CN111943553A - 一种机制砂混凝土增效剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机制砂混凝土增效剂及其制备方法，增效剂以质量百分比计，包括：增强剂18‑25％、分散剂15‑20％、纳米CaCO₃0.3‑0.5％、起泡剂0.2‑0.6％、稳泡剂0.06‑0.3％以及水54‑67％，所述纳米CaCO₃是平均粒径为60nm纳米的白色粉末，由电石渣制备得到，将纳米CaCO₃加入到分散剂中并超声分散，制得纳米CaCO₃分散液；再将增强剂、起泡剂、稳泡剂以及水混合，在40‑60℃搅拌1.5‑3h，然后加入上述纳米CaCO₃分散液，继续搅拌0.5‑2.5h，得到机制砂混凝土增效剂，能够降低同等级机制砂混凝土水泥用量的9％，并使机制砂混凝土拌合物性能保持基本不变，在水泥用量降低的情况下保证机制砂混凝土强度不变甚至更高，提高机制砂混凝土耐久性，从而降低机制砂混凝土成本。

Description

一种机制砂混凝土增效剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及机制砂混凝土技术领域，具体而言，涉及一种机制砂混凝土增效剂及其制备方法。

背景技术

机制砂由除土开采的岩石经机械破碎后通过筛分除去大粒径的颗粒，不包括软岩质、风化岩石的颗粒。随着天然砂资源的枯竭和限制开采，用机制砂代替天然砂已经成为必然趋势，机制砂的原料选择比较广泛，石灰岩、玄武岩、辉绿岩、花岗岩等都可以加工成为机制砂，由于机制砂与天然砂相比具有很明显的经济优势，各个地方的机制砂虽略有差异，一般都比天然砂便宜。但机制砂细度模数、粒形、级配、棱角性与天然砂相比有一定的不足之处，机制砂细度模数大、石粉含量高、级配较差、粒形表面粗糙、棱角性强。新拌机制砂混凝土存在和易性差、拌合物易离析泌水、坍落度损失过快不易于施工泵送和机制砂混凝土后期强度增长慢等缺点。

商品混凝土作为基础建筑工程建设中重要的建筑材料，在建筑市场的发展中发挥着重要的作用。但混凝土所使用的胶凝材料-水泥，其生产过程的资源消耗、能源消耗与环境污染等问题十分突出，水泥生产消耗大量的石灰石、黏土、煤等不可再生的资源，水泥产业是一个高能耗、高污染和高资源消耗性的产业。为保证建筑业的可持续发展，有必要通过各种方法，在保证混凝土结构力学性能、耐久性的前提下，有效降低单方混凝土中水泥的用量。现有技术中减少水泥用量普遍使用的方法是使用工业废弃物，混凝土行业消纳的工业废弃物主要是矿渣和粉煤灰，包括磷渣、钢渣、钒钛渣等各种冶金渣。混凝土中使用矿物掺合料时能降低水泥用量，现有技术中很难通过提高矿物掺合料降低水泥用量，且提高掺量导致胶凝材料用量不断增加，使得混凝土更容易开裂，尤其是在水胶比较低的情况下更为严重，从而导致一系列的耐久性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种机制砂混凝土增效剂及其制备方法，以降低机制砂混凝土胶凝材料中水泥用量、改善新拌机制砂机制砂混凝土各项工作性能、使新拌机制砂混凝土易于施工泵送、同时能保证后期耐久性和强度的机制砂混凝土增效剂。

本发明的技术方案是：一种机制砂混凝土增效剂，以质量百分比计，包括：增强剂18～25％、分散剂15～20％、纳米CaCO₃0.3-0.5％、起泡剂0.2～0.6％、稳泡剂0.06～0.3％以及水54～67％。

进一步的，所述增强剂为三亚乙基四胺、三聚丙三醇、丙三醇、三乙醇胺中的一种或几种。增强剂的作用是提高机制砂混凝土的强度，将其掺入机制砂混凝土中后，增强剂具有极低的表面张力，能快速渗透至机制砂混凝土内部，与机制砂混凝土中水泥水化的副产物如氢氧化钙发生二次反应，生成大量的二氧化硅凝胶，这些凝胶能堵塞机制砂混凝土内部毛细微孔，毛细微孔是指混凝土凝结后混凝土中的空隙，从而增加机制砂混凝土的密实性、抗压强度、硬度和耐久性，增强剂与机制砂混凝土中相关成份的化学反应更为复杂，除了生成二氧化硅凝胶，还会生成一些致硬、致密的物质，使机制砂混凝土的强度增加更为明显。

