CN110040997B - 一种偏高岭土纳米成核早强剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种偏高岭土纳米成核早强剂及其制备方法和应用，涉及混凝土外加剂技术领域。包括以下重量份的原料：偏高岭土15～25份，聚羧酸减水剂6～8份，粒径范围为0.5～5mm的氧化铝陶瓷研磨体72～200份，水67～79份。本发明的偏高岭土纳米成核早强剂，粉体尺寸粒径适宜，用于混凝土能缩短凝结时间，增加混凝土的抗压强度。

Description

一种偏高岭土纳米成核早强剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域，特别是涉及一种偏高岭土纳米成核早强剂及其制备方法和应用。
背景技术
在预制构件生产中，为加快模板周转，提高混凝土的早期强度以达到脱模要求，构件的成型通常需要通过蒸汽养护(简称蒸养)，但蒸养环节不仅会消耗大量的能源，还会产生有害气体，给环保造成了巨大的压力。因此，为了减少能源消耗和有害气体排放，需要大幅度缩减蒸养环节，甚至做到免蒸养。在预制混凝土构件生产中，添加具有促早强功能的无机或有机添加剂，加速水泥早期的水化，能缩减或免除蒸养环节。
目前的早强剂主要可分为无机类、有机类和聚羧酸类。无机盐类早强剂主要是氯化物和硫酸盐等，但是由于含Cl-和碱，易引起钢筋脱钝锈蚀和混凝土表面的泛碱等问题；同时也会增加混凝土的碱骨料反应的风险，从而降低其耐久性。有机类早强剂主要以醇胺类为主，使用时需控制掺量，掺量过多时会造成混凝土严重混凝和混凝土强度下降等问题。早强型聚羧酸减水剂生产工艺仍然存在合成单体原材料不易获得、聚合过程转化率低、凝结时间长、工艺复杂和成本较高等问题，进入生产实用阶段仍还有一定的困难。
发明内容
基于此，有必要针对现有的早强剂容易引起混凝土强度下降、凝结时间较长的问题，提供一种偏高岭土纳米成核早强剂。
一种偏高岭土纳米成核早强剂，包括以下重量份的原料：偏高岭土15～25份，聚羧酸减水剂6～8份，水67～79份，粒径范围为0.5～5mm的氧化铝陶瓷研磨体72～200份。
上述偏高岭土纳米成核早强剂，粉体尺寸粒径较小，一方面能够填充在水泥颗粒之间的空隙中，降低混凝土结构中的孔隙率，提高混凝土强度；另一方面，较大的比表面积使其能够充分与水泥颗粒作用，利用活性组分SiO2和Al2O3与Ca(OH)2发生火山灰反应，加速钙离子的溶出，促进水化产物形成，缩短凝结时间。
其中，氧化铝陶瓷研磨体是以氧化铝(Al2O3)刚玉为主体的陶瓷材料，具有较好的传导性、机械强度和耐高温性。本发明使用的氧化铝陶瓷研磨体粒径范围为0.5～5mm，若粒径大于5mm，会导致偏高岭土纳米成核早强剂粉体的中值粒径偏较大，延长混凝土凝结时间，降低混凝土的抗压强度，若粒径小于0.5mm，会导致偏高岭土纳米成核早强剂粉体的中值粒径较小，成核效应较差，同样会影响混凝土的凝结时间和抗压强度。
在其中一个实施例中，所述偏高岭土中SiO2和Al2O3的总含量≥75％。该偏高岭土具有较高的反应活性，能与Ca(OH)2发生火山灰反应，促进水化产物钙矾石形成，提高混凝土抗压强度。
在其中一个实施例中，当所述聚羧酸减水剂的折固掺量为0.2％时，其减水率≥25％。该聚羧酸减水剂具有较高的分散性，能够充分分散于偏高岭土颗粒中，防止研磨后得到的纳米晶核团聚。
在其中一个实施例中，所述氧化铝陶瓷研磨体由粒径为5mm、3mm、2mm、1mm和0.5mm的氧化铝陶瓷研磨体组成。
在其中一个实施例中，所述5mm、3mm、2mm、1mm和0.5mm粒径的氧化铝陶瓷研磨体的重量比为0.5～1.5：1～3：3～5：5～7：2～4。
在其中一个实施例中，所述5mm、3mm、2mm、1mm和0.5mm粒径的氧化铝陶瓷研磨体的质量比为1：2：4：6：3。使用该级配氧化铝陶瓷研磨体得到的偏高岭土纳米成核早强剂粉体的中值粒径为200～300nm，该中值粒径范围的偏高岭土纳米成核早强剂添加于混凝土中，其凝结性能和抗压性能最佳。
