CN109608081A - 降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂及制备方法，属于机制砂混凝土制备领域，包括以下重量份数的原料：吸附分散组分为50‑60份；吸附螯合组分为20‑25份；缓凝组分0‑30份；其他性能改善组分0‑10份；所述吸附分散组分为引气表面活性剂中的一种或多种组合；所述吸附螯合组分为有机磷类化合物和无机磷类化合物中的一种或两种组合。本发明提供的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，能够改善混凝土的和易性和混凝土强度，保持混凝土的坍落度，且掺量较低，成本低，对于硅质高石粉含量的机制砂有较好的效果。

Description

降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂及制备方法

技术领域

本发明属于混凝土制备技术领域，更具体地说，是涉及一种降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂及其制备方法。

背景技术

混凝土作为一种重要的建筑材料，随着土木工程的发展，越来越多的混凝土得到了大量的利用。但是作为混凝土重要组分的砂子，由于大量的开发，导致质量好的河砂严重匮乏，严重制约了混凝土的生产。为了改善这一问题，越来越多的机制砂用在混凝土中，不仅可以缓解河砂匮乏带来的约束，也可以为在偏远地区、缺少优质砂的地区带来较大的便利，机制砂就是利用当地的母岩，经过一定的破碎、粒径调制成的人工砂，机制砂的大量利用，极大的缓解了优质河砂匮乏带来的制约，但是在使用过程中出现了较多的问题，其中一个重要的问题是，由于机制砂母岩材质的不同，制成的机制砂有碳酸钙类、花岗岩类、凝灰岩类、片麻岩类等多种。花岗岩类、凝灰岩类、片麻岩由于含有的二氧化硅成分高，破碎成的砂子属于硅质人工砂。另外由于机制砂中含有一定量的石粉，由于硅质石粉由于比表面积大，具有很高的吸附能力，大量的吸附聚羧酸减水剂，造成大量的减水剂被吸附在石粉颗粒的表面，使得改善混凝土流动性的减水剂含量降低，混凝土和易性变差，坍落度损失变大。坍落度损失大，甚至在拌合的过程中，混凝土凝固在搅拌机中，给硅质机制砂的利用带来严重的制约，石粉含量越高，带来的劣化作用越大。如何在不影响混凝土力学性能耐久性的前提下，减少硅质机制砂中石粉的影响是亟待解决的技术难题。

为了解决上述难题，通常远距离购买质量好的砂子使用，或者河砂、硅质机制砂混产使用，这样会极大的增加混凝土的成本，严重制约混凝土的产量；另外采用质量好的减水剂，直接增加减水剂的掺量，到现在，采用这样的方法，可以在一定程度上缓解混凝土坍落度损失，但是时间超过30min，混凝土坍落度值基本为零，而且减水剂掺量增高，直接会导致混凝土的成本上升，由于减水剂的掺量有一定的范围，掺量过大，往往会导致混凝土泌水、和易性较差等严重问题；现在施工过程中，对于硅质人工砂，通常事先洗砂，但是洗砂的时候成本高，污染环境，导致砂子的细小颗粒容易被冲走，砂子的颗粒级配受到严重影响，混凝土密实性差，影响到混凝土的抗渗性能和抗压强性能，而现在市面上只有针对解决高泥含量的人工砂增效剂，但是成本高，效果一般，且不能改善硅质机制砂中石粉吸附性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，以解决现有技术中存在的硅质机制砂中石粉造成的混凝土性能差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，包括以下重量份数的原料：

