CN110963739B - 一种水剂混凝土水化温升抑制剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料领域混凝土抗裂温控外加剂，具体为一种水剂混凝土水化温升抑制剂及其制备方法与应用；其由端糖(醇)基聚醚、醇胺类化合物及含氟助剂组成，适用于水泥净浆、砂浆和混凝土，尤其是抗裂混凝土。本发明公开的混凝土水化温升抑制剂具有完全水溶性，使用方便，能降低水泥水化放热速率，降低混凝土开裂风险。

Description

一种水剂混凝土水化温升抑制剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水剂混凝土水化温升抑制剂及其制备方法与应用，属于建筑材料领域混凝土温控抗裂外加剂范畴。
背景技术
水泥混凝土是当今世界用量最大的建筑材料，广泛用于市政、桥梁、铁路、水利水电等工程。水泥混凝土具有价格便宜、浇筑成型方便、抗压强度高、耐久性好的优点；与此同时，混凝土又是一种脆性材料，具有抗折强度低、易开裂等缺点。水泥加水后，与水发生水化反应的同时，放出大量的热，导致混凝土结构自浇筑开始的短期内迅速温升，此现象在大体积、高强度或高温季节施工尤为显著。由于热胀冷缩的原因，混凝土温降时极易产生裂缝。针对此问题，通常采用降低水泥用量、使用大掺量矿物掺合料、埋设冷却水管等措施，可以在一定程度上改善甚至避免温度裂缝的产生。
与此同时，国内外出现了一种混凝土水化温升抑制材料，可以调节水泥水化历程，降低水化放热速率，延长混凝土放热时间，从而降低水泥混凝土浇筑后的温峰，减少温度开裂。JP3729340B2和JP4905977B2公开了一种限定水中溶解度的糊精为水化温度抑制材料的产品技术。CN104098288B、CN104628296B、CN105039461B、CN105060762B公开了利用酶或酸催化水解制备水化热抑制材料的方法。CN103739722B、CN104592403B、CN104609766A、CN104609769B、CN104609770B、CN104610503B、CN104628297B、CN104710131B、CN104710132A公开的方法提出对糊精进行交联、烷氧化、接枝、包裹改性等，进而实现性能的提升。已公开的技术中，基本都已糊精或改性糊精为主要成分，糊精主要由淀粉经水解、分离和干燥制备形成，制备过程相对繁琐，且由于水解的不可控性，糊精分子量难以控制；同时，糊精或改性糊精均难以完全水溶或水溶性糊精无水泥水化温升调控作用。
发明内容
本发明针对上述现有技术集中在糊精或改性糊精，存在分子量难以控制，难以做出完全水溶性产品或水溶液的问题提出。因为在实际工程应用中，混凝土制备过程中需要添加多种组分，其中以液体组分的添加最为方便，可以储存在储罐经过计量泵添加，同时液体产品可以经过稀释后使用，有利于计量的准确性。
发明人在研究中意外的发现，糖(醇)类化合物除具有本领域常用的缓凝作用外，通过水溶性聚氧乙烯醚官能团的修饰，具有水泥水化温升抑制的作用。进一步的研究发现，聚氧乙烯醚修饰的糖(醇)对不同矿物组成的水泥均表现出水化温升抑制作用，但对部分品种、特殊组成的水泥凝结时间影响较大，且均延长了凝结时间，因此需要辅以一定特殊的促凝组分，其中促凝组分不能是硫酸铝、铝酸钠、偏铝酸钠等铝酸盐或碳酸钠等碱金属盐，以醇胺类化合物及氟化物最为合适。
基于此，本发明提出一种水剂混凝土水化温升抑制剂，其特征在于由糖(醇)引发环氧乙烷聚合形成的聚醚、醇胺类化合物及含氟助剂和水组成，有效含量为5％-100％。
由糖(醇)引发环氧乙烷聚合形成的聚醚质量百分比为5％-80％。
醇胺类化合物质量百分比不超过10％；所述醇胺类化合物为二乙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇胺中的任意一种或其组合物。
含氟助剂质量百分比不超过10％；所述含氟助剂为三水氟化铝、氟硅酸镁或氟化镁中的任意一种或其组合物。
本发明同时提出了上述水剂混凝土水化温升抑制剂的制备方法：向聚合釜中加入糖(醇)及碱性催化剂，抽真空，开动搅拌，加热至120℃-250℃后缓慢通入环氧乙烷，控制压力不超过0.4MPa，制备出由糖(醇)引发环氧乙烷聚合形成的聚醚，向上述聚醚中加入醇胺类化合物，及含氟助剂的水溶液；所述碱性催化剂与糖(醇)的摩尔质量比为：(1:50)～(1:5)；所述环氧乙烷与糖(醇)的摩尔比质量比为：(1:1)～(220:1)。其中，所述引发聚醚的糖(醇)为还原性糖或糖分子上的醛基酮基还原成羟基而成的糖醇，可以为葡萄糖、甘露糖、核糖、蔗糖、乳糖、半乳糖及山梨醇、甘露醇、木糖醇和麦芽糖醇等。所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾、氢化钠、金属钠、金属钾中的任意一种或其组合物。
本发明所制备的水剂混凝土水化温升抑制剂具有良好的抑制水泥水化的作用，在制备水泥净浆、砂浆或混凝土时掺入其中，掺加量为净浆、砂浆或混凝土中胶材质量的0.1-5％(除水以外的有效含量)，尤其适用于膨胀混凝土；另外，可同时与减水剂、保坍剂、增稠剂、流变剂等外加剂混合后使用，有助于增加混凝土的和易性，且本发明所述的聚醚具有一定的减水作用。
说明书附图说明
图1是不同水泥净浆的微量热结果。