本发明一方面还包括上述的偏高岭土纳米成核早强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
混合：将偏高岭土、聚羧酸减水剂和水混合；
研磨：将上述混合物与氧化铝陶瓷研磨体混合，研磨，即得偏高岭土纳米成核早强剂。
该制备方法得到的偏高岭土纳米成核早强剂，粉体尺寸粒径较小，应用于混凝土时，有助于提高其强度和缩减凝结时间，达到免蒸养的目的。
在其中一个实施例中，所述混合步骤和所述研磨步骤均在球磨罐中进行；所述研磨步骤需密封进行，研磨时间为30～45min。
在其中一个实施例中，所述偏高岭土纳米成核早强剂的粒径分布为200～300nm。
本发明一方面还包括上述偏高岭土纳米成核早强剂在制作免蒸养混凝土中的应用。制作得到的混凝土具有较强较大的抗压强度和较短的凝结时间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的偏高岭土纳米成核早强剂，粉体尺寸粒径较小，一方面能够填充在水泥颗粒之间的空隙中，降低混凝土结构中的孔隙率，提高混凝土强度；另一方面，较大的比表面积使其能够充分与水泥颗粒作用，利用活性组分SiO2和Al2O3与Ca(OH)2发生火山灰反应，加速钙离子的溶出，促进水化产物钙矾石形成，缩短凝结时间；
本发明的偏高岭土纳米成核早强剂以1.0％～2.0％的掺量加入到混凝土中，能显著缩短凝结时间，预制构件8h拆模时抗压强度达到16MPa以上，优于掺加市售早强剂的作用效果；
本发明的制备方法，只需经过研磨即可得到高性能早强剂，生产工艺简单，操作简便，适宜工业化生产。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合较佳的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
一种偏高岭土纳米成核早强剂，通过以下方法制备得到：
取16份偏高岭土、6份聚羧酸减水剂和70份水加入到球磨罐中；然后加入120份氧化铝陶瓷研磨体，氧化铝陶瓷研磨体的级配质量比为5mm：3mm：2mm：1mm：0.5mm＝1：2：4：6：3，密封条件下研磨30min，得到偏高岭土纳米成核早强剂。其中，偏高岭土中SiO2和Al2O3的总含量为75％，该减水剂在折固掺量为0.2％时，减水率为30％。
实施例2
一种偏高岭土纳米成核早强剂，与实施例1的区别在于，采用的原料重量份数为：偏高岭土22份、聚羧酸减水剂7份、水75份、140份氧化铝陶瓷研磨体，氧化铝陶瓷研磨体的级配质量比为5mm：3mm：2mm：1mm：0.5mm＝1：2：4：6：3。
实施例3
一种偏高岭土纳米成核早强剂，与实施例1的区别在于，采用的原料重量份数为：偏高岭土20份、聚羧酸减水剂6份、水72份、140份氧化铝陶瓷研磨体，氧化铝陶瓷研磨体的级配质量比为5mm：3mm：2mm：1mm＝1：2：4：6。
实施例4
一种偏高岭土纳米成核早强剂，与实施例1的区别在于，采用的原料重量份数为：偏高岭土22份、聚羧酸减水剂7份、水72份、140份氧化铝陶瓷研磨体，氧化铝陶瓷研磨体的级配质量比为5mm：3mm：2mm：1mm：0.5mm＝1：2：4：6：3。其中，减水剂在折固掺量为0.2％时，减水率为20％。
实施例5
一种偏高岭土纳米成核早强剂，与实施例1的区别在于，采用单一粒径5mm的氧化铝陶瓷研磨体代替级配氧化铝陶瓷研磨体。
实施例6
一种偏高岭土纳米成核早强剂，与实施例1的区别在于，偏高岭土中SiO2和Al2O3的总含量为70％。
对比例1
一种市售早强剂，其中早强型聚羧酸减水剂的质量浓度为40％。
对比例2
一种早强剂，与实施例1的区别在于，氧化铝陶瓷研磨体的级配质量比为5mm：3mm：2mm：1mm：0.5mm：0.25mm＝1：2：4：6：3：2。
对比例3
一种早强剂，与实施例1的区别在于，采用硅灰代替偏高岭土。
实验例1
利用激光粒度分析仪测量实施例和对比例的早强剂粉体的中值粒径，测试结果如表1所示。
实验例2
取实施例1-6的早强剂分别掺入混凝土原料中，搅拌均匀，成型分别得到预制构件1-6。免蒸养条件下，测试混凝土凝结时间以及8h拆模时的抗压强度。
