CN111499250A - 一种掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂及制备方法 - Google Patents

一种掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂及制备方法，水化硅酸钙早强剂包括：可溶性钙盐、可溶性硅盐、可溶性铁盐、分散剂、络合剂和水；制备方法包括：将可溶性钙盐、可溶性硅盐和可溶性铁盐分别配置成水溶液；将分散剂、水和部分络合剂添加到反应容器中，设置预设的反应温度和搅拌速率；将剩余部分的络合剂加入到可溶性铁盐水溶液中；向反应容器中同时滴加可溶性钙盐溶液、可溶性硅盐溶液和铁盐络合剂溶液，反应完成后，得到掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂。本发明通过掺杂铁离子改变水化硅酸钙的形貌，可明显提高砂浆16h的抗压强度；且，本发明的制备方法在掺杂铁离子时不易产生沉淀，不会破坏悬浮液的稳定性，利于使用。

Description

一种掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂及制备方法
技术领域
本发明涉及早强剂技术领域，具体涉及一种掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂及制备方法。
背景技术
混凝土具有价格低、承载力强、耐久性高等优点，是目前世界上用量最大的建筑材料。随着我国高铁和地铁建设的大量开展，混凝土预制件已经成为我国混凝土产业一个重要的发展方向，这对混凝土早期强度和拆模时间提出了更高要求。传统的氯化物类早强剂含有氯离子，硫酸盐类无机早强剂含碱，因而应用存在局限性，亟需研制性能优良的新型早强剂。
水化硅酸钙是水泥水化的主要产物，对混凝土的强度发展和耐久性能起着至关重要的作用；因此，在混凝土中添加水化硅酸钙作为晶种可诱导水化产物更快的析出结晶，具有显著的早强效果。
目前，使用水化硅酸钙晶种作为早强剂时，多采用溶液法合成，该方法对设备要求低，合成工艺简单，合成的水化硅酸钙晶种为悬浮液，可直接使用。
由于水化硅酸钙晶种悬浮液的pH值呈碱性，掺杂金属离子易产生沉淀，破坏悬浮液的稳定性，不利于使用。因而，如何在水化硅酸钙晶种悬浮液中掺杂金属离子是亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂及制备方法。
本发明公开了一种掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂，包括：可溶性钙盐、可溶性硅盐、可溶性铁盐、分散剂、络合剂和水。
作为本发明的进一步改进，所述可溶性铁盐、可溶性钙盐、可溶性硅盐、络合剂的摩尔比为(0.05～0.2):(0.6～3.0):1.0:(0.05～0.2)。
作为本发明的进一步改进，所述水化硅酸钙早强剂的固含量为5％～25％。
作为本发明的进一步改进，所述分散剂为所述水化硅酸钙早强剂总质量的1％～5％。
作为本发明的进一步改进，所述可溶性钙盐为四水合硝酸钙，所述可溶性硅盐为无水偏硅酸钠；所述可溶性铁盐为三价铁盐，包括硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种；
所述分散剂包括聚羧酸、聚氧乙烯醚类表面活性剂中的一种，分子量为3000～70000；所述络合剂包括EDTA、三乙醇胺中的一种或多种。
本发明还公开了一种上述水化硅酸钙早强剂的制备方法，包括：
将可溶性钙盐、可溶性硅盐和可溶性铁盐分别配置成水溶液；
将分散剂、水和部分络合剂添加到反应容器中，设置预设的反应温度和搅拌速率；
将剩余部分的络合剂加入到可溶性铁盐水溶液中；
向所述反应容器中同时滴加可溶性钙盐溶液、可溶性硅盐溶液和铁盐络合剂溶液，反应完成后，得到掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂。
作为本发明的进一步改进，所述可溶性钙盐溶液的质量浓度为50％～70％，所述可溶性硅盐溶液的质量浓度为5％～25％，所述可溶性铁盐水溶液的质量浓度为10％～80％。
