CN111847967B

CN111847967B - 用于混凝土的机制砂调节剂、混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN111847967B
Application number: CN202010479598.2A
Authority: CN
Inventors: 陈志杰; 杨文俊; 刘衍行; 黄沛文
Original assignee: Guangzhou Qijie Concrete Building Materials Science And Technology Ltd
Current assignee: Guangzhou Qijie Concrete Building Materials Science And Technology Ltd
Priority date: 2020-05-30
Filing date: 2020-05-30
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2040-05-30
Also published as: CN111847967A

Abstract

本申请涉及建筑材料技术领域，公开了一种用于混凝土的机制砂调节剂，包括：聚羧酸母液、二乙醇单异丙醇胺、三异丙醇胺、甘油和硫酸钠；溶剂为水。本公开实施例的机制砂调节剂中，具有丰富的羟基，呈弱碱性，不含氯离子，无毒、无腐蚀性，是一种高性能绿色环保材料。成分简单，通过调控组分的合理配比，达到优异的性能。作为混凝土的外加剂，使得混凝土中的砂料可以全部采用机制砂。不产生废液，搅拌后无需清洗，无生产废水产生，无废气产生。本申请还公开一种混凝土及其制备方法。

Description

用于混凝土的机制砂调节剂、混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及建筑材料技术领域，例如涉及一种用于混凝土的机制砂调节剂、混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土，简称为“砼”：是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称，通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。因此，砂是混凝土组成的主要材料。

目前，随着建筑市场用砂数量越来越大，天然砂资源越来越少，因此，出现了机制砂。机制砂就是利用当地的母岩，经过一定的破碎、粒径调制成的人工砂，成品更加规则，可以根据不同工艺要求加工成不同规则和大小的砂子，更能满足日常需求。因此，采用机制砂代替天然砂作为混凝土细骨料已势在必行。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：由于机制砂中含有石粉，导致无法采用机制砂全部代替天然砂作为混凝土细骨料。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供一种用于混凝土的机制砂调节剂、混凝土及其制备方法，以解决由于机制砂中含有石粉，导致无法采用机制砂全部代替天然砂作为混凝土细骨料的问题。

在一些实施例中，所述用于混凝土的机制砂调节剂，按重量百分比，包括：聚羧酸母液2％～5％、二乙醇单异丙醇胺1％～4％、三异丙醇胺0.1％～0.4％、甘油1％～4％和硫酸钠0.1％～0.4％；溶剂为水。

在一些实施例中，所述混凝土，包括胶凝材料、粗骨料、细骨料和外加剂；其中，所述外加剂包括减水剂和前述的机制砂调节剂；其中，该减水剂的用量为胶凝材料的重量的3％～4％，该机制砂调节剂的用量为胶凝材料的重量的1％～2％；该细骨料为机制砂。

在一些实施例中，所述混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将机制砂和机制砂调节剂混合，获得细骨料；

将胶凝材料、粗骨料、细骨料和水混合，搅拌均匀，获得混凝土；完成混凝土的制备。

本公开实施例提供的用于混凝土的机制砂调节剂、混凝土及其制备方法，可以实现以下技术效果：

本公开实施例的机制砂调节剂中，具有丰富的羟基，呈弱碱性，不含氯离子，无毒、无腐蚀性，是一种高性能绿色环保材料。而且，与现有技术中普遍通过增加很多种成分来提高外加剂性能的方式不同，本公开实施例的机制砂调节剂反其道而行之，经过大量的分析工作，确定了5种组分，成分简单，并通过调控该5种组分的合理配比，达到优异的性能。

本公开实施例的机制砂调节剂作为混凝土的外加剂，使得混凝土中的砂料可以全部采用机制砂，且可不限定机制砂中石粉的含量。能够明显提高采用机制砂的混凝土的2h坍落度和2h扩展度。

本公开实施例的机制砂调节剂中，用水主要为原辅料混合用水，不产生废液，搅拌后无需清洗，无生产废水产生。且搅拌过程中也无废气产生。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面对本公开实施例的实现进行详细阐述，所记载具体实施例仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本公开实施例提供一种用于混凝土的机制砂调节剂，按重量百分比，包括：聚羧酸母液2％～5％、二乙醇单异丙醇胺1％～4％、三异丙醇胺0.1％～0.4％、甘油1％～4％和硫酸钠0.1％～0.4％；溶剂为水。

