CN110117166A - 一种混凝土外加剂及其制备方法和应用方法 - Google Patents

一种混凝土外加剂及其制备方法和应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混凝土外加剂及其制备方法和应用方法。混凝土外加剂包括以下重量份的组分:30‑50份硫酸铝、5‑10份偏铝酸钾、3‑8份硅酸镁、1‑5份甘油、2‑5份氟硅酸铝、5‑10份甲酸钙、0.3‑0.8份消泡剂、0.2‑0.9份有机酸、2‑10份醇胺、0.5‑1份酯类增塑剂、30‑50份水。本发明的混凝土外加剂掺量为水泥质量的3‑5%。本发明的混凝土外加剂应用方法:将混凝土外加剂与混凝土表面增强剂按照1:2‑3的质量比混合后在喷嘴处加入到喷射混凝土中,混凝土外加剂用量以水泥重量做基准计为3‑5%。本发明的混凝土外加剂具有不含碱金属离子,无腐蚀性,使混凝土凝结速度快,且后期强度损失小的优点。

Description

一种混凝土外加剂及其制备方法和应用方法
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域,更具体地说,它涉及一种混凝土外加剂及其制备方法和应用方法。
背景技术
混凝土外加剂是指在拌制混凝土的过程中掺入用以改善混凝土性能的物质,混凝土外加剂的掺量一般不大于水泥质量的5%,而速凝剂是建筑工程中必不可少的外加剂。
速凝剂是一种能使水泥或混凝土快速凝固的化学外加剂,有时也被称作促凝剂。目前,速凝剂己广泛应用于隧道、城建、水利电力涵洞、引水洞等地下工程的喷射混凝土施工,结构自防水的喷射混凝土支护、防漏、堵漏施工,地面混凝土快速施工及混凝土紧急抢险等工程中。目前我国混凝土速凝剂在市面上存在粉剂速凝剂以及液体速凝剂两种类别的速凝剂,相较于液体速凝剂而言,粉剂的速凝剂存在使用过程中分散不均匀,粉尘污染大,回弹性大等缺点。
现有技术中,申请号为CN201710929060.5的中国发明专利公开了一种绿色无碱液体混凝土速凝剂及其制备方法,包含以下重量份数的组分:50~60份硫酸铝,10~15份氢氧化钙,3~5份有机酸,4~5份六氟合铝酸钠,1~3份有机醇胺,3~5份乙二胺四乙酸二钠,0.5~0.8份稳定剂,35~42份去离子水。
该发明制备绿色无碱液体速凝剂能够减少速凝剂对混凝土内材料的腐蚀,但是使用此速凝剂的混凝土在使用的后期,强度损失严重,远远达不到工程要求,对工程质量的稳定存在很大隐患,因此,研发一种使混凝土快速凝结,且后期强度保存率高的外加剂是需要解决的问题。
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外加剂,其具有使混凝土的凝结时间短,后期强度保存率高的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种混凝土外加剂的制备方法,其具有制备方法简单,易于操作的优点。
本发明的第三个目的在于提供一种混凝土外加剂的应用方法,其具有应用方法简单方便的优点。
为实现上述第一个目的,本发明提供了如下技术方案:一种混凝土外加剂,包括以下重量份的组分:30-50份硫酸铝、5-10份偏铝酸钾、3-8份硅酸镁、1-5份甘油、2-5份氟硅酸铝、5-10份甲酸钙、0.3-0.8份消泡剂、0.2-0.9份有机酸、2-10份醇胺、0.5-1份酯类增塑剂、30-50份水。
通过采用上述技术方案,由于采用硫酸铝作为速凝剂的主要原料,其能够与水泥中的氧化钙作用生成中间产物次生石膏和钙矾石,使水泥浆体失去流动性,二者能够在水泥中交叉生成网状结构而加快混凝土凝结,同时释放的反应热也能够增快混凝土的凝结;偏铝酸钾和硅酸镁通过消耗石膏,降低石膏的缓凝速度,促进铝酸盐水化产物的生成,生成铝相水化产物来促进凝结,同时硅酸镁还能与浆体中的钙离子反应生成水化硅酸钙胶凝性产物,促进浆体凝结;氟硅酸铝能够抑制混凝土的裂变剥蚀,防止后期混凝土开裂,从而降低混凝土后期强度损失,偏铝酸钾、硅酸镁和氟硅酸铝三者相互配合,可提高水泥浆体的凝结时间,同时防止后期混凝土剥裂侵蚀,增大后期强度,降低后期强度损失。