吸附分散组分为50-60份；

吸附螯合组分为20-25份；

缓凝组分0-30份；

其他性能改善组分0-10份；

所述吸附分散组分为引气表面活性剂中的一种或多种组合；

所述吸附螯合组分为有机磷类化合物和无机磷类化合物中的一种或两种组合。

进一步地，所述引气表面活性剂包括三异丙醇胺、二乙烯三胺、N-(2-羟乙基)乙二胺、聚乙烯醇磷酸铵和乙二胺四乙酸。

进一步地，所述有机磷类化合物包括二乙烯三胺五甲叉磷酸和羟基亚乙基二磷酸四钠。

进一步地，所述无机磷类化合物包括三聚磷酸钠。

进一步地，当所述吸附螯合组分包括有机磷类化合物和无机磷类化合物时，所述有机磷类化合物和无机磷类化合物的比例为3:2-5:1。

进一步地，所述缓凝组分为葡萄糖、葡萄糖酸钠和柠檬磷酸钠中的一种或多种组合。

进一步地，所述其他性能改善组分包括聚丙烯酸钠或丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2甲基丙磺酸共聚物。

进一步地，所述增效剂还包括早强组分0-5份，所述早强组分为甲酸钙和三乙醇胺中的一种或两种组合。

进一步地，所述早强组分为1-4份。

本发明还提供一种降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂的制备方法，包括以下步骤：

备料，根据需求量按上述原料的重量份数准备增效剂，增效剂的掺量为混凝土胶凝材料机制砂中石粉总含量的万分之3-万分之10；

混料，将秤出的原料依次放在搅拌机中，均匀搅拌；

或者，首先按照溶解度配置好各组分的溶液，然后依次把溶液放到搅拌器中搅拌均匀。

本发明提供的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂的有益效果在于：与现有技术相比，增效剂包括吸附分散组分、吸附螯合组分和缓凝组分，其中，吸附分散组分由于分子量较小，带有正电荷，在溶液中运动速度快，优先吸附在硅质石粉颗粒上，减小了减水剂的吸附，由于吸附引气组份的吸附，硅质表面所带的电荷相同，在静电斥力的作用，可以有效的使水泥、石粉分散开，减少颗粒之间的团聚，减少颗粒之间的水的存在，使得混凝土的和易性变好，坍落度损失较小；吸附螯合组分对溶液中的钙离子具有很强的螯合作用，在混凝土中，水泥中含有一定质量的二水石膏，当水泥加水后，极短时间内，吸附螯合可以吸附在水泥中的钙离子表面，形成一种稳定的钙离子螯合物，钙离子的配位数在3.5左右，这种螯合物包在水泥颗粒表面，类似于钙矾石，阻止水泥的继续水化，但是随着反应的进行，这层螯合物会逐渐破裂，水化继续进行.这种螯合作用，可以增加水泥的水化时间，在合适的掺量的条件下，保持混凝土的坍落度，使得坍落度损失大大降低，还不影响混凝土的力学性能和耐久性；缓凝剂能够延缓水泥的凝结硬化，可以使混凝土拌合物在较长时间保持塑性，在黏土-水系统中，由于吸附层和扩散层存在ZATE电位(剪切面的电位)，离子络合剂能增厚扩散层，加大ZATE电位，使胶团斥力增加，能长期悬浮水中减弱黏土胶团由于布朗运动产生的吸引力，使泥浆黏度大为降低，同时离子络合剂具有较强的络合能力，生成的钙、镁盐络合物难溶于水，使泥浆中的Ca²⁺、Mg²⁺浓度减小，起着反凝聚的作用，促进浆体稀释。

因此，本发明提供的增效剂能够改善混凝土的和易性和混凝土强度，保持混凝土的坍落度，且掺量较低，成本低，对于高石粉含量的硅质机制砂有较好的效果，对不同母材制备的硅质机制砂均有较好的效果，对于混凝土的力学性能与耐久性能不会产生不利的影响。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供的硅质机制砂中石粉吸附性能的改性增效剂，包括以下重量份数的原料：吸附分散组分为50-60份；吸附螯合组分为20-25份；缓凝组分0-30份，其他性能改善组分0-10份，所述吸附分散组分为醇胺类的引气表面活性剂中的一种或多种；所述吸附螯合组分为有机膦和无机磷类化合物中的一种或两种。