本公开实施例的机制砂调节剂中，具有丰富的羟基，呈弱碱性，不含氯离子，无毒、无腐蚀性，是一种高性能绿色环保材料。而且，与现有技术中普遍通过增加很多种成分来提高外加剂性能的方式不同，本公开实施例的机制砂调节剂反其道而行之，经过大量的分析工作，确定了5种组分，成分简单，并通过调控该5种组分的合理配比，达到优异的性能。符合GB8076-2008混凝土外加剂规范，可广泛用于各类混凝土工程。

本公开实施例中，按重量百分比，准备聚羧酸母液、二乙醇单异丙醇胺、三异丙醇胺、甘油，硫酸钠和水。将硫酸钠加入部分水中溶解得硫酸钠溶液；然后将聚羧酸母液、二乙醇单异丙醇胺、三异丙醇胺、甘油和硫酸钠溶液混合，搅拌均匀，即得本公开实施例的机制砂调节剂。

本公开实施例的机制砂调节剂作为混凝土的外加剂，使得混凝土中的砂料可以全部采用机制砂，且可不限定机制砂中石粉的含量。

本公开实施例的机制砂调节剂还可以作为机制砂的改性调节剂，提高机制砂与水泥、粗骨料等混凝土材料的配合，进一步提高混凝土的性能。

本公开实施例的机制砂调节剂中，聚羧酸母液，透明或淡黄色粘稠液体，无刺激性气味，沸点为100℃，密度1.080±0.02g/mL，粘度10～50Pa·s，减水率≥25％。聚羧酸母液为弱碱性材料，可溶于水，无毒、无腐蚀性、无爆炸和易燃危险性，是一种较为绿色环保的产品。

二乙醇单异丙醇胺，透明无色轻微气味液体，沸点145℃，密度1.03g/cm³，作为减水剂、表面活性剂。

三异丙醇胺：透明无色液体，密度1.02g/cm³，pH值为5～7，临界温度200℃(1013hPa)，三异丙醇胺作为水泥助磨剂、早强剂，是通过促进早期凝结特性达到早强的效果。

甘油：无色、无臭、味甜，外观呈澄明黏稠液体，相对密度1.26362。熔点17.8℃，沸点290.0℃(分解)，折光率1.4746，闪点(开杯)176℃，作为吸湿剂，达到一定的干燥效果。

硫酸钠：硫酸钠(Na₂SO₄)是硫酸根与钠离子化合生成的盐，是硫酸的中性盐，是一种很稳定的盐。易溶于水且其水溶液呈弱碱性，溶于甘油而不溶于乙醇。高纯度、颗粒细的无水物称为元明粉。元明粉为白色、无臭、有苦味的结晶或粉末，有吸湿性，外形为无色、透明、大的结晶或颗粒性小结晶。硫酸钠可使水化产物硫铝酸钙更快地生成，从而加快了水泥的水化硬化速度，能提高混凝土早期强度50％～100％。

可见，本公开实施例的机制砂调节剂中，用水主要为原辅料混合用水，不产生废液，搅拌后无需清洗，无生产废水产生。且搅拌过程中也无废气产生。

本公开实施例的机制砂调节剂作为混凝土外加剂时，其作用原理如下：

1、调节剂中高极性的分子基团能与水泥基体发生较强的化学反应，它与分子中有一对含有N原子的官能团能够很容易地与金属离子形成共价键，发生络合反应，使得水泥中C3S和C4AF的溶出率提高，因此，增加了水泥浆体的体积，从而提高了胶凝材料的包裹性，水泥的密实度得到了提高，从而提高了水泥强度；

2、调节剂分子可让水泥液相中Ca(OH)₂的过饱和度提高，因而有效提高了减水剂的饱和点掺量，不容易产生离析、泌水，同时有效地阻止了C3A早期水化生成疏松的晶相结构，使水泥硬化时的密实度进一步提高；

3、调节剂分子能够促进铁离子的溶出，提高铁酸盐水化率，所以水泥后期强度得到提高；

4、调节剂分子在微观中能深入砂石骨料中的微细间隙，在此处形成共价键，改善了水泥基体与砂石截面过渡区，提高水泥石的粘附力。

在一些实施例中，机制砂调节剂，按重量百分比，包括：聚羧酸母液3％～5％、二乙醇单异丙醇胺1％～3％、三异丙醇胺0.1％～0.3％、甘油1％～3％和硫酸钠0.1％～0.3％；溶剂为水。更加精细地调控各组分比例，使各原料之间的相互协同作用更好，更好地发挥增效作用。

在一些实施例中，机制砂调节剂，按重量百分比，包括：聚羧酸母液4％、二乙醇单异丙醇胺2％、三异丙醇胺0.2％、甘油2％和硫酸钠0.2％；溶剂为水。精确地调控各组分比例，使各原料之间的相互协同作用达到最佳，更优地发挥增效作用。