甘油不仅用作硫酸铝的共溶剂而且也可以增强稳定和硬化特性,使水泥浆体硬化后强度损失降低,甘油与硫酸铝相互协同,能够使水泥浆体快速凝结,并提高后期强度,使后期强度保留率较高;甲酸钙能够有效的加快水泥的凝固时间,增强水泥的早期强度,有机酸能够控制反应的pH值,降低体系中的碱含量,减轻对混凝土材质的腐蚀,水作为良好的分散剂,起到溶解各组分的作用,降低反应过程中反应物的浓度加快反应速率。
进一步地,所述原料的重量份为:35-45份硫酸铝、6-9份偏铝酸钾、4-7份硅酸镁、2-4份甘油、3-4份氟化镁铝、6-8份甲酸钙、0.4-0.7份消泡剂、0.4-0.7份有机酸、4-8份醇胺、0.6-0.8份酯类增塑剂、35-45份水。
通过采用上述技术方案,由于各组分的配比更加精确,使得外加剂促进混凝土凝结的效果更好,可使混凝土后期强度损失更小。
进一步地,所述酯类增塑剂为己二酸二辛脂、癸二酸二辛脂、磷酸三丁酯中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案,酯类增塑剂能够提高酯类增塑剂之间、增塑剂与混凝土分子之间的作用力,从而提高其强度。
进一步地,所述消泡剂为二甲基硅油、聚丙二醇和聚醚消泡剂中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案,消泡剂掺入外加剂中,能够消除水泥浆料中的气泡,使混凝土强度增大,同时具有促凝早强的作用,降低后期强度损失。
进一步地,所述有机酸为苯甲酸、柠檬酸、乙酸中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案,有机酸能够调节混凝土的pH值,降低对混凝土的腐蚀,苯甲酸能够降低混凝土的泌水量,加入混凝土凝结,柠檬酸在混凝土中发生中和反应,加快混凝土的凝固速度,同时柠檬酸对水泥浆料具有分散作用,能改善水泥浆料的析水量。
进一步地,所述醇胺为三乙醇胺或二乙醇胺。
通过采用上述技术方案,三乙醇胺能够在酸性环境下生成盐,其中的-NH2基团能够粘附在水泥或砂浆粒子的表面,从而改变混凝土中粒子之间的表面张力,对混凝土有极强的亲和力,能调节反应体系的粘度,从而加快混凝土的凝结,并使混凝土抗压强度高,后期强度损失小;乙二醇胺能够增加混凝土的黏结性,使混凝土凝结时间加快,抗压强度增大。
为实现上述第二个目的,本发明提供了如下技术方案:一种混凝土外加剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、将硫酸铝过筛粉碎,过80-150目筛;
S2、将水加热至55-75℃,将硫酸铝加入到水中,并不断搅拌,至硫酸铝全部溶解;
S3、加入偏铝酸钾和氟硅酸铝,不断搅拌,搅拌30-40min;
S4、缓慢加入醇胺,并在25-30℃下搅拌10-20min,加入有机酸,并升温至55-75℃,恒温30-60min;
S5、加入甲酸钙和硅酸镁,升温至60-80℃,搅拌10-20min;
S6、加入甘油、消泡剂和酯类增塑剂,搅拌均匀,得到混凝土外加剂。
进一步地,所述步骤S3中搅拌转速为1200-2000r/min,步骤S5中搅拌转速为1200-1800r/min。
通过采用上述技术方案,先将硫酸铝粉碎过筛,可便于硫酸铝与其他组分混合均匀,制备方法简单,易于操作,制备的混凝土外加剂无碱腐蚀,提高混凝土的耐久性,在具有较高早期强度的同时,后期强度有所增加,且后期强度损失小。
为实现上述第三个目的,本发明提供了如下技术方案:一种混凝土外加剂的应用方法,将混凝土外加剂与混凝土表面增强剂按照1:2-3的质量比混合后在喷嘴处加入到喷射混凝土中,混凝土外加剂用量以水泥重量做基准计为3-5%。
通过采用上述技术方案,添加水泥重量3-5%的外加剂,可使外加剂的效果更好,凝结时间较快,后期强度损失小,混凝土表面增强剂能够渗透到混凝土内部,并与混凝土内的钙离子发生反应,生成胶凝物质,从而提高混凝土的后期强度,本发明制备的外加剂与混凝土表面增强剂相互协同,能够明显提高混凝土的后期强度,降低后期强度损失。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
