CN111704388A

CN111704388A - 一种混凝土缓凝剂及其制备方法

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Publication number: CN111704388A
Application number: CN202010530268.1A
Authority: CN
Inventors: 张鑫; 董高剑; 柳掌珀
Original assignee: Guizhou Kaixiang New Materials Co ltd
Current assignee: Guizhou Kaixiang New Materials Co ltd
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2020-09-25

Abstract

本发明属于混凝土外加剂制备领域，具体涉及一种混凝土缓凝剂及其制备方法；采用经处理的工业副产磷石膏、凹凸棒粉、改性淀粉、阿拉伯胶和磷酸盐制备一种全新的混凝土缓凝剂，使得添加了缓凝剂的混凝土缓凝效果达到16h，在35℃的气温下缓凝效果可达13h，降低了环境因素对混凝土质量的影响，有效减少了由于混凝土内外温差而引起的开裂等问题的出现。

Description

一种混凝土缓凝剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土外加剂制备领域，具体涉及一种混凝土缓凝剂及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土是现代化建筑工程中必不可少的施工材料，其性能受到各种外加剂的影响和作用，从而满足不同工况下施工要求的需要。混凝土在进行浇筑施工之前，需要经过混料、搅拌、运输等多个环节，因此往往需要延长水泥的凝结时间，使其在较长的一段时间内保持一定的可塑性。

缓凝剂，是一种降低水泥或石膏水化速度和水化热、延长凝结时间的添加剂。在商品混凝土中掺入缓凝剂的目的是为了延长水泥的水化硬化时间，使新拌混凝土能在较长时间内保持塑性，从而调节新拌混凝土的凝结时间。按结构分，目前主要有：1.糖类；2.柠檬酸、酒石酸及其盐类；3.锌盐、磷酸盐类；4.木质磺酸盐类四类缓凝剂，其中羟基羧酸盐最为常用。羟基羧酸盐不仅能够延长混凝土的初凝时间，甚至能够促进后期强度的提高，在混凝土中具有广泛应用，但是这类缓凝剂会延缓混凝土7d以内的强度发展，并且成本高于其他类型缓凝剂，还普遍存在环境适应的问题，受温度影响较大。糖类缓凝剂包括糖蜜、葡萄糖、蔗糖等，由于其来源广泛、成本低廉而受到普遍应用。而糖类缓凝剂随着掺量提高会对混凝土后期强度产生较大影响，还容易产生促凝或假凝现象，因此掺量受到限制，缓凝效果与羟基羧酸盐类相比大大降低。

公开号为CN106348637A的专利文件公开了一种新型混凝土缓凝剂，包括硼酸铵、焦磷酸钠、硫酸镁、二乙烯三胺五甲叉膦酸、羧甲基纤维素钠、麦芽糊精、酒石酸钠、坡缕石粉、减水剂、分散剂、表面活性剂组成。其中，将坡缕石粉与无水乙醇和氧化锆球混合球磨后煅烧，再粉碎、研磨、烘干、加入蛋清和糖蜜，超声改性；用过氧化氢对木薯淀粉氧化后，以环氧乙烷醚化，再加入酸醇溶液超声、过滤、洗涤、干燥制得减水剂。其是将无机缓凝剂和有机缓凝剂进行结合，再加入改性坡缕石粉和以木薯淀粉制备的减水剂，既能改善新型混凝土缓凝剂的缓凝效果，又能提高强度，缓凝效果可达34h。但是无机缓凝剂的稳定性相对较差，缓凝效果一般大于24h会影响对混凝土早期强度的需要而耽误施工进程，还会使混凝土出现凝结过慢、假凝甚至不凝结的问题，影响混凝土凝结后的强度，从而导致工程质量不过关甚至出现安全隐患。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种混凝土缓凝剂及其制备方法。

