CN112876124A

CN112876124A - 一种内掺型混凝土增强剂及其制备方法

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Publication number: CN112876124A
Application number: CN202110306564.8A
Authority: CN
Inventors: 李玉凤; 黄玉美; 刘磊; 刘欢; 王龙; 李茜茜; 刘翠芬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2021-06-01

Abstract

本发明涉及混凝土添加剂领域，公开了一种内掺型混凝土增强剂及其制备方法，按照质量份数包括以下原料组分：去离子水80～90份，碳酸钾0.2～1.0份，丙烯酸钙2～5份，混合小料2～5份，消泡剂0.01～0.05份；其中混合小料为小分子醇胺类物质、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺四种按任意比例形成的混合物。本发明通过各组分的协同作用，与外加剂配合使用可显著改善混凝土的拌合物和易性，并能促进胶凝材料的充分水化，全面提高混凝土各龄期的强度；而且还能降低水泥石的孔隙率优化孔隙分布，提高致密性，从而提高了混凝土的抗蚀性能。

Description

一种内掺型混凝土增强剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合纤维材料领域，具体涉及内掺型混凝土增强剂及其制备方法。

背景技术

混凝土是由胶凝材料将集料胶结成一个整体的工程复合人造石材，造价较低，是土建工程结构中的首选材料，也是目前最常见的结构形式之一。随着科学技术的不断进步，尤其是外加剂的使用，使得混凝土在性能上得到了显著的提高，在成本上有了明显的降低。为了确保混凝土的工作性能，以目前的外加剂的效果，在混凝土中始终还有20％左右的水泥没有充分水化反应，因而无法进一步提高混凝土的强度。另外，随着建筑工业与公路桥梁事业的迅猛发展和设计水平的不断提高，为满足加快各种工程工期提前完成的要求，作为施工淡季的冬天，水泥混凝土的冬季低温施工的情况也大量存在。

针对这种现状，各国专家学者在混凝土增强剂方面作了大量的科学研究，但始终没有取得明显的进展。从现有公开的大量文献来看，主要存在以下缺陷：

1)现有的增强剂产品针对纯水泥生产工艺过程的较多，专门针对混凝土类的增强剂产品相对较少，然而水泥与混凝土的材料成分及性能差别较大，如果将水泥类增强剂直接照搬于混凝土中，往往效果会发生很大改变，很难达到预期的增强目的；

2)现有的混凝土类增强剂与目前混凝土生产所用的外加剂适应性不强，有的增强剂适应萘系减水剂，但对聚羧酸和脂肪族减水剂则几乎没有效果；

3)现有的部分混凝土类增强剂产品不仅配制困难，而且成本高，对混凝土性能的改善还有待进一步提尚。

因此，如何对现有混凝土增强剂的配方、原料及制备工艺进行改进，一直是本领域技术人员长期面临的技术难题。

发明内容

基于以上问题，本发明提供内掺型混凝土增强剂及其制备方法，通过各组分的协同作用，与外加剂配合使用可显著改善混凝土的拌合物和易性，并能促进胶凝材料的充分水化，全面提高混凝土各龄期的强度；而且还能降低水泥石的孔隙率优化孔隙分布，提高致密性，从而提高了混凝土的抗蚀性能。

为实现上述技术效果，本发采用了以下技术方案：

一种内掺型混凝土增强剂，按照质量份数包括以下原料组分：去离子水80～90份，碳酸钾0.2～1.0份，丙烯酸钙2～5份，混合小料2～5份，消泡剂0.01～0.05份；其中混合小料为小分子醇胺类物质、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺四种按任意比例形成的混合物。

进一步地，混合小料中小分子醇胺类物质、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺的质量比为(0.6～1.5)：(2.0～2.8)：(2.0～2.8)：(1.0～2.5)。

进一步地，所述小分子醇胺类物质为一乙醇胺、一异丙醇胺、二乙醇胺中的任意一种或几种。

进一步地，还包括0.2～0.5份的甲酸钙。

进一步地，还包括乙二醇2.5～3.8份，1,2-丙二醇2.5～3.8份。

为实现上述技术效果，本发明还提供了一种内掺型混凝土增强剂的制备方法，包括如下工艺步骤：

S1、在20℃条件下，先按用量配比将去离子水、碳酸钾、丙烯酸钙加入复配釜中，搅拌5～15min得到均一溶液；

S2、将小分子醇胺类物质、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺四种物质组成的混合小料加入复配釜中，搅拌15～45min即可得到混凝土增强剂。