本公开实施例还提供了一种混凝土，包括胶凝材料、粗骨料、细骨料和外加剂；其中，外加剂包括减水剂和前述的机制砂调节剂，其中，减水剂的用量为胶凝材料的重量的3％～4％，机制砂调节剂的用量为胶凝材料的重量的1％～2％；细骨料采用机制砂。

本公开实施例的混凝土中，通过机制砂调节剂作为增效剂，在保证混凝土流动性的前提下，可以减少减水剂的用量，还可以采用机制砂完全代替天然砂作为细骨料。而且，混凝土的性能仍可达到甚至优于完全采用天然砂的对比混凝土样的性能(参见后续表1和表2中所给出的性能数据)。

在一些实施例中，减水剂的用量为胶凝材料的重量的3.3％～3.8％，机制砂调节剂的用量为胶凝材料的重量的1.3％～1.5％。

在一些实施例中，减水剂的用量为胶凝材料的重量的3.6％，机制砂调节剂的用量为胶凝材料的重量的1.4％。

本公开实施例的混凝土中，胶凝材料为水泥。

减水剂包括聚羧酸减水剂。可以采用前述的机制砂调节剂中采用的聚羧酸减水剂。

粗骨料采用常规粗骨料即可。可选地，粗骨料采用1～3石。

在一些实施例中，机制砂采用改性机制砂，改性机制砂是采用前述的机制砂调节剂进行改性处理获得的。机制砂的表面吸附了调节剂，尤其是机制砂中的石粉表面包覆了调节剂，降低石粉带来的粘度，有利于提高混凝土的流动性。

在一些实施例中，改性处理，包括：

步骤a、将机制砂调节剂加水稀释，得到稀释调节剂；其中，机制砂调节剂与水的混合比例为1：2～5；

步骤b、将机制砂加热至45℃～55℃，然后将稀释调节剂与机制砂混合拌均，保温1～2h后，冷却，获得改性机制砂；其中，稀释调节剂与机制砂的体积比为1：90～120。

本实施例中，调节剂可在机制砂表面上与机制砂形成键合，使机制砂表面原位接枝化合物，能更好地降低机制砂中石粉带来的粘度，且有利于与后续与水泥等其他材料的融合连接，提高混凝土流动性的同时，提高混凝土的抗压强度等物理性能。

可选地，稀释调节剂中，机制砂调节剂与水的混合比例为1：3～5。可选地，机制砂调节剂与水的混合比例为1：4。

可选地，将机制砂加热至50℃，然后将稀释调节剂与机制砂混合拌均，保温1.5h后，冷却，获得改性机制砂；其中，稀释调节剂与机制砂的体积比为1：100。

在一些实施例中，外加剂，还包括，掺合料，掺合料与胶凝材料的重量比为的0.5～1﹕1；掺合料包括粉煤灰、浮石粉和沸石粉；其中，粉煤灰与浮石粉的重量比为1﹕0.5～0.8；粉煤灰与沸石粉的重量比为1﹕0.5～0.8。

本公开实施例中，掺合料采用了粉煤灰、浮石粉和沸石粉的混合料。浮石粉是火山喷出的轻质多孔岩石，具有发达的气孔结构。浮石粉的主要化学成分为三氧化二铁和氧化铝。沸石粉是天然的沸石岩磨细而成的。沸石岩是一种经天然煅烧后的火山灰质铝硅酸盐矿物。沸石粉中的铝硅酸盐可与机制砂的石粉中碳酸盐反应生成碳铝酸盐，抵消石粉量对水泥强度的影响，从而进一步使得机制砂可完全代替天然河砂，并可进一步提高混凝土的强度。

可选地，粉煤灰与浮石粉的重量比为1：0.6；粉煤灰与沸石粉的重量比为1：0.6。

在一些实施例中，浮石粉的粒径为1～5μm，沸石粉的粒径为10～200nm。沸石粉可填充至浮石粉的气孔结构中，增加浮石粉的比重，提高其在混凝土中分散性，充分与水泥接触反应，提高混凝土性能。

在一些实施例中，掺合料的制备方法，包括：将沸石粉球磨30min～1h再加入浮石粉，球磨1～2h；最后加入粉煤灰，球磨混合30min～45min。获得掺合料。保证浮石粉的气孔内可填充入沸石粉，提高浮石粉的比重，提高其在混凝土中分散性，充分与水泥接触反应，提高混凝土性能。