由于硅质石粉粒度细，比表面积大，可以大量吸附聚羧酸减水剂，导致工作性变差，另外由于有效聚羧酸减水剂量的减少，硅质石粉不能有效的分散，导致部分石粉在同一区域大量富集，导致混凝土强度差、和易性能差等，降低混凝土的力学性能和耐久性能。本发明加入混凝土中，能够提升新拌混凝土性能，改善和易性，减少泌水，泵送摩阻小；提升抗渗性、抗裂性，密实性增强，减少砼裂缝；对于高硅质石粉含量的机砂有较好的效果，且掺量较低，成本低，适应广泛，对不同母材制备的硅质机制砂均有较好的效果，对于混凝土的力学性能与耐久性能不会产生不利的影响。

其中，为清楚起见，这里说明的是，螯合指的是具有两个或两个以上配位原子的多齿配体与同一个金属离子形成螯合环的化学反应，具有多齿配体的化合物称为螯合剂，产物称为金属螯合物(或螯合物)，是化学反应。吸附指的是流体与多孔固体接触时,流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄,此现象称为吸附；吸附也指物质(主要是固体物质)表面吸住周围介质(液体或气体)中的分子或离子现象，是物理反应。

具体地，由于硅质石粉由于比表面积大，造成大量的减水剂被吸附在石粉颗粒的表面，使得改善混凝土流动性的减水剂含量降低，混凝土和易性变差，坍落度损失变大。而加入增效剂之后，吸附分散组分由于分子量较小，带有正电荷，在溶液中运动速度快，优先吸附在硅质石粉颗粒上，减小了减水剂的吸附，由于吸附引气组份的吸附，硅质表面所带的电荷相同，在静电斥力的作用，可以有效的使水泥、石粉分散开，减少颗粒之间的团聚，减少颗粒之间的水的存在，使得混凝土的和易性变好，坍落度损失较小。另外可以引入一定量微小气泡，微小气泡起到滚珠效应，使得机制砂混凝土工作性能良好，醇胺类物质通过促进难水化矿物铁铝酸四钙的水化和提高水泥的分散性，大大提高水泥后期强度，加速铁相反应的同时也加速了硅酸盐相的水化，使得混凝土和易性增加，后期强度增加。

吸附螯合组分对溶液中的钙离子具有很强的螯合作用，在混凝土中，水泥中含有一定质量的二水石膏，当水泥加水后，极短时间内，吸附螯合可以吸附在水泥中的钙离子表面，形成一种稳定的钙离子螯合物，钙离子的配位数在3.5左右，这种螯合物包在水泥颗粒表面，类似于钙矾石，阻止水泥的继续水化，随着反应的进行，这层螯合物，会逐渐破裂，水化继续进行，这种螯合作用，可以增加水泥的水化时间，在合适的掺量的条件下，保持混凝土的坍落度，使得坍落度损失大大降低，还不影响混凝土的力学性能和耐久性。

缓凝组分，如常用的葡萄糖酸钠，分子中的基团与Ca²⁺、Mg²⁺发生配位络合，能够延缓水泥的凝结硬化，可以使混凝土拌合物在较长时间保持塑性。在黏土-水系统中，由于吸附层和扩散层存在ZATE电位(剪切面的电位)，离子络合剂能增厚扩散层，加大ZATE电位，使胶团斥力增加，能长期悬浮水中减弱黏土胶团由于布朗运动产生的吸引力，使泥浆黏度大为降低。同时离子络合剂具有较强的络合能力，生成的钙、镁盐络合物难溶于水，使泥浆中的Ca²⁺、Mg²⁺浓度减小，起着反凝聚的作用，促进浆体稀释。

其他组分是根据不同母岩制成的硅质机制砂，加入适量的其他表面活性剂，增加改性增效剂的分散作用，由于不同母岩制备硅质机制砂，缓凝时间也不同，需要加入一些早强组分，调节混凝土的凝结时间。当气泡含量过高，可以增加消泡剂，来减少气泡的含量，使得混凝土含气量保持在一个适宜的范围之内，在不影响强度的情况下，提高流动性。

实施例2

本发明提供的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂中，吸附分散组分为三异丙醇胺，60份；吸附螯合组分为二乙烯三胺五甲叉磷酸，25份。

