CN110903050A - 一种混凝土专用调节剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土专用调节剂的制备方法，其制备的混凝土专用调节剂分别是由特定的非离子表面活性剂、硅酸钠、螯合剂和聚丙烯酸钠复配而成，本发明涉及混凝土外加剂技术领域。该混凝土专用调节剂的制备方法，作为混凝土调节剂具有合理调节混凝土中水分构成，降低水泥水化初始反应热，改善混凝土状态，起到适当延长混凝土工作时间和达到改善混凝土和易性的效果，进而提高混凝土强度和耐久性，主要适用于大体积混凝土以及夏天气温高时混凝土的预拌和浇筑，并且原材料易得，生产方式简单，可实现分别通过浊点效应作用、轻微缓凝作用和保水及减水作用，最终达到调节混凝土中水泥水化作用，保持混凝土水分。

Description

一种混凝土专用调节剂的制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体为一种混凝土专用调节剂的制备方法。

背景技术

混凝土拌和过程中，在水泥水化过程中，温度会明显升高，在有充足水分的情况下，温度越高水化越快，这就导致混凝土的流动性变差，当混凝土水化过快时，就会影响混凝土的工作性，导致混凝土的水化不均匀，进而影响混凝土后期强度。

混凝土拌和过程中，需要加入足够的水分，根据环境湿度和水泥浆体的空隙率的情况，未经处理的水泥浆体能够保持大量的水分。水分可以多种形式存在于混凝土中。根据水分从水化浆体失去的难易程度，水分可以分为几种类型。除了在空的或水部分填充的孔隙中的水蒸气以外，在水化水泥浆体里的水以下列状态存在，主要包括毛细孔水、吸附水、层间水和化学结合水。

毛细孔水：这是孔径大于

的孔隙里存在的水分。根据水化水泥浆体中水分的行为，毛细孔水可以分为两类：孔径大于50nm(0.05μm)的毛细孔中的水称为自由水(因为它的失去不会引起任何体积变化)；较小毛细孔(5～50nm)中毛细张力所固定的水，它的失去会引起系统收缩。

吸附水：这是吸附在水化产物固体表面的水。在引力作用下，浆体中的水分子物理吸附到固相表面，被氢键物理吸附达6个水分子层厚(1.5nm)。由于水分子的键能随其与固相表面的距离的增大而减小，当水泥浆体干燥至30％的相对湿度时，大部分吸附水会失去。失去吸附水会使水化水泥浆体收缩。

层间水：这是一种与C-S-H的层间结构有关的水。在C-S-H的层与层之间，一个单分子水层被氢键牢固地固定。层间水只有在强烈干燥时(即相对湿度低于11％)才会失去。C-S-H结构在失去层间水时会发生明显的收缩。

化学结合水：这种水是构成各种水泥水化产物微观结构的一部分。这种水不会因为干燥而失去，只有受热水化物分解时才会失去。

在混凝土拌和过程中，随着水泥的遇水发生水化作用，很多水分和水泥组分反应形成化学结合水，水分由毛细孔水逐渐流向吸附水，到层间水再到补充水化反应需要的化学结合水，导致混凝土体系中的毛细孔水的量逐渐变少，使水泥分散性变差，导致混凝土的流动性降低，工作性变差，尤其在大体积混凝土和夏天混凝土的拌和和浇筑中，水泥水化速度快，这个现象就更为明显。特别当混凝土水化过程中内部温度超过外部温度20℃时，容易产生温差裂缝，对混凝土的强度和耐久性产生不利的影响。如何有效的控制水泥水化过程中的水化热，使水泥水化过程相对平缓，混凝土工作性变好，进而形成均匀的水泥石结构，提高混凝土的耐久性就成为一个很大的挑战。

目前在大体积混凝土中掺加大量的粉煤灰加入到混凝土中来缓解水泥的水化集中放热，降低胶材的水化反应热来解决这个问题，更有甚者加入冰块来拌和混凝土，或者在大体积混凝土结构中设置冷却循环管道来解决这个问题，这些方法都较为繁琐，均为被动解决问题，不能从混凝土结构内部主动去解决这个问题，效果不是特别理想。

夏天气温高，水泥水化速度快，混凝土流动性损失快，为了解决水泥水化过快问题，水泥厂对水泥组分会进行调整，但是这仍然不能解决根本问题。搅拌站为了解决这一问题，在混凝土拌和的过程中加入缓凝组分来缓解这一问题，但是缓凝组分的引入会明显延长凝结时间，控制不好的话会影响施工时间，同时也会降低混凝土的强度。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种混凝土专用调节剂的制备方法，具有降低水泥水化初始反应热、调节混凝土状态，达到改善混凝土和易性的效果，进而改善混凝土工作性，解决大体积混凝土以及夏天气温高时混凝土的预拌和浇筑中的混凝土水泥水化过快造成的工作性的问题以及后续对强度和耐久性的影响问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种混凝土专用调节剂的制备方法，其制备的混凝土专用调节剂分别是由特定的非离子表面活性剂、硅酸钠、螯合剂和聚丙烯酸钠复配而成，其制备方法具体包括以下步骤：