具体是通过以下技术方案来实现的：

1、将工业副产石膏与其质量3-5％的石灰混合粉碎后以160-190℃煅烧7-13min，冷却后再以80-110℃煅烧1-1.5h，得到前处理后的磷石膏。

2、制备改性淀粉：将淀粉以其相同体积、浓度为1-4％的硼酸溶液浸泡30-50min，加热并搅拌至淀粉糊化，冷却后干燥粉碎得到。

3、将阿拉伯胶干燥、研磨后，以50-70℃的水溶解，配置成浓度为55％的阿拉伯胶溶液，再滴加与水等量的乙酸乙酯，均质得到阿拉伯胶悬浊液。

4、混凝土缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

a.按质量份计，将经前处理的磷石膏30-40份与凹凸棒粉5-8份混合研磨，边研磨边滴加碱溶液，直至呈细腻可流动的混合物时停止，得到磷石膏浆体；

b.在磷石膏浆体中加入磷酸盐7-13份，以频率为20-22KHz的超声波处理50-70min，搅拌均匀；

c.将阿拉伯胶悬浊液10-25份与步骤b混合，在120-160℃温度下干燥，与改性淀粉10-20份混合研磨即可。

进一步，所述的缓凝剂应用于混凝土中时的掺量为1-5％。

综上所述，本发明的有益效果在于：本发明采用经处理的工业副产磷石膏、凹凸棒粉、改性淀粉、阿拉伯胶和磷酸盐制备一种全新的混凝土缓凝剂，使得添加了缓凝剂的混凝土缓凝效果达到16h，在35℃的气温下缓凝效果可达13h，降低了环境因素对混凝土质量的影响，有效减少了由于混凝土内外温差而引起的开裂等问题的出现。

其中，水泥混凝土水化过程的化学反应式：

3(CaO·SiO₂)+6H₂O＝3CaO·2SiO₂·3H₂O(胶)+3Ca(OH)₂(六方板结晶体)(短纤维状)

2(2CaO·SiO₂)+4H₂O＝3CaO·2SiO₂·3H₂O(胶)+Ca(OH)₂(六方板结晶体)(长纤维状)

3CaO·Al₂O₃+6H₂O＝3CaO·Al₂O₃·6H₂O(立方板结晶体)

4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃+7H₂O＝3CaO·Al₂O₃·6H₂O+CaO·Fe₂O₃·H₂O(胶)

现有对磷石膏进行处理的方式是水洗和高温煅烧，直接进行水化预处理时，磷类杂质会阻碍磷石膏水化，导致产品结构疏松，影响到混凝土凝固后的强度，在受压或温差较大时易开裂，并且先进行水洗用水量大、耗能高、投资大，还会产生大量含污染物的废水，需进行二次处理才能排放。若采用煅烧的方式大多需要400℃以上的高温进行煅烧，耗能大，在本申请中先将磷石膏与石灰共混进行中温快速煅烧，再进行低温煅烧，磷石膏晶格中的共晶杂质会被分解出来，有机杂质随着温度的升高也会被分解，而共晶磷杂质转化成的焦磷酸盐对混凝土的缓凝也起到一定作用，因此不需要针对焦磷酸盐进行除杂步骤。石灰在有效平衡磷石膏的ph值的同时，在后续煅烧时其中所含的有效氧化钙和氧化镁与树脂共同形成交结性的成分，可更好的与其他原料进行连结。淀粉和阿拉伯胶悬浊液吸水膨胀成具有间隙的胶束，与凹凸棒粉混合研磨，并滴加碱溶液，可将凹凸棒的空间结构进行扩展，便于胶束包裹着石膏分子存在于凹凸棒分子层间，从而形成较稳定的结构。在混凝土前期水化时淀粉和阿拉伯胶形成的胶束与混凝土水化生成的胶体结合包裹纤维状结晶体，使得混凝土的水化速度减缓，当淀粉和阿拉伯胶吸水饱和后，结合水化放热及拌合过程中的摩擦等，导致淀粉胶束断裂，混凝土得以继续水化。从而在混凝土完全凝固后其强度不受影响。除延长混凝土凝结时间的效果之外，还具备一定的减水效果，避免由于减水剂使用过多而出现混凝土脆性大，强度不够易开裂的情况。即使在35℃的气温下缓凝效果也可以达到13h，这样可以使部分地区不需要在晚上进行混凝土的拌合浇注，可避免作业工人在夜间颠倒作息进行劳作，更是降低了环境因素对混凝土质量的影响，有效减少了由于混凝土内外温差而引起的开裂等问题的出现。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1