实施例3

增效剂中，引气表面活性剂包括三异丙醇胺和二乙烯三胺，50份，比例为1:2；吸附螯合组分全部为有机磷类化合物，包括二乙烯三胺五甲叉磷酸和羟基亚乙基二磷酸四钠，20份，比例为1:1；缓凝组分为葡萄糖，5份；其他性能改善组分为聚丙烯酸钠2份；早强组分为甲酸钙，1份。

实施例4

增效剂中，引气表面活性剂包括N-(2-羟乙基)乙二胺、聚乙烯醇磷酸铵和乙二胺四乙酸，52份，比例为1:2:1；吸附螯合组分包括有机磷类化合物和无机磷类化合物，为二乙烯三胺五甲叉磷酸和三聚磷酸钠，22份，比例为4:1；缓凝组分为葡萄糖酸钠，10份；其他性能改善组分为丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2甲基丙磺酸共聚物5份；早强组分为三乙醇胺，2份。

实施例5

增效剂中，引气表面活性剂包括三异丙醇胺、二乙烯三胺、N-(2-羟乙基)乙二胺、聚乙烯醇磷酸铵和乙二胺四乙酸，55份，比例为1:1:1:1:1；吸附螯合组分为无机磷类化合物，包括三聚磷酸钠，23份；缓凝组分包括葡萄糖和葡萄糖酸钠，20份，比例为1:2；其他性能改善组分为丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2甲基丙磺酸共聚物，8份；早强组分为甲酸钙和三乙醇胺，3份，比例为1:1。

实施例6

增效剂中，引气表面活性剂包括三异丙醇胺、二乙烯三胺、N-(2-羟乙基)乙二胺、聚乙烯醇磷酸铵，58份，比例为1:1:1:1；吸附螯合组分为有机磷类化合物和无机磷类化合物，包括二乙烯三胺五甲叉磷酸，羟基亚乙基二磷酸四钠、三聚磷酸钠，24份，比例为1:2:1；缓凝组分包括葡萄糖、葡萄糖酸钠和柠檬磷酸钠，25份，比例为1:2:1；其他性能改善组分为聚丙烯酸钠，9份；早强组分为甲酸钙和三乙醇胺，4份，比例为1:1。

本发明还提供一种降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂的制备方法，包括以下步骤：

备料，根据需求量按上述原料的重量份数准备增效剂，增效剂的掺量为混凝土胶凝材料加机制砂中石粉总含量量的万分之3-万分之10；

混料，将秤出的原料依次放在搅拌机中，均匀搅拌；

或者，首先按照溶解度配置好各组分的溶液，然后依次把溶液放到搅拌器中搅拌均匀。

本发明提供的制备方法，只需要将所述各种组份混合均匀即可完成制备，工艺简单，使用方便。

为了充分说明本发明所涉及的增效剂的性能，将本发明所要求的增效剂加入到机制砂混凝土中试验，具体试验结果如下：

采用三种不同材质的机制砂，测试砂浆初始流动度，30min、60min经时损失，3d、7d、28d的胶砂强度。其中砂浆的比例为：普通硅酸盐水泥：机制砂：水＝350:700:140，减水剂为固含量为0.15的聚羧酸减水剂3g。结果见表1-6。

表1甘肃花岗岩硅质机制砂流动度

表2江苏凝灰岩机制砂流动度

表3陕西片麻岩机制砂流动度

从表1-表3中可以很明显的看出，硅质机制砂中石粉吸附性能的改性增效剂可以有效提高高硅质石粉砂浆的初始流动度，减小砂浆30min、60min的坍落度损失，而且对于不同母岩制备的硅质机制砂具有良好的适应性。