第一、由于本发明中碱含量较小,大大降低了喷射混凝土发生碱集料反应的可能,提高混凝土的耐久性,掺入的偏铝酸钾和硅酸镁能够消耗石膏,生成铝相水化产物促进凝结,同时硅酸镁能与钙离子生成水化硅酸钙凝胶性产物,氟硅酸铝能够抑制混凝土裂变和侵蚀,三者相互协同作用,可降低混凝土后期强度的损失,加快混凝土的凝结。
第二、本发明中优选采用硫酸铝作为外加剂的主要原料,由于硫酸铝能够与氧化钙反应生成钙矾石等水化产物,使水泥浆体失去流动性,同时生成水化产物的过程中释放热量,使得混凝土快速凝结,而甘油不仅能够作为硫酸铝的共溶剂,还能增强硫酸铝的硬化特性,从而提高混凝土的早强强度和后砌墙强度,降低混凝土的强度损失。
第三、本发明中硫酸根离子含量较低,能够避免硫酸根离子与钙离子二次生成钙矾石,引得混凝土开裂;甲酸钙能够加快水泥的凝固并增强高早期强度,与酯类增塑剂配合使用,其促凝效果相互叠加,能够增强粘结力而缩短混凝土凝固时间。
第四、本发明中使用外加剂与混凝土表面增强剂相互协同,混凝土表面增强剂能够快速渗透入混凝土内部,与钙离子生成胶凝物质,这些胶凝物质能够填充到混凝土内部毛细微孔,从而增加混凝土的密实性、强度和耐磨性,降低混凝土的强度损失。
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
实施例1-3中三乙醇胺选自广州万辰化工有限公司出售的型号为TEA的三乙醇胺、苯甲酸选自河南梓杰食品有限公司出售的货号为0314的苯甲酸、二甲基硅油选自上海雨汐实业有限公司出售的型号为PMX200的二甲基硅油、己二酸二辛脂选自荣贝(上海)化工科技有限公司出售的型号为DOP的己二酸二辛脂、二乙醇胺选自上海甲美精细化工有限公司出售的货号为099的二乙醇胺、柠檬酸选自吴江市黎里东阳助剂厂出售的货号为003的柠檬酸、癸二酸二辛脂选自常州市荣仁化工有限公司出售的型号为DOS的癸二酸二辛脂、聚醚消泡剂选自上海广百新材料有限公司出售的型号为7610的聚醚消泡剂、磷酸三丁酯选自广州市中万新材料有限公司出售的型号为W-A001的磷酸三丁酯。
实施例1:一种混凝土外加剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照表1中的配比,将30kg硫酸铝过筛粉碎,过80目筛;
S2、将30kg水加热至55℃,将硫酸铝加入到水中,并不断搅拌,至硫酸铝全部溶解;
S3、加入5kg偏铝酸钾和2kg氟硅酸铝,不断搅拌,搅拌30min;
S4、缓慢加入2kg醇胺,并在25℃下搅拌10min,加入0.2kg有机酸,并升温至55℃,恒温30min,醇胺为三乙醇胺,有机酸为苯甲酸;
S5、加入5kg甲酸钙和3kg硅酸镁,升温至60℃,搅拌10min;
S6、加入1kg甘油、0.3kg消泡剂和0.5kg酯类增塑剂,搅拌均匀,得到混凝土外加剂,消泡剂为二甲基硅油,酯类增塑剂为己二酸二辛脂。
表1实施例1-5中混凝土外加剂的原料配比
实施例2:一种混凝土外加剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照表1中的配比,将35kg硫酸铝过筛粉碎,过100目筛;
S2、将35kg水加热至65℃,将硫酸铝加入到水中,并不断搅拌,至硫酸铝全部溶解;
S3、加入6kg偏铝酸钾和3kg氟硅酸铝,不断搅拌,搅拌35min;
S4、缓慢加入4kg醇胺,并在28℃下搅拌15min,加入0.4kg有机酸,并升温至65℃,恒温45min,醇胺为二乙醇胺,有机酸为柠檬酸;
S5、加入6kg甲酸钙和4kg硅酸镁,升温至70℃,搅拌15min;
S6、加入2kg甘油、0.4kg消泡剂和0.6kg酯类增塑剂,搅拌均匀,得到混凝土外加剂,消泡剂为聚丙二醇,酯类增塑剂为癸二酸二辛脂。
实施例3:一种混凝土外加剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照表1中的配比,将40kg硫酸铝过筛粉碎,过150目筛;