S1：制备A溶液：将聚丙烯酸钠溶于脱盐水中，制得A溶液；

S2：制备B溶液：将硅酸钠和螯合剂加入步骤S1中制备得到的A溶液中，得到B溶液；

S3：将特定的非离子表面活性剂加入到步骤S2中制备得到混凝土专用调节剂。

优选的，所述的特定的非离子表面活性剂是聚乙二醇型，其包含烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯和脂肪酸甲酯乙氧基化物，浊点要求为15～50℃，优选为20～30℃，且对混凝土的含气量没有不良影响。

优选的，所述的硅酸钠为市场上所采购，其化学式为R₂O·nSiO₂，式中R₂O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的摩数，且硅酸钠细度模数为2.5～3.5，优选为2.8～3.0。

优选的，所述螯合剂包括氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、二乙烯三胺五乙酸五钠(DTPA)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、乙二胺四亚甲基膦酸或EDTA中一种或几种。

优选的，所述聚丙烯酸钠为小分子量的工业用聚丙烯酸钠，分子量为3000～20000，优选为5000～8000。

优选的，所述脱盐水溶液为工业纯水机所制备，要求电导率<15us/cm。

优选的，采用权利要求1～6任意一项所述的一种混凝土专用调节剂的制备方法，所得混凝土调节剂作为混凝土调节剂的应用。

(三)有益效果

本发明提供了一种混凝土专用调节剂的制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该混凝土专用调节剂的制备方法，其制备的混凝土专用调节剂分别是由特定的非离子表面活性剂、硅酸钠、螯合剂和聚丙烯酸钠复配而成，其制备方法具体包括以下步骤：S1：制备A溶液：将聚丙烯酸钠溶于脱盐水中，制得A溶液，S2：制备B溶液：将硅酸钠和螯合剂加入步骤S1中制备得到的A溶液中，得到B溶液，S3：将特定的非离子表面活性剂加入到步骤S2中制备得到混凝土专用调节剂，可实现分别通过浊点效应作用、轻微缓凝作用和保水及减水作用，最终达到调节混凝土中水泥水化作用，保持混凝土水分，改善混凝土和易性作用，最终改善混凝土耐久性和提高混凝土强度，同时制备工艺简单、生产过程绿色环保、成本低，同时能够降低水泥水化初始反应热，改善混凝土状态，起到适当延长混凝土工作时间和达到改善混凝土和易性的效果，进而提高混凝土强度和耐久性，主要适用于大体积混凝土以及夏天气温高时混凝土的预拌和浇筑，并且原材料易得。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供五种技术方案：一种混凝土专用调节剂的制备方法，具体包括以下实施例：

实施例1

在装有搅拌器的烧瓶加入足量的800克水，边搅拌边加入聚丙烯酸钠30克，待聚丙烯酸钠完全溶解后，加入硅酸钠40克和螯合剂二乙烯三胺五乙酸五钠(DTPA)30克，搅拌10min后加入特定的非离子表面活性剂100克，再搅拌10min，出料即为混凝土专用调节剂TJ-1。

实施例2

在装有搅拌器的烧瓶加入足量的800克水，边搅拌边加入聚丙烯酸钠30克，待聚丙烯酸钠完全溶解后，加入硅酸钠40克和螯合剂羟基亚乙基二膦酸(HEDP)35克，搅拌10min后加入特定的非离子表面活性剂95克，再搅拌10min，出料即为混凝土专用调节剂TJ-2。

实施例3

在装有搅拌器的烧瓶加入足量的800克水，边搅拌边加入聚丙烯酸钠35克，待聚丙烯酸钠完全溶解后，加入硅酸钠40克和螯合剂羟基亚乙基二膦酸(HEDP)35克，搅拌10min后加入特定的非离子表面活性剂90克，再搅拌10min，出料即为混凝土专用调节剂TJ-3。

实施例4

在装有搅拌器的烧瓶加入足量的800克水，边搅拌边加入聚丙烯酸钠30克，待聚丙烯酸钠完全溶解后，加入硅酸钠30克，螯合剂羟基亚乙基二膦酸(HEDP)15克和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)15克，搅拌10min后加入特定的非离子表面活性剂110克，再搅拌10min，出料即为混凝土专用调节剂TJ-4。

实施例5

在装有搅拌器的烧瓶加入足量的800克水，边搅拌边加入聚丙烯酸钠20克，待聚丙烯酸钠完全溶解后，加入硅酸钠30克，螯合剂羟基亚乙基二膦酸(HEDP)15克和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)15克，搅拌10min后加入特定的非离子表面活性剂120克，再搅拌10min，出料即为混凝土专用调节剂TJ-5。