1、将工业副产石膏与其质量4％的石灰混合粉碎后以175℃煅烧10min，冷却后再以95℃煅烧1h，得到前处理后的磷石膏。

2、制备改性淀粉：将淀粉以其相同体积、浓度为2％的硼酸溶液浸泡40min，加热并搅拌至淀粉糊化，冷却后干燥粉碎得到。

3、将阿拉伯胶干燥、研磨后，以60℃的水溶解，配置成浓度为55％的阿拉伯胶溶液，再滴加与水等量的乙酸乙酯，均质得到阿拉伯胶悬浊液。

4、混凝土缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

a.按质量份计，将经前处理的磷石膏35份与凹凸棒粉6份混合研磨，边研磨边滴加碱溶液，直至呈细腻可流动的混合物时停止，得到磷石膏浆体；

b.在磷石膏浆体中加入焦磷酸盐10份，以频率为21KHz的超声波处理60min，搅拌均匀；

c.将阿拉伯胶悬浊液与步骤b混合，在140℃温度下干燥，与改性淀粉混合研磨即可。

进一步，所述的缓凝剂应用于混凝土中时的掺量为3％。

实施例2

具体是通过以下技术方案来实现的：

1、将工业副产石膏与其质量5％的石灰混合粉碎后以190℃煅烧7min，冷却后再以110℃煅烧1h，得到前处理后的磷石膏。

2、制备改性淀粉：将淀粉以其相同体积、浓度为4％的硼酸溶液浸泡30min，加热并搅拌至淀粉糊化，冷却后干燥粉碎得到。

3、将阿拉伯胶干燥、研磨后，以70℃的水溶解，配置成浓度为55％的阿拉伯胶溶液，再滴加与水等量的乙酸乙酯，均质得到阿拉伯胶悬浊液。

4、混凝土缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

a.按质量份计，将经前处理的磷石膏40份与凹凸棒粉8份混合研磨，边研磨边滴加碱溶液，直至呈细腻可流动的混合物时停止，得到磷石膏浆体；

b.在磷石膏浆体中加入磷酸二钠13份，以频率为22KHz的超声波处理70min，搅拌均匀；

c.将阿拉伯胶悬浊液与步骤b混合，在160℃温度下干燥，与改性淀粉混合研磨即可。

进一步，所述的缓凝剂应用于混凝土中时的掺量为5％。

实施例3

具体是通过以下技术方案来实现的：

1、将工业副产石膏与其质量3％的石灰混合粉碎后以160℃煅烧13min，冷却后再以80℃煅烧1.5h，得到前处理后的磷石膏。

2、制备改性淀粉：将淀粉以其相同体积、浓度为1％的硼酸溶液浸泡50min，加热并搅拌至淀粉糊化，冷却后干燥粉碎得到。

3、将阿拉伯胶干燥、研磨后，以50℃的水溶解，配置成浓度为55％的阿拉伯胶溶液，再滴加与水等量的乙酸乙酯，均质得到阿拉伯胶悬浊液。

4、混凝土缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

a.按质量份计，将经前处理的磷石膏30份与凹凸棒粉5份混合研磨，边研磨边滴加碱溶液，直至呈细腻可流动的混合物时停止，得到磷石膏浆体；

b.在磷石膏浆体中加入六偏磷酸钠7份，以频率为20KHz的超声波处理70min，搅拌均匀；

c.将阿拉伯胶悬浊液与步骤b混合，在120℃温度下干燥，与改性淀粉混合研磨即可。

进一步，所述的缓凝剂应用于混凝土中时的掺量为1％。

一、配方及用量筛选实验

对比例1：本实验在与实施例1的同等条件下，对磷石膏采用水洗的方式进行处理；

对比例2：本实验在与实施例1的同等条件下，对磷石膏采用在400℃下煅烧30min的方式进行处理；

对比例3：本实验在与实施例1的同等条件下，将改性淀粉更换为CN106348637A专利文件中制备的木薯淀粉；