作为本发明的进一步改进，所述反应温度为20℃～80℃，搅拌速率为100rpm～800rpm。
作为本发明的进一步改进，添加到反应容器中的络合剂为络合剂总量的1/3。
作为本发明的进一步改进，同时滴加的时间为1h～24h，滴加完毕后继续反应0.5h～2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的水化硅酸钙早强剂通过掺杂铁离子改变水化硅酸钙的形貌，可明显提高砂浆16h的抗压强度；且，本发明的制备方法在掺杂铁离子时不易产生沉淀，不会破坏悬浮液的稳定性，利于使用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
下面对本发明做进一步的详细描述：
本发明提供一种掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂，包括：可溶性钙盐、可溶性硅盐、可溶性铁盐、分散剂、络合剂和水；其中，可溶性铁盐、可溶性钙盐、可溶性硅盐、络合剂的摩尔比为(0.05～0.2):(0.6～3.0):1.0:(0.05～0.2)。
具体的，
本发明的水化硅酸钙早强剂的固含量为5％～25％；
本发明的分散剂包括聚羧酸、聚氧乙烯醚类表面活性剂中的一种，分子量为3000～70000；分散剂的加入量为水化硅酸钙早强剂总质量的1％～5％。
本发明的可溶性钙盐为四水合硝酸钙，可溶性硅盐为无水偏硅酸钠。
本发明的可溶性铁盐为三价铁盐，其可包括硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种；铁离子作为高价阳离子，对水化硅酸钙胶体粒子的扩散双电层有压缩作用，可加速水化硅酸钙胶体粒子的凝聚，因而可降低其在液相中的浓度，加速C3S和C2S的水化，提高早期强度。
本发明的络合剂包括EDTA、三乙醇胺中的一种或多种。
本发明还公开了一种掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂的制备方法，包括：
将可溶性钙盐、可溶性硅盐和可溶性铁盐分别配置成水溶液，分别得到可溶性钙盐溶液、可溶性硅盐溶液和可溶性铁盐水溶液；其中，可溶性钙盐溶液的质量浓度为50％～70％，可溶性硅盐溶液的质量浓度为5％～25％，可溶性铁盐水溶液的质量浓度为10％～80％；
将分散剂、水和部分络合剂添加到反应容器中，设置预设的反应温度和搅拌速率；其中，添加到反应容器中的络合剂为络合剂总量的1/3，反应温度为20℃～80℃，搅拌速率为100rpm～800rpm；
将剩余部分的络合剂加入到可溶性铁盐水溶液中；其中，添加到可溶性铁盐水溶液中的络合剂为络合剂总量的2/3；
向反应容器中同时滴加可溶性钙盐溶液、可溶性硅盐溶液和铁盐络合剂溶液，滴加时间为1h～24h，滴加完毕后继续反应0.5h～2h，得到掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂。
其中，本发明加入络合剂的作用就是避免铁离子沉淀，分成两部分是让铁离子一部分先跟络合剂络合，另一部分参与反应进入到水化硅酸钙的凝胶颗粒中，从而使得铁离子的掺量增加，且合成的晶种稳定性更好。
实施例1
称取50.0g四水合硝酸钙和50.0g水配置成50.0％的水溶液，称取15.0g偏硅酸钠和85.0g水配置成15.0％的水溶液，称取30.0g硝酸铁和70.0g水配置成30.0％的水溶液，然后取7.31g硝酸铁溶液与1.77g的EDTA混合。在反应釜中加入24.0g分散剂、0.88g EDTA和128.10g水，设定温度为25℃，搅拌速率为400rpm，搅拌0.5h后，同时滴加64.19g硝酸钙溶液、73.74g硅酸钠溶液和9.08g硝酸铁-EDTA混合液，保持搅拌，控制滴加速度，使得滴加时间为12h。滴加完毕继续搅拌1h，即得铁离子掺杂水化硅酸钙早强剂。
实施例2