表4甘肃花岗岩硅质机制砂胶砂抗压强度值

表5江苏凝灰岩机制砂胶砂抗压强度值

表6陕西片麻岩机制砂胶砂抗压强度值

从表4-表6中可以很明显的看出，增效剂对于高石粉含量的砂浆的强度与未掺加增效剂的砂浆的强度相比，变化不大，说明增效剂对于砂浆的强度影响较小，对于甘肃花岗岩类机制砂，江苏凝灰岩类机制砂，陕西片麻岩类机制砂的强度影响都比较小，适应性良好。

采用本发明制备的增效剂与聚羧酸减水剂制备机制砂混凝土，设计强度等级为C30。基准配合比见表7，坍落度与坍落度经时损失见表8，强度和耐久性结果见表9，增效剂按照胶凝材料加石粉总量的万分之5添加，机制砂的石粉含量都为10％。

表7基准混凝土配合比(kg/m³)

水泥	粉煤灰	矿粉	机制砂	石子	减水剂	水
							210	70	60	858.6	968.2	12.16	171

表8混凝土坍落经时损失(mm)

从表8中可以看出掺加增效剂的混凝土比不掺加增效剂的混凝土初始坍落度大，而且30min、60min的坍落度损失很小，另外掺加增效剂的混凝土没有出现泌水、离析，工作性非常好。从表中也可以看出，增效剂对于不同母岩制备的硅质机制砂的适应性良好。

表9混凝土抗压强度值(MPa)与电通量值

从表9中可以看出掺加增效剂的混凝土与不掺加增效剂的混凝土3d，7d、28d强度影响较小，有的组还略有增加，这是由于增效剂可以有效把硅质石粉分散开，减少混凝土中石粉富集区域的存在，使得混凝土强度影响较小，有的强度值略有增加。电通量可以反映混凝土的耐久性，可以看出掺加增效剂的电通量都小于未掺加增效剂的混凝土，这是由于增效剂可以有分散吸附石粉，使其均匀的分散在混凝土中，另外还可以引入微细的气泡，使得混凝土的耐久性增加。从表中也可以看出，增效剂对于不同母岩制备的硅质机制砂的适应性良好。

以上所述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 (10)

1.降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

吸附分散组分为50-60份；

吸附螯合组分为20-25份；

缓凝组分0-30份；

其他性能改善组分0-10份；

所述吸附分散组分为引气表面活性剂中的一种或多种组合；

所述吸附螯合组分为有机磷类化合物和无机磷类化合物中的一种或两种组合。

2.如权利要求1所述的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，其特征在于，所述引气表面活性剂包括三异丙醇胺、二乙烯三胺、N-(2-羟乙基)乙二胺、聚乙烯醇磷酸铵和乙二胺四乙酸。

3.如权利要求1所述的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，其特征在于，所述有机磷类化合物包括二乙烯三胺五甲叉磷酸和羟基亚乙基二磷酸四钠。

4.如权利要求1所述的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，其特征在于，所述无机磷类化合物包括三聚磷酸钠。

5.如权利要求1所述的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，其特征在于，当所述吸附螯合组分包括有机磷类化合物和无机磷类化合物时，所述有机磷类化合物和无机磷类化合物的比例为3:2-5:1。

6.如权利要求1所述的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，其特征在于，所述缓凝组分为葡萄糖、葡萄糖酸钠和柠檬磷酸钠中的一种或多种组合。

7.如权利要求1所述的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，其特征在于，所述其他性能改善组分包括聚丙烯酸钠或丙烯酸-2-丙烯酸酰胺-2甲基丙磺酸共聚物。

8.如权利要求1所述的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，其特征在于，所述增效剂还包括早强组分0-5份，所述早强组分为甲酸钙和三乙醇胺中的一种或两种组合。

9.如权利要求8所述的降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂，其特征在于，所述早强组分为1-4份。

10.降低硅质机制砂中石粉吸附性能的增效剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

备料，根据需求量按原料的重量份数准备增效剂，增效剂的掺量为混凝土胶凝材料机制砂中石粉总含量的万分之3-万分之10；

混料，将秤出的原料依次放在搅拌机中，均匀搅拌；

或者，首先按照溶解度配置好各组分的溶液，然后依次把溶液放到搅拌器中搅拌均匀。