对比例4：本实验在与实施例1的同等条件下，将阿拉伯胶更换为黄芪胶；

对比例5：本实验在与实施例1的同等条件下，将阿拉伯胶更换为树脂；

对比例6：本实验在与实施例1的同等条件下，将所有原材料进行混合干燥粉碎进行缓凝剂的制备；

对比例7：本实验在与实施例1的同等条件下，将磷石膏的用量更改为60份；

对比例8：本实验在与实施例1的同等条件下，将阿拉伯胶悬浊液的用量更改为50份；

对比例9：本实验在与实施例1的同等条件下，缓凝剂的掺量为10％。

上述实验均以市售C20混凝土，每个实验拌和一立方米混凝土为实验对象，不添加缓凝剂的混凝土每立方米用水量为185kg。

采用维卡仪测定不同温度下的凝结时间，将每组实验的混凝土拌和制成边长为150mm的正立方体标准试件，在标准养护条件下养护28天后，测定其抗压强度，结果如表1所示。

其中，实施例1、对比例1-8中缓凝剂的掺量均为3％。

表1

由实验结果可知，将改性淀粉更换为CN106348637A专利文件中制备的木薯淀粉制备的缓凝剂最终效果差不多，但本申请的改性方法更简单，更经济。将阿拉伯胶更换为黄芪胶制备的缓凝剂用水量较低，但强度也较低。将阿拉伯胶更换为树脂制备缓凝剂，但天然树脂水溶性较差，所制备的缓凝剂性能也受到一定影响。在进行缓凝剂的制备时未加减溶液研磨及超声,分子结构不稳定，导致混凝土初凝慢，终凝速度却加快，不利于操作。将磷石膏的用量更改为60份制备缓凝剂，石膏用量大，石膏先水化凝结，导致混凝土在凝固过程中出现结块的现象，从而导致分布不均致使混凝土试块抗压强度较低。将阿拉伯胶悬浊液的用量更改为50份制备缓凝剂，在与混凝土混合并加水拌和后粘度明显增大，混凝土凝结时间长，强度相差不大，但脆性较大，易折断易摔碎。凹凸棒起到减水作用，淀粉还可以吸收混凝土水化放出的热量，通过实验可以看出，即使缓凝剂掺量过多也不会造成混凝土无法凝结，只是凝结时间延长至20h，性能上有所降低。强度高的脆性也较大，易折断，在温差较大的地区容易开裂。综合以上实验，本申请为最佳的技术方案。

Claims

1.一种混凝土缓凝剂，其特征在于，其组成包括：磷石膏、凹凸棒粉、改性淀粉、阿拉伯胶悬浊液、磷酸盐。

2.如权利要求1所述的一种混凝土缓凝剂，其特征在于，所述的磷石膏是采用工业副产石膏经过前处理得到的。

3.如权利要求1所述的一种混凝土缓凝剂，其特征在于，所述的前处理，是将磷石膏与其质量3-5％的石灰混合粉碎后进行两次煅烧得到。

4.如权利要求1所述的一种混凝土缓凝剂，其特征在于，所述的改性淀粉，是将淀粉以浓度为1-4％的硼酸溶液浸泡，加热并搅拌至淀粉糊化，冷却后干燥粉碎得到。

5.如权利要求1所述的一种混凝土缓凝剂，其特征在于，所述的阿拉伯胶悬浊液，是将阿拉伯胶干燥、研磨后，以50-70℃的水溶解，配置成浓度为55％的阿拉伯胶溶液，再滴加与水等量的乙酸乙酯，均质得到阿拉伯胶悬浊液。

6.如权利要求1-4所述的一种混凝土缓凝剂，其特征在于，所述的缓凝剂掺量为1-5％。

7.一种混凝土缓凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.经前处理的磷石膏与凹凸棒粉混合研磨，边研磨边滴加碱溶液，直至呈细腻可流动的混合物时停止，得到磷石膏浆体；

b.在磷石膏浆体中加入磷酸盐，经超声处理，搅拌均匀；

c.将阿拉伯胶悬浊液与步骤b混合，在120-160℃温度下干燥，与改性淀粉混合研磨即可。

8.一种混凝土缓凝剂的应用，其特征在于，可用作混凝土减水剂以及石膏制品生产时的增强剂。