称取50.0g四水合硝酸钙和50.0g水配置成50.0％的水溶液，称取15.0g偏硅酸钠和85.0g水配置成15.0％的水溶液，称取30.0g硝酸铁和70.0g水配置成30.0％的水溶液，然后取6.67g硝酸铁溶液与0.82g的三乙醇胺混合。在反应釜中加入20.0g分散剂、0.41g三乙醇胺和175.16g水，设定温度为45℃，搅拌速率为400rpm，搅拌0.5h后，同时滴加52.07g硝酸钙溶液、44.86g硅酸钠溶液和7.49g硝酸铁-三乙醇胺混合液，保持搅拌，控制滴加速度，使得滴加时间为8h。滴加完毕继续搅拌1h，即得铁离子掺杂水化硅酸钙早强剂。
对比例1
称取50.0g四水合硝酸钙和50.0g水配置成50.0％的水溶液，称取15.0g偏硅酸钠和85.0g水配置成15.0％的水溶液。在反应釜中加入20.0g分散剂、和183.07g水，设定温度为45℃，搅拌速率为400rpm，搅拌0.5h后，同时滴加52.07g硝酸钙溶液和44.86g硅酸钠溶液，保持搅拌，控制滴加速度，使得滴加时间为8h。滴加完毕继续搅拌1h，即得水化硅酸钙早强剂。
对比例2
不加入水化硅酸钙早强剂。
采用表1中所示的砂浆配合比评价早强剂的早强性能。
表1砂浆配合比
基准水泥(g) 标准砂(g) 水(g)
450 1350 135
按照表1的配合比，成型砂浆试件，按照早强剂中固体成分占砂浆胶材的0.38％掺入早强剂，并扣除早强剂中的水量，保证水胶比一致。将成型后的砂浆置于标准条件下养护。
表2为砂浆的强度数据
组别 掺量 16h抗折强度(MPa) 16h抗压强度(MPa)
实施例1 0.38％ 1.6 4.9
实施例2 0.38％ 1.7 5.3
对比例1 0.38％ 1.5 4.3
对比例2 0 0.7 3.7
从表2可以看出，本发明的水化硅酸钙早强剂可明显提高砂浆16h的抗压强度。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂，其特征在于，包括：可溶性钙盐、可溶性硅盐、可溶性铁盐、分散剂、络合剂和水。
2.如权利要求1所述的水化硅酸钙早强剂，其特征在于，所述可溶性铁盐、可溶性钙盐、可溶性硅盐、络合剂的摩尔比为(0.05～0.2):(0.6～3.0):1.0:(0.05～0.2)。
3.如权利要求1所述的水化硅酸钙早强剂，其特征在于，所述水化硅酸钙早强剂的固含量为5％～25％。
4.如权利要求1所述的水化硅酸钙早强剂，其特征在于，所述分散剂为所述水化硅酸钙早强剂总质量的1％～5％。
5.如权利要求1所述的水化硅酸钙早强剂，其特征在于，所述可溶性钙盐为四水合硝酸钙，所述可溶性硅盐为无水偏硅酸钠；所述可溶性铁盐为三价铁盐，包括硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种；
所述分散剂包括聚羧酸、聚氧乙烯醚类表面活性剂中的一种，分子量为3000～70000；所述络合剂包括EDTA、三乙醇胺中的一种或多种。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的水化硅酸钙早强剂的制备方法，其特征在于，包括：
将可溶性钙盐、可溶性硅盐和可溶性铁盐分别配置成水溶液；
将分散剂、水和部分络合剂添加到反应容器中，设置预设的反应温度和搅拌速率；
将剩余部分的络合剂加入到可溶性铁盐水溶液中；
向所述反应容器中同时滴加可溶性钙盐溶液、可溶性硅盐溶液和铁盐络合剂溶液，反应完成后，得到掺杂有铁离子的水化硅酸钙早强剂。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性钙盐溶液的质量浓度为50％～70％，所述可溶性硅盐溶液的质量浓度为5％～25％，所述可溶性铁盐水溶液的质量浓度为10％～80％。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述反应温度为20℃～80℃，搅拌速率为100rpm～800rpm。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，添加到反应容器中的络合剂为络合剂总量的1/3。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，同时滴加的时间为1h～24h，滴加完毕后继续反应0.5h～2h。
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