进一步的，所述分散剂为已烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、油酸酰中的一种或几种。分散剂维持分散体系稳定的功能主要体现在水泥-水体系中，由于分散剂的掺入，使水泥凝聚颗粒体系变为分散颗粒体系。使悬浮液中的颗粒获正电荷或负电荷，利用颗粒相互间的斥力，使悬浮液呈稳定状态，且沉降速度变慢、湿润时的吸附能力增强、渗透速度减慢、粘度减小等特点。从而有效解决了机制砂混凝土易离析泌水、和易性差的缺点，易于施工泵送，提高机制砂混凝土的密实度和强度，能在降低胶凝材料含量，主要指水泥的含量，同时仍维持原有强度。

进一步的，所述纳米CaCO₃是平均粒径为60nm纳米的白色粉末，由电石渣制备得到。纳米CaCO₃可用电石渣制备得到，纳米CaCO₃为平均粒径为60nm的白色颗粒，是整个机制砂混凝土体系中最细小的粉体颗粒材料。将其掺入到机制砂混凝土中，能填充于水泥-粉煤灰的空隙之间，降低基体的孔隙率，提高体系的紧密堆积程度，同时纳米CaCO₃其晶核效应可以起到改善水泥石界面的作用，使混凝土内部形成了额外的硅酸钙水化产物，促进水化反应，使混凝土微观结构更加致密，从而提高机制砂混凝土的力学性能及耐久性等性能。

进一步的，所述起泡剂包括椰子油脂肪酸丙氨酸钠、椰子油脂肪酸甘氨酸钾、十二烷基磺酸钠、椰子油脂肪酸二乙醇胺、椰油酰胺丁基甜菜碱中一种或几种。其作用是起泡剂为表面活性剂，其界面活性作用主要发生在气一液界面上。含有起泡剂的水溶液拌制混凝上时，由于起泡剂能显著降低水的表面张力和界面能，使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡，起泡剂分子定向吸附在气泡表面，形成较为牢固的液膜，使气泡稳定而不易破裂。起泡剂的掺入使混凝士拌合物内形成大量微小的封闭球状气泡，这些微气泡如同滚珠样，减少骨料颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物的流动性增加。同时由于水分均匀分布在大量气泡的表面，这就使能自由移动的水量减少，混凝士拌合物的泌水量因此减少，而保水性、粘聚性和流动性相应随之提高，混凝土坍落度损失较小，混凝土易于泵送。从而解决了机制砂混凝土和易性差、坍落度损失过快、泵送性差的缺陷，同时使硬化机制砂混凝土形成更为致密的孔结构以及界面微结构，增加机制砂混凝土的密实性，该起泡剂掺入机制砂混凝土后一旦接触水泥、粉煤灰浆料，起泡剂分子链上化学键便会同水泥、粉煤灰表面的钙、镁离子以及水泥水化产生的钙离子形成化学键。从而将水泥、粉煤灰颗粒吸附于气泡表面并形成一个保护壳层使气泡更稳定；从而提高机制砂混凝土的物理力学性能和耐久性能。

进一步的，所述稳泡剂为十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或几种。所述稳泡剂含有较多的亲水基团，形成气泡后，它们将覆盖在表面活性剂亲水基团那一面，稳泡剂覆盖于气泡表面，提高气泡稳定性，从而使产生的多孔结构更为稳定，不易发生破裂或并孔等现象，从而降低混凝土开裂的风险。

一种机制砂混凝土增效剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将机制砂混凝土增效剂按各原料所占质量百分比称取原料，将纳米CaCO₃加入到分散剂中并超声分散，制得纳米CaCO₃分散液；

步骤二：将增强剂、起泡剂、稳泡剂以及水混合，在40-60℃搅拌1.5-3h，然后加入上述纳米CaCO₃分散液，继续搅拌0.5-2.5h，得到机制砂混凝土增效剂。

本发明的有益效果是：

1、本发明机制砂混凝土增效剂的制备方法简单，与减水剂使用时能提升减水剂的分散作用，同时对混凝土强度的增强作用明显，具有良好的适应性。掺入混凝土中能维持分散颗粒稳定，促进水泥颗粒的充分水化，改善机制砂混凝土拌合物性能。从而有效解决机制砂混凝土保水性、黏聚性和流动性较差的问题，有效改善机制砂混凝土泌水、离析等现象，提高机制砂混凝土泵送性、密实度和强度，能在降低胶凝材料含量的同时增加混凝土强度。