S2、将40kg水加热至75℃,将硫酸铝加入到水中,并不断搅拌,至硫酸铝全部溶解;
S3、加入7kg偏铝酸钾和4kg氟硅酸铝,不断搅拌,搅拌40min;
S4、缓慢加入6kg醇胺,并在30℃下搅拌20min,加入0.5kg有机酸,并升温至75℃,恒温60min,醇胺为二乙醇胺,有机酸为乙酸;
S5、加入7kg甲酸钙和5kg硅酸镁,升温至80℃,搅拌20min;
S6、加入3kg甘油、0.6kg消泡剂和0.7kg酯类增塑剂,搅拌均匀,得到混凝土外加剂,消泡剂为聚醚消泡剂,酯类增塑剂为磷酸三丁酯。
实施例4-5:一种混凝土外加剂,与实施例1的区别在于,其原料配比如表1所示,制备方法与实施例1相同。
对比例
对比例1:一种混凝土外加剂,与实施例1的区别在于,混凝土外加剂中未添加氟硅酸铝、硅酸镁和偏铝酸钾。
对比例2:一种混凝土外加剂,与实施例1的区别在于,混凝土外加剂中未添加甘油和硫酸铝。
对比例3:以申请号为CN201810061449.7的中国发明专利申请文件中实施例1制备的高强度混凝土速凝剂作为对照,本发明所述的混凝土速凝剂,主要由硫酸铝、水、硅酸钠、磷酸、三乙醇胺、二甲苯、羟乙基羧甲基纤维素、萘磺酸盐甲醛缩合物、氟化钠、甲基丙烯酸、甲酸钙组成,组分按重量份计硫酸铝50份、水15份、氟化钠7份、二甲苯0.4份、硅酸钠4份、三乙醇胺0.4份、甲酸钙0.2份、羟乙基羟甲基纤维素0.4份、萘磺酸盐甲醛缩合物2份、磷酸0.4份、甲基丙烯酸0.4份。
对比例4:以申请号为CN201510957363.9的中国发明专利文件中实施例1制备的高强型无硫无碱液体速凝剂作为对照,原料配方如如下:纳米氧化铝(10-20nm)10份、纳米二氧化硅(20-80nm)27份、三氟乙酸5份、有机分散剂(乙醇)5份、稳定剂(甘氨酸)1份、悬浮剂(聚乙二醇)1.5份、水50.5份。
性能检测试验
将实施例1-3和对比例1-4中制备的外加剂以占水泥重量的3-5%的量加入水泥净浆试样中,水泥净浆凝结时间测试配比为:基准水泥:水=400:160;再将实施例1-3和对比例1-4中制备的外加剂以占水泥重量的3-5%的量加入水泥砂浆中,水泥砂浆抗压强度测试配比为:基准水泥:准砂:水=900:1350:450;依照JC477-2005《喷射混凝土用速凝剂》的标准测试凝结时间和抗压强度,该标准要求的性能指标见表2,以购自巴斯夫的SA160型无碱液体速凝剂作为对比例5,巴斯夫的无碱液体速凝剂有分层,使用前需充分搅拌、摇匀,以未添加任何外加剂作为空白组,水泥净浆和水泥砂浆中加入与外加剂质量比为1:2.5的混凝土表面增强剂,以实施例1中外加剂未添加表面增强剂制成的试样作为对照组,混凝土表面增强剂选自北京昆仑建宇加固材料有限公司出售的型号为GWZ820的混凝土表面增强剂,掺入不同量外加剂的试样检测结果如表3所示。
表2掺入速凝剂的水泥净浆和水泥砂浆的性能要求
表3外加剂掺入水泥净浆和水泥砂浆中凝结时间和抗压强度测试结果
由表3中数据可以看出,按照实施例1-3中方法制备的外加剂添加到水泥净浆中后,水泥净浆的初凝时间在2:05~3:28min,终凝时间在5:03~7:54min之间,将实施例1-3制备的外加剂掺入水泥砂浆中,水泥砂浆在1d的抗压强度在13.4-17.6MPa之间,28d的抗压强度比为111.2-118.5%,90d的28d抗压强度比为118.6-121.9%,说明添加外加剂使得水泥净浆的凝结速度加快,凝结时间缩短,使水泥砂浆的后期强度较大,混凝土的强度损失小。
对比例1因外加剂中未添加氟硅酸铝、硅酸镁和偏铝酸钾,由表3中数据可以看出,掺入对比例2制备的外加剂的水泥净浆,掺入量占水泥3-5%时,初凝时间和终凝时间与实施例1-3相比,有所延长,1d抗压强度、28天抗压强度比和90d的28d抗压强度比均有所下降,说明添加氟硅酸铝、硅酸镁和偏铝酸钾,能够加速水泥净浆固化,并降低强度损失,使水泥砂浆的后期强度较大。