取对比例1的早强剂25份，加水80份，搅拌均匀后，掺入混凝土原料中，成型得到预制构件7。免蒸养条件下，测试混凝土凝结时间以及8h拆模时的抗压强度。
取对比例2-3的早强剂分别掺入混凝土原料中，搅拌均匀，成型分别得到预制构件8-9。免蒸养条件下，测试混凝土凝结时间以及8h拆模时的抗压强度。
其中，终凝时间测试按照：GB-8076；抗压强度测试按照：GB-50010。混凝土的基础原料为水泥、砂、石和水，以上原料的质量比为水泥：砂：石：水＝432：558：1242：168，早强剂的掺入量为混凝土基础原料中胶凝材料(即水泥)重量的1.4％～1.6％。
抗压强度测试结果如表1所示：
表1混凝土性能测试
Figure BDA0002070001030000041
Figure BDA0002070001030000051
从表1的结果可以看出，本发明实施例的偏高岭土纳米成核早强剂较市售的早强剂，加入到混凝土基础料后，混凝土的终凝时间更短，抗压强度更高。尤其是实施例1-2，粉体中值粒径为200～300nm，以胶凝材料重量的1.0％～2.0％掺入到混凝土时，在免蒸养条件下，凝结时间显著缩短至400min以下，预制构件8h的抗压强度增大至16MPa以上。
实施例3和实施例5采用的氧化铝陶瓷研磨体级配与实施例1或2不同，实施例4中采用的聚羧酸减水剂的减水率较差，导致粉体粒径相对较大，比表面积较小，在水泥水化过程中成核效率有所降低，最终导致预制构件的抗压强度降低。对比例2中采用更细小的氧化铝陶瓷研磨体进行级配，导致粉体粒径过小，削弱了其成核能力，预制构件的抗压强度降低。
实施例6采用的偏高岭土活性相比实施例1或2低，诱导水泥水化的效率相对较低，因此预制构件的抗压强度较小，而对比例3中使用的硅灰虽然能够缩短水泥体系水化诱导期，但是并不能诱导水化产物钙矾石的形成，因此获得的预制构件抗压强度偏低；而市售早强剂(对比例1)，虽然含有较高的早强型聚羧酸减水剂，但是无法在水化过程中提供水化晶核，诱导水化效率低，因此混凝土终凝时间加长，获得的预制构件抗压强度低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种偏高岭土纳米成核早强剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：偏高岭土15～25份，聚羧酸减水剂6～8份，水67～79份，粒径范围为0.5～5mm的氧化铝陶瓷研磨体72～200份；
所述偏高岭土中SiO2和Al2O3的总含量≥75％；
当所述聚羧酸减水剂的折固掺量为0.2％时，其减水率≥25％；
所述氧化铝陶瓷研磨体由粒径为5mm、3mm、2mm、1mm和0.5mm的氧化铝陶瓷研磨体组成，所述5mm、3mm、2mm、1mm和0.5mm粒径的氧化铝陶瓷研磨体的重量比为0.5～1.5：1～3：3～5：5～7：2～4；
所述偏高岭土纳米成核早强剂的中值粒径分布为200～300nm。
2.根据权利要求1所述的偏高岭土纳米成核早强剂，其特征在于，所述5mm、3mm、2mm、1mm和0.5mm粒径的氧化铝陶瓷研磨体的质量比为1：2：4：6：3。
3.一种权利要求1～2任一项所述的偏高岭土纳米成核早强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
混合：将偏高岭土、聚羧酸减水剂和水混合；
研磨：将上述混合物与氧化铝陶瓷研磨体混合，研磨，即得偏高岭土纳米成核早强剂。
4.根据权利要求3所述的偏高岭土纳米成核早强剂的制备方法，其特征在于，所述混合步骤和所述研磨步骤均在球磨罐中进行；所述研磨步骤需密封进行，研磨时间为30～45min。
5.一种权利要求1～2任一项所述偏高岭土纳米成核早强剂在制作免蒸养混凝土中的应用。
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GR01 Patent grant
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