进一步地，步骤S1中还加入0.2～0.5份的甲酸钙。

进一步地，步骤S2中还加入乙二醇2.5～3.8份，1,2-丙二醇2.5～3.8份。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中通过各组分的协同作用，与外加剂配合使用可显著改善混凝土的拌合物和易性，并能促进胶凝材料的充分水化，全面提高混凝土各龄期的强度；而且还能降低水泥石的孔隙率优化孔隙分布，提高致密性，从而提高了混凝土的抗蚀性能。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

一种内掺型混凝土增强剂，按照质量份数包括以下原料组分：去离子水80～90份，碳酸钾0.2～1.0份，丙烯酸钙2～5份，混合小料2～5份，消泡剂0.01～0.05份；其中混合小料为小分子醇胺类物质、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺四种按任意比例形成的混合物。所述小分子醇胺类物质可以为一乙醇胺、一异丙醇胺、二乙醇胺中的任意一种或几种。

在本实施例中，丙烯酸钙可与水泥具有良好的界面结合，它的加入能够降低水泥石的孔隙率优化孔隙分布，提高了水泥抗蚀性能。丙烯酸钙在水泥石中形成网络结构，贯穿于水泥石中，并能和水泥形成良好的界面结合。能够填充水泥石的孔洞，提高致密性。

本本实施例中的碳酸钾能加快水泥和水等物质组成的胶体的凝聚速度，可以和水泥的水化产物氢氧化钙发生如下反应：

K₂CO₃+Ca(OH)₂＝CaCO₃↓+2KOH

其中CaCO₃在硬化水泥浆体中不是惰性物质，能与水泥中含铝相的水化产物进一步反应生成高强度的碳铝酸钙；还能对硅酸盐相的水化产物起作用，CaCO₃加速C3S的早期水化，有利于混凝土的早强强度发展，使得混凝土具有一定的抗冻效果。而且在CaCO₃和C3S浆体的界面区靠近CaCO₃表面一侧出现新的产物—碱式碳酸钙，这一新相的存在有利于界面区结构的改善、结合力增强，最终有利于硬化水泥浆体力学性能的提高。

本实施例中的混合小料为小分子醇胺类物质、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺等各种醇胺类物质按一定比例所组成的混合物，可用来进一步提高混凝土各个龄期的强度。它们的作用机理如下：

①三乙醇胺：在高碱性溶液中能够与Al³⁺和Fe³⁺结合形成可溶络合物，从而促进水泥中铝酸盐相的初始水化，并加速石膏与铝酸盐之间的反应；同时三乙醇胺的络合反应降低了液相中Ca²⁺、Al³⁺的浓度，进一步促进C3S水化，加速钙矾石的形成，使水泥浆体凝结加快，同时抑制C3S和β-C2S的水化，这一性质有利于水泥早期强度的发展。但是，三乙醇胺的吸附性影响了有利效应的充分发挥：当水泥中硅酸盐水化形成CH，三乙醇胺吸附到晶体表面阻止了三乙醇胺的络合反应。这就使三乙醇胺不能表现出对水泥的后期增强效果。因此，三乙醇胺只能提高早期强度，对后期强度基本没有作用。

②三异丙醇胺：具有本身分散性强不易吸附到晶体或颗粒表面的优势，因而是不能促进水泥矿物的水化，所以对早期强度没有提高。但三异丙醇胺主要能够与Fe³⁺络合、促进C4AF的水化，具体是：C4AF水化会产生一定量的铁离子(包括相似的铝离子)，并会继续形成氢氧化铁凝胶，覆盖于水化矿物表面延级其水化；当三异丙醇胺存在时，生成的铁离子在高的pH条件下可与三异丙醇胺形成易溶于水的络合物，避免铁离子富集而产生凝胶覆盖于反应物表面而延缓水化，这样三异丙醇胺就促进了钙矾石向低硫型铝酸钙转化的速度，从而提高了水泥的后期水化强度。但是三异丙醇胺如果加多了也会引起强度倒缩。

③二乙醇单异丙醇胺：对早期强度和后期强度都有明显改善，它主要用来进一步增强混凝土的早期和后期强度，以解决三乙醇胺和三异丙醇胺不能多加的问题。但一般情况下，早期强度要低于三乙醇胺，后期强度要低于三异丙醇胺。二乙醇单异丙醇胺与三乙醇胺、三异丙醇胺及其他醇、胺、脂类物质有良好的配伍性能。根据不同水泥物料特点，以二乙醇单异丙醇胺为核心原料，进行针对性的配伍后，对水泥早期和后期强度均有显著的提高。