图2是不同掺量水化温升抑制剂4的砂浆抗压强度。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的内容作进一步的说明，但本发明的内容并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
向高压釜内加入葡萄糖18g和0.08g氢氧化钠，抽真空后加热至180℃，缓慢通入环氧乙烷968g，整个过程控制压力不超过0.4MPa，反应结束后得聚醚1。向50g聚醚1中加入10g二乙醇胺和含有10g三水氟化铝的水溶液40g，搅拌均匀即得水剂混凝土水化温升抑制剂1。
实施例2
向高压釜内加入蔗糖34.2g和1.12g氢氧化钾，抽真空后加热至200℃，缓慢通入环氧乙烷4.4g，整个过程控制压力不超过0.4MPa，反应结束后得聚醚2。向50g聚醚2中加入5g二乙醇胺和含有5g氟硅酸镁的水溶液45g，搅拌均匀即得水剂混凝土水化温升抑制剂2。
实施例3
向高压釜内加入甘露醇18.2g和0.24g氢化钠，抽真空后加热至120℃，缓慢通入环氧乙烷100g，整个过程控制压力不超过0.4MPa，反应结束后得聚醚3。向80g聚醚3中加入5g二乙醇胺、5g三异丙醇胺和10g水，搅拌均匀即得水剂混凝土水化温升抑制剂3。
实施例4
向高压釜内加入7.5g核糖和9g甘露糖和0.2g金属钠，抽真空后加热至250℃，缓慢通入环氧乙烷50g，整个过程控制压力不超过0.4MPa，反应结束后得聚醚4。向50g聚醚4中加入5g二乙醇胺和含有5g氟化铝及5g三水氟化铝的水溶液45g，搅拌均匀即得水剂混凝土水化温升抑制剂4。
实施例5
向10g聚醚1和50g聚醚2的混合物中加入含有5g氟化铝及5g三水氟化铝的水溶液40g，搅拌均匀即得水剂混凝土水化温升抑制剂5。
将上述部分实施例样品用于水泥净浆水化热和砂浆强度的性能评价，测试采用的水泥为基准水泥。水泥水化放热速率的测定使用美国TA公司TAM-AIR等温量热仪，测试温度为20℃，测试试件为净浆，水胶比为0.4，掺量为样品中有效含量占水泥的重量百分比，相同条件下水泥水化放热速率峰值降低幅度越大则表明水泥水化调控材料性能越好。砂浆强度参照GBT 17671方法进行成型和测试，砂浆的砂灰比为2:1，水胶比为0.4。
水泥净浆的水化放热结果如下图1所示，与基准相比，所有样品均具有良好的水化温升抑制作用；其中聚醚1和聚醚3虽然具有良好的抑制水泥水化放热作用，但是与相应的本发明的水化温升抑制剂1和水化温升抑制剂3样品相比，显著延长了凝结时间；进一步验证了本发明所述的促凝组成的重要性。
将实施例4所得的水剂混凝土水化温升抑制剂掺入砂浆中测试其抗压强度，结果如下表1和下图2所示：与不掺加样品的基准砂浆强度相比，掺加不同掺量的水化温升抑制剂4样品后砂浆早期强度降低显著，随着掺量的增加，1d-7d强度降幅增加，此强度的降低与上述水化放热速率降低基本一致，因为砂浆的强度主要来源于水泥的水化作用，产品本发明的样品后，早期水化受到抑制，因此影响了强度的增加。随着龄期的进一步增加，掺加本发明水化温升抑制剂砂浆的强度与基准的强度差值逐步缩小，且在28d龄期时强度基本一致，从侧面反映水化热不影响水泥的长期水化。
表1不同掺量水化温升抑制剂4的砂浆抗压强度(MPa)
Figure GDA0002008679220000041
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种水剂混凝土水化温升抑制剂，其特征在于，由糖醇引发环氧乙烷聚合形成的聚醚、醇胺类化合物及含氟助剂和水组成，有效含量为5%-100%，各组分的具体比例如下：
由糖醇引发环氧乙烷聚合形成的聚醚质量百分比为5%-80%；
醇胺类化合物质量百分比不超过10%；
含氟助剂质量百分比不超过10%；
及余量的水；
所述醇胺类化合物为二乙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇胺中的任意一种或其组合物；所述含氟助剂为三水氟化铝、氟硅酸镁或氟化镁中的任意一种或其组合物；所述引发聚醚的糖醇为还原性糖及糖分子上的醛基或酮基被还原成羟基而成的糖醇；所述引发聚醚的糖醇为葡萄糖、甘露糖、核糖、蔗糖、乳糖、半乳糖、山梨醇、甘露醇、木糖醇和麦芽糖醇；
所述水剂混凝土水化温升抑制剂的制备方法为：向聚合釜中加入糖醇及碱性催化剂，抽真空，开动搅拌，加热至120℃-250℃后缓慢通入环氧乙烷，控制压力不超过0.4MPa，制备出由糖醇引发环氧乙烷聚合形成的聚醚，向上述聚醚中加入醇胺类化合物，及含氟助剂的水溶液。
2.如权利要求1所述的水剂混凝土水化温升抑制剂的使用方法，其特征在于，制备水泥净浆、砂浆或混凝土时掺入其中，尤其适用于膨胀混凝土，所述水剂混凝土水化温升抑制剂折固掺加量为净浆、砂浆或混凝土中胶材质量的0.1-5%。
3.如权利要求1所述的水剂混凝土水化温升抑制剂的使用方法，其特征在于，制备水泥净浆、砂浆或混凝土时掺入其中，同时与减水剂、保坍剂、增稠剂、流变剂等外加剂混合后使用，所述水剂混凝土水化温升抑制剂掺加量为其除水以外的有效含量占净浆、砂浆或混凝土中胶材质量的0.1-5%。
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