胺、羟乙基甲基纤维素醚相互配合后，会影响混凝土的粘度，从而影响混凝土的和易性，则对于混凝土的流动性和致密性产生一定的影响，则会影响混凝土的坍落扩展度和试件的强度。聚乙二醇醚通过影响混凝土的流动性以及水泥矿物的水化程度，从而影响混凝土的坍落扩展度和强度。而且从对比例1的数据可以看出，增稠剂和聚乙二醇醚会存在一定的协同作用，提高混凝土性能。
添加实施例2-12后获得的试验样2-12的坍落度、坍扩度分别比添加对比例4、5后获得的对照样4、5的坍落度、坍扩度更好，且试验试件2-12比对比试件4、5的各阶段的强度更高，说明有机醇胺类化合物、葡萄糖酸钠的相互配合会影响混凝土拌合物的坍落度、坍扩度以及混凝土的强度。
添加实施例13-14后获得的试验样13-14的坍落度、坍扩度分别比添加对比例6后获得的对照样6的坍落度、坍扩度更好，且试验试件13-14比对比试件6的各阶段的强度更高，该情况表明：减胶剂的制备方法会对获得的混凝土拌合物的坍落度、坍扩度产生较大的影响，同时也会影响混凝土的强度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种混凝土减胶剂，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
有机醇胺类化合物35-50份；
无水硫酸钠1-5份；
硫代硫酸钠2-10份；
葡萄糖酸钠0.1-3份；
增稠剂1-5份；
聚乙二醇醚3-10份；
水55-70份；
所述有机醇胺类化合物包括三乙醇胺、三异丙醇胺中的至少一种；
所述增稠剂包括黄原胶、聚丙烯酰胺、羟乙基甲基纤维素醚中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土减胶剂，其特征在于，所述有机醇胺类化合物由以下重量份数的组分组成：
三乙醇胺15-20份；
三异丙醇胺20-30份。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土减胶剂，其特征在于，所述增稠剂由以下重量份数的组分组成：
黄原胶0.5-0.8份；
聚丙烯酰胺0.5-0.8份；
羟乙基甲基纤维素醚1.5-2.4份。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土减胶剂，其特征在于，所述聚乙二醇醚的分子量为1600-3000。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土减胶剂，其特征在于，还包括重量份数为0.8-1.1份的纳米微晶纤维素胶体。
6.根据权利要求5所述的一种混凝土减胶剂，其特征在于，所述纳米微晶纤维素胶体中，纳米微晶纤维素的质量百分含量为0.01-0.05%。
7.权利要求1-6中任意一项所述的一种混凝土减胶剂的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，按照重量份数，将有机醇胺类化合物、增稠剂、聚乙二醇醚在25-45℃温度下混合均匀，得混合物A；
步骤二，按照重量份数，将无水硫酸钠、硫代硫酸钠、葡萄糖酸钠加入水中，充分溶解，混合均匀，得混合物A1；
步骤三，将步骤一中得到的混合物A在25-45℃的温度下进行保温处理，将步骤二中得到的混合物A1与混合物A混合均匀，冷却至室温，出料，获得混凝土减胶剂。
8.根据权利要求7所述的一种混凝土减胶剂的制备工艺，其特征在于，所述步骤二中，将纳米微晶纤维素胶体加入水中，充分混合，再与无水硫酸钠、硫代硫酸钠、葡萄糖酸钠充分混合。
9.权利要求1-8中任意一项所述的一种混凝土减胶剂的应用方法，其特征在于，所述混凝土减胶剂的添加量为混凝土中的胶凝材料的6‰。
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