在一些实施例中，掺合料与胶凝材料的重量比为0.5～0.8﹕1。减少水泥用量。

可选地，掺合料与胶凝材料的重量比为0.65﹕1。

本公开实施例中，混凝土中各组分的配比可依据现有常规混凝土的配比，亦可依据实际情况进行具体调配，不限定。

在一些实施例中，混凝土，按重量份，包括：胶凝材料150份～200份、粗骨料800份～1000份、细骨料800份～1200份、减水剂4.5份～8份、机制砂调节剂1.5份～4份、掺合料100份～150份和水100～200份。各成分的用量均可在其范围内取任意数值的重量份，在此不赘述。

可选地，混凝土，按重量份，包括：胶凝材料160份～190份、粗骨料800份～900份、细骨料1000份～1100份、减水剂5.2份～7.2份、机制砂调节剂2.1份～2.8份、掺合料100份～130份和水130～180份。

可选地，混凝土，按重量份，包括：胶凝材料180份、粗骨料850份、细骨料1050份、减水剂6.5份、机制砂调节剂2.5份、掺合料120份和水160份。

下面给出本公开实施例的具体实施例。

实施例1

机制砂调节剂，按重量份，包括：聚羧酸母液40份、二乙醇单异丙醇胺20份、三异丙醇胺2份、甘油20份和硫酸钠2份；水916份。

本实施例1的机制砂调节剂中，按重量百分比，包括：聚羧酸母液4％、二乙醇单异丙醇胺2％、三异丙醇胺0.2％、甘油2％和硫酸钠0.2％。

实施例2

混凝土Ⅰ，按重量份，包括：胶凝材料180份、粗骨料850份、细骨料1050份、减水剂6.5份、机制砂调节剂2.5份、掺合料120份和水160份。

其中，机制砂调节剂采用实施例1的机制砂调节剂。胶凝材料为水泥。粗骨料为1～3石。减水剂采用聚羧酸减水剂。细骨料为机制砂，其中机制砂中粒径小于75μm的石粉的含量为20％～25％。

掺合料包括粉煤灰(粒径不限定)、浮石粉(粒径为1～5μm)和沸石粉(粒径为10～200nm)；其中，粉煤灰与浮石粉的重量比为1：0.6；粉煤灰与沸石粉的重量比为1：0.6。采用以下方法制备得到：将沸石粉球磨50min再加入浮石粉，球磨1.5h；最后加入粉煤灰，球磨混合45min。

本实施例2的混凝土Ⅰ的制备方法，包括以下步骤：

将机制砂和机制砂调节剂混合，获得细骨料；

实施例3

本实施例3的混凝土Ⅱ，与实施例2不同的是，机制砂采用改性机制砂，其余组分及用量等参数均相同。其中，改性机制砂是采用实施例1的机制砂调节剂进行改性处理获得。具体改性处理过程，包括：将机制砂调节剂加水稀释，得到稀释调节剂；其中，所述机制砂调节剂与水的混合比例为1：4；将机制砂加热至50℃，然后将所述稀释调节剂与机制砂混合拌均，保温1.5h后，冷却，获得改性机制砂；其中，所述稀释调节剂与机制砂的体积比为1：100。

实施例4

本实施例4的混凝土Ⅲ，与实施例3不同的是，改性机制砂中，采用的机制砂为粒径小于75μm的石粉的含量为30％～35％的机制砂。其余组分及用量等参数均相同。

对比例1

本对比例1的对比混凝土Ⅰ，与实施例2不同的是，细骨料采用天然河砂。其余组分及用量等参数均相同。

对比例2

本对比例2的对比混凝土Ⅱ，与实施例2不同的是，不添加机制砂调节剂，掺合料仅有粉煤灰。其余组分及用量等参数均相同。

对比例3

对比混凝土Ⅲ，按重量份，包括：水泥200份、粗骨料(1～3石)980份、细骨料(河砂)860份、聚羧酸减水剂7.0份、掺合料140份(粉煤灰60份和矿粉80份)和水160份。本对比例3中的是以基准C30的配比进行的。

本公开实施例中，对上述实施例2至实施例4的混凝土，以及对比例1至对比例3的对比混凝土，进行了性能测试，测试手段采用常规测试手段即可。测试结果见下表1和表2。

表1

表2(抗压强度的单位为MPa)

	3d抗压强度	7d抗压强度	28d抗压强度	60d抗压强度
					实施例2	15.5	24.3	38.5	43.6
实施例3	16.0	24.5	38.8	44.5
					实施例4	15.0	23.9	37.8	42.9
对比例1	15.6	24.5	38.6	43.8
					对比例2	15.2	24.0	37.0	40.6
对比例3	15.8	24.2	37.1	41.5