2、本发明使用的纳米CaCO₃提高机制砂混凝土的力学性能及耐久性等性能。另一方面，电石渣是由电石在切割金属、焊接、制备塑料等工业中产生的废渣，每年产生的电石渣可达到1800万吨，但其利用率很低。利用电石渣生产纳米CaCO₃可以提高资源利用率，生产绿色高性能水泥混凝土。

3、本发明能够降低同等级机制砂混凝土水泥用量的9％，并使机制砂混凝土拌合物性能保持基本不变，在水泥用量降低的情况下保证机制砂混凝土强度不变甚至更高，提高机制砂混凝土耐久性，从而降低机制砂混凝土成本。

具体实施方式

一种机制砂混凝土增效剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将机制砂混凝土增效剂按实施例1-5各原料所占质量百分比称取原料，将纳米CaCO₃加入到分散剂中并超声分散，制得纳米CaCO₃分散液；

步骤二：将增强剂、起泡剂、稳泡剂以及水混合，在40-60℃搅拌1.5-3h，然后加入上述纳米CaCO₃分散液，继续搅拌0.5-2.5h，得到机制砂混凝土增效剂；

表1：实施例1-5各原料所占质量百分比

步骤三：将步骤一、二制备的机制砂混凝土增效剂掺入机制砂混凝土(机制砂混凝土拌和过程中掺入)中，然后标准养护3d、7d和28d；其中，机制砂混凝土增效剂的掺入量为机制砂混凝土胶凝材料(指水泥、粉煤灰和矿粉之和)的0.6％。以不掺入增效剂的机制砂混凝土为对比例。

表2：各实施例中机制砂混凝土的配合比(单位：kg/cm³)

	水泥	粉煤灰	矿粉	砂	碎石	增效剂	减水剂
								对比例	435	30	30	900.15	864.85	0	9.9
实施列1	395	30	30	920.55	884.45	2.73	9.1
								实施列2	395	30	30	920.55	884.45	2.73	9.1
实施列3	395	30	30	920.55	884.45	2.73	9.1
								实施列4	395	30	30	920.55	884.45	2.73	9.1
实施列5	395	30	30	920.55	884.45	2.73	9.1

需要注意的是，所有实施例和对比例中，水泥所减少的用量，相应添加至砂和碎石的用量中，以避免由于机制砂混凝土整体质量不一致而导致性能测试结果不同；另外，所有实施例和对比例中均同时加入市售聚羧酸盐系高性能减水剂，其中，减水剂的固含量为13％，添加量为水泥、粉煤灰和矿粉总质量的2.0％。

按照GB/T50080-2016普通机制砂混凝土拌合物性能试验方法，分别测试各实施例及对比例中机制砂混凝土的减水率、坍落度/扩展度、和易性以及抗压强度，结果如下：

表3：各实施例及对比例中的机制砂混凝土的各项性能测试结果

由表1和表2可知，使用本发明实施例制备的机制砂混凝土增效剂时，可以减少机制砂混凝土中水泥用量的9％，与仅掺入市售聚羧酸盐系高效减水剂的机制砂混凝土相比，减水率略微提高，和易性良好，且对机制砂混凝土的强度有显著的增强作用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种机制砂混凝土增效剂，其特征在于，以质量百分比计，包括：增强剂18-25％、分散剂15-20％、纳米CaCO₃0.3-0.5％、起泡剂0.2-0.6％、稳泡剂0.06-0.3％以及水54-67％。

2.根据权利要求1所述的机制砂混凝土增效剂，其特征在于，所述增强剂为三亚乙基四胺、三聚丙三醇、丙三醇、三乙醇胺中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的机制砂混凝土增效剂，其特征在于，所述分散剂为已烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、油酸酰中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的机制砂混凝土增效剂，其特征在于，所述纳米CaCO₃是平均粒径为60nm纳米的白色粉末，由电石渣制备得到。

5.根据权利要求1所述的机制砂混凝土增效剂，其特征在于，所述起泡剂包括椰子油脂肪酸丙氨酸钠、椰子油脂肪酸甘氨酸钾、十二烷基磺酸钠、椰子油脂肪酸二乙醇胺、椰油酰胺丁基甜菜碱中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的机制砂混凝土增效剂，其特征在于，所述稳泡剂为十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或几种。

7.一种机制砂混凝土增效剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将机制砂混凝土增效剂按各原料所占质量百分比称取原料，将纳米CaCO₃加入到分散剂中并超声分散，制得纳米CaCO₃分散液；

步骤二：将增强剂、起泡剂、稳泡剂以及水混合，在40-60℃搅拌1.5-3h，然后加入上述纳米CaCO₃分散液，继续搅拌0.5-2.5h，得到机制砂混凝土增效剂。