由于以上三种小料物质分别对水泥不同时期的水化具有促进作用，如果单纯将它们物理混合的话，不仅不能使它们同时发挥作用，还会使它们互相抑制。为了解决这个问题本实施例加入了小分子醇胺类物质。

④小分子醇胺类物质：它的穿透力非常强，可以加速水泥颗粒表面水化膜的破裂，不仅可以加速水泥的水化历程，更重要的是还可以避免水泥颗粒因水化膜的包裹而不能参与水化。因此，它可以促进以上三种醇胺类物质充分发挥作用，使混凝土各个龄期的强度均增加。

本实施例中的内掺型混凝土增强剂的制备工艺如下：

实施例2：

一种内掺型混凝土增强剂，各组分所占的质量份数为：所述碳酸钾0.5份，丙烯酸钙3份，混合小料3.0份，消泡剂0.03份，去离子水86.97份。其中混合小料为二乙醇胺、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺按0.8:2.5:2.5:1.5所组成的混合物。制备过程为在20℃条件下，先按用量配比将去离子水、碳酸钾、丙烯酸钙加入复配釜中，搅拌5～15min得到均一溶液；然后将小分子醇胺类物质、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺四种物质组成的混合小料加入复配釜中，搅拌15～45min即可得到混凝土增强剂。

混凝土配合比：280峨胜水泥+80国标二级粉煤灰+865机制砂+1072石+170水。

混凝土增强剂在混凝土中的掺量为7.5kg/m³混凝土，且等量替代水的使用。

按照上述配比进行实验，并测定掺有该混凝土增强剂的混凝土试块的抗压强度比，结果见表1。

表1实施例2中混凝土试块的检测结果

实施例3：

一种内掺型混凝土增强剂的制备方法，各组分所占的质量百分比为：所述碳酸钾0.8份，丙烯酸钙3份，乙二醇3.0份，1,2-丙二醇3.3份，混合小料3.4份，消泡剂0.04份，去离子水86.46份。其中混合小料为一乙醇胺、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺按1.0:2.6:2.6:1.8所组成的混合物。

按照上述配比进行实验，并测定掺有该混凝土增强剂的混凝土试块的抗压强度比，结果见表2。

表2实施例3中混凝土试块的检测结果

实施例4：

一种内掺型混凝土增强剂，各组分所占的质量份数为：所述碳酸钾1.0份，甲酸钙0.3份，丙烯酸钙3份，乙二醇3.5份，1,2-丙二醇3.5份，混合小料4.0份，消泡剂0.05份，去离子水84.65份。其中混合小料为一异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺按1.2:2.6:2.6:2.0所组成的混合物。制备工艺为在20℃条件下，先将去离子水、碳酸钾、甲酸钙、丙烯酸钙加入复配釜中，搅拌5～15min得到均一溶液，然后将乙二醇、1,2-丙二醇和混合小料加入复配釜中，搅拌15～45min即可得到混凝土增强剂。

按照上述配比进行实验，并测定掺有该混凝土增强剂的混凝土试块的抗压强度比，结果见表3。

表3实施例4中混凝土试块的检测结果

本实施例中，1,2-丙二醇和乙二醇两物质的凝固点均较低，与液相形成低共熔溶液，使得溶液的冰点大幅度下降，起到了降低冰点的作用。因此会进一步使混凝土具有很好的抗冻效果。单纯从抗冻能力来讲乙二醇优于1,2-丙二醇，但考虑到毒害性，1,2-丙二醇属于低毒或无毒产品，而乙二醇具有较高毒害性，对人体有较大危害，从价格方面说，1,2-丙二醇价格高于乙二醇，因此，二者配合使用更安全和实用。甲酸钙能够调节混凝土的凝结、硬化速度，在冬期施工时或有早强要求的混凝土工程中添加甲酸钙，可以进一步缩短脱模和养护时间，加快施工进度，从而有效提高施工质量，节约混凝施工成本。

从以上实施例2-4可以看出，检测由本发明中的混凝土增强剂制成的混凝土试块，各项指标均远远高于指标要求。

综上所述，本发明中的内掺型混凝土增强剂可代替水拌合在混凝土中，能够显著提高混凝土的抗冻性、胶凝材料分散性以及抗压强度性能，从而广泛应用于土建工程、水利工程、地下工程以及道路、桥梁等工程领域。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种内掺型混凝土增强剂，其特征在于，按照质量份数包括以下原料组分：去离子水80～90份，碳酸钾0.2～1.0份，丙烯酸钙2～5份，混合小