经分析，与对比例1的对比混凝土Ⅰ相比，本公开实施例的混凝土的细骨料全部采用机制砂时，混凝土的性能(和易性和抗压强度)达到甚至超过了全部采用天然河砂的对比混凝土Ⅰ的性能。虽然实施例4的混凝土Ⅲ的性能有所下降，但其2h坍落度和2h扩展度仍高于对比例2的对比混凝土Ⅱ的相应性能，其60d抗压强度也大于对比例2的对比混凝土Ⅱ的相应性能。

与对比例2的对比混凝土Ⅱ相比，在细骨料全部采用机制砂时，增加使用实施例1的机制砂调节剂作为混凝土外加剂，能够有效改善机制砂混凝土的2h坍落度和2h扩展度。

与对比例3的对比混凝土Ⅲ相比，在达到基本相当的混凝土性能的同时，本公开实施例的混凝土能够节约水泥用量，达到10％；减水剂的用量也减少，明显降低了成本。

以上描述充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种用于混凝土的机制砂调节剂，其特征在于，按重量百分比，包括：聚羧酸母液2%～5%、二乙醇单异丙醇胺1%～4%、三异丙醇胺0.1%～0.4%、甘油1%～4%和硫酸钠0.1%～0.4%；溶剂为水；

其中，所述机制砂调节剂适用于混凝土中细骨料全部采用机制砂，且所述机制砂包括粒径小于75μm的石粉的含量为20%～35%的机制砂；

所述机制砂调节剂在使用时与机制砂进行预先混合。

2.根据权利要求1所述的机制砂调节剂，其特征在于，按重量百分比，包括：聚羧酸母液3%～5%、二乙醇单异丙醇胺1%～3%、三异丙醇胺0.1%～0.3%、甘油1%～3%和硫酸钠0.1%～0.3%；溶剂为水。

3.根据权利要求1所述的机制砂调节剂，其特征在于，按重量百分比，包括：聚羧酸母液4%、二乙醇单异丙醇胺2%、三异丙醇胺0.2%、甘油2%和硫酸钠0.2%；溶剂为水。

4.一种混凝土，包括胶凝材料、粗骨料、细骨料和外加剂；其特征在于，所述外加剂包括减水剂和如权利要求1、2或3所述的机制砂调节剂；其中，所述减水剂的用量为所述胶凝材料的重量的3%～4%，所述机制砂调节剂的用量为所述胶凝材料的重量的1%～2%；所述细骨料为机制砂；

所述机制砂包括粒径小于75μm的石粉的含量为20%～35%的机制砂；

所述机制砂调节剂在使用时与所述机制砂进行预先混合。

5.根据权利要求4所述的混凝土，其特征在于，所述机制砂采用改性机制砂，所述改性机制砂采用如权利要求1、2或3所述的机制砂调节剂进行改性处理获得。

6.根据权利要求5所述的混凝土，其特征在于，所述改性处理，包括：

将所述机制砂调节剂加水稀释，得到稀释调节剂；其中，所述机制砂调节剂与水的混合比例为1﹕2～5；

将机制砂加热至45℃～55℃，然后将所述稀释调节剂与机制砂混合拌均，保温1～2h后，冷却，获得改性机制砂；其中，所述稀释调节剂与机制砂的体积比为1﹕90～120。

7.根据权利要求4、5或6所述的混凝土，其特征在于，所述外加剂，还包括，掺合料，所述掺合料与所述胶凝材料的重量比为的0.5～1﹕1；所述掺合料包括粉煤灰、浮石粉和沸石粉；其中，粉煤灰与浮石粉的重量比为1：0.5～0.8；粉煤灰与沸石粉的重量比为1：0.5～0.8。

8.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土，按重量份，包括：胶凝材料150份～200份、粗骨料800份～1000份、细骨料800份～1200份、减水剂4.5份～8份、机制砂调节剂1.5份～4份、掺合料100份～150份和水100～200份。

9.一种如权利要求4至8中任一项所述的混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将机制砂和如权利要求1、2或3所述的机制砂调节剂混合，获得细骨料；

10.根据权利要求9所述的混凝土的制备方法，其特征在于，当所述混凝土包括掺合料时，将所述胶凝材料和所述掺合料球磨混合，获得复合胶凝材料；再将复合胶凝材料、粗骨料、细骨料和水混合，搅拌均匀，获得混凝土；完成混凝土的制备。