对比例2因外加剂中未添加甘油和硫酸铝,掺入占水泥总量3-5%的由对比例2制备的外加剂的水泥净浆,初凝时间在3min以上,终凝时间为10min以上,凝结时间较长,1d抗压强度在15MPa以下,28d抗压强度比仅为101.3-106.8%,90d的28d抗压强度比为112.4-113.7%,与实施例1-3相比,凝结时间延长,后期强度损失增大,说明添加甘油和硫酸铝,能够加速水泥净浆凝结,并降低水泥砂浆的后期强度损失。
对比例3和对比例4为现有技术制备的速凝剂,与实施例1-3相比,掺入对比例3和对比例4的水泥净浆,凝结时间长,1d抗压强度、28d抗压强度比和90d的28d抗压强度变小,说明本发明制备的外加剂具有优异的促凝和后期强度保持效果。
对比例5中的巴斯夫无碱液体速凝剂在使用前要搅拌、摇匀,早期强度略低,后期强度有损失,空白组的凝结时间长,早期强度较小,后期强度有损失。
空白组中未添加外加剂,与表面增强剂相互配合,凝结时间较长,早期强度大,但是后期强度损失也较大,对照组以实施例1制备的外加剂与混凝土表面增强剂配合,在未添加混凝土表面增强剂时,混凝土凝结时间短,但早期强度小,后期强度损失较大,当外加剂与混凝土表面增强剂按照质量比1:2-3的比例配合时,混凝土的凝结时间短,早期强度大,后期强度损失小,说明本发明制备的外加剂与混凝土表面增强剂相互协同,能够明显缩短混凝土初凝和终凝时间,并降低混凝土的后期强度损失。
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)

1.一种混凝土外加剂,其特征在于,包括以下重量份的组分:30-50份硫酸铝、5-10份偏铝酸钾、3-8份硅酸镁、1-5份甘油、2-5份氟硅酸铝、5-10份甲酸钙、0.3-0.8份消泡剂、0.2-0.9份有机酸、2-10份醇胺、0.5-1份酯类增塑剂、30-50份水。
2.根据权利要求1所述的混凝土外加剂,其特征在于,所述原料的重量份为:35-45份硫酸铝、6-9份偏铝酸钾、4-7份硅酸镁、2-4份甘油、3-4份氟化镁铝、6-8份甲酸钙、0.4-0.7份消泡剂、0.4-0.7份有机酸、4-8份醇胺、0.6-0.8份酯类增塑剂、35-45份水。
3.根据权利要求1所述的混凝土外加剂,其特征在于,所述酯类增塑剂为己二酸二辛脂、癸二酸二辛脂、磷酸三丁酯中的一种或几种的组合物。
4.根据权利要求1所述的混凝土外加剂,其特征在于,所述消泡剂为二甲基硅油、聚丙二醇和聚醚消泡剂中的一种或几种的组合物。
5.根据权利要求1所述的混凝土外加剂,其特征在于,所述有机酸为苯甲酸、柠檬酸、乙酸中的一种或几种的组合物。
6.根据权利要求1所述的混凝土外加剂,其特征在于,所述醇胺为三乙醇胺或二乙醇胺。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的混凝土外加剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将硫酸铝过筛粉碎,过80-150目筛;
S2、将水加热至55-75℃,将硫酸铝加入到水中,并不断搅拌,至硫酸铝全部溶解;
S3、加入偏铝酸钾和氟硅酸铝,不断搅拌,搅拌30-40min;
S4、缓慢加入醇胺,并在25-30℃下搅拌10-20min,加入有机酸,并升温至55-75℃,恒温30-60min;
S5、加入甲酸钙和硅酸镁,升温至60-80℃,搅拌10-20min;
S6、加入甘油、消泡剂和酯类增塑剂,搅拌均匀,得到混凝土外加剂。
8.根据权利要求7所述的混凝土外加剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中搅拌转速为1200-2000r/min,步骤S5中搅拌转速为1200-1800r/min。
9.一种根据权利要求1-6任一项所述的混凝土外加剂的应用方法,其特征在于,将混凝土外加剂与混凝土表面增强剂按照1:2-3的质量比混合后在喷嘴处加入到喷射混凝土中,混凝土外加剂用量以水泥重量做基准计为3-5%。
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