对比例1

对比例1为某市售缓凝剂，含固量为20％。应用实施时，所采用的水泥为海螺水泥PO42.5，砂为细度模数M＝2.6的中砂，石子为粒径5～10mm和10mm～20mm连续级配的碎石。取实施例1-5及对比例1的缓凝剂参照GB/T8076-2008《混凝土外加剂》相关规定测定聚羧酸减水剂对新拌混凝土的影响，固定水灰比为0.45，调整减水剂掺量，使混凝土的初始坍落度为210mm±10mm，混凝土重量配合比：水泥260，矿粉50，粉煤灰50，砂760，大石650，小石430，水170，减水剂掺量为4份20％含量减水剂，调节剂和缓凝剂的加量按减水剂的掺量计算，室温为30℃。结果如表1。

表1混凝土性能测试结果

表1的结果说明，实施例1-5均能有效保持混凝土的流动性，且和易性更好。例如实施例1/对比例的初始坍落度为225mm/220cm，扩展度570mm/550cm，90min后坍落度为220mm/180mm，扩展度为550mm/390mm，并且强度明显高于对比例，凝结时间缩短1h，说明本发明的混凝土专用调节剂的具有改善混凝土和易性作用，最终提高混凝土强度，对凝结时间影响小，具有优越的性能。

综上，本发明专利通过合理设计调配出混凝土用调节剂，对混凝土中的水化用水和不参与水化的水该2种水分的作用时间进行有效的调节，能有效的调整水泥水化过程，使水泥水化更加均匀，起到适当延长混凝土工作时间和达到改善混凝土和易性的效果，使水泥石结构更加致密，进而提高混凝土工作性和耐久性。

在水泥水化初期，随着温度的上升，达到非离子表面活性剂的浊点时，非离子表面活性剂析出，吸附到水泥颗粒和砂石骨料表面，呈现出亲油性，阻塞了混凝土体系中部分毛细孔的同时抑制了水和水泥的进一步接触，减缓了水分由毛细孔水逐渐流向吸附水，到层间水再到补充水化反应需要的化学结合水的过程，抑制了水化反应，从而减缓了水泥的水化作用，使混凝土体系中毛细孔有充足的水来保持水泥的分散性，进而保持混凝土的流动性，温度下降到浊点下时，非离子表面活性剂重新溶解到水中，水泥和砂石骨料表面重新表现为亲水性，前期未参与水化反应的水分释放出来，补充到混凝土体系中，使混凝土中的水分较充足，从而能更长时间内保持混凝土的流动性，改善混凝土状态，使混凝土中水泥水化更加平缓均匀，混凝土结构更加致密，进而提高混凝土强度和耐久性。

引入硅酸钠，作为无机盐类，其对表面活性剂的浊点存在调节作用，可以辅助调节，使非离子表面活性剂的浊点处于合适的范围，方便非离子表面活性剂发挥浊点效应的作用。

引入低分子量聚丙烯酸钠，该成分具有较小的减水率以及保水效果，可以适当加强该产品的保水性，对混凝土的和易性有一定好处。

引入螯合剂，该组份能螯合水泥中的钙离子，能起到缓凝作用，适当延长混凝土的凝结时间，在配方中加入少量螯合剂，可以减缓水泥水化作用，保持混凝土的流动性的同时不至于明显影响混凝土的凝结时间。

通过合理调配各组分，得出混凝土专用调节剂，通过浊点效应作用、轻微缓凝作用、保水及减水作用，最终达到调节混凝土中水泥水化作用，保持混凝土水分，改善混凝土和易性作用，最终达到提高混凝土强度和改善混凝土耐久性的目的。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种混凝土专用调节剂的制备方法，其特征在于：其制备的混凝土专用调节剂分别是由特定的非离子表面活性剂、硅酸钠、螯合剂和聚丙烯酸钠复配而成，其制备方法具体包括以下步骤：

S1：制备A溶液：将聚丙烯酸钠溶于脱盐水中，制得A溶液；

S2：制备B溶液：将硅酸钠和螯合剂加入步骤S1中制备得到的A溶液中，得到B溶液；

S3：将特定的非离子表面活性剂加入到步骤S2中制备得到混凝土专用调节剂。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土专用调节剂的制备方法，其特征在于：所述的特定的非离子表面活性剂是聚乙二醇型，其包含烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯和脂肪酸甲酯乙氧基化物，浊点要求为15～50℃，优选为20～30℃，且对混凝土的含气量没有不良影响。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土专用调节剂的制备方法，其特征在于：所述的硅酸钠为市场上所采购，其化学式为R₂O·nSiO₂，式中R₂O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的摩数，且硅酸钠细度模数为2.5～3.5，优选为2.8～3.0。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土专用调节剂的制备方法，其特征在于：所述螯合剂包括氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、二乙烯三胺五乙酸五钠(DTPA)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、乙二胺四亚甲基膦酸或EDTA中一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土专用调节剂的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯酸钠为小分子量的工业用聚丙烯酸钠，分子量为3000～20000，优选为5000～8000。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土专用调节剂的制备方法，其特征在于：所述脱盐水溶液为工业纯水机所制备，要求电导率<15us/cm。

7.采用权利要求1～6任意一项所述的一种混凝土专用调节剂的制备方法，所得混凝土调节剂作为混凝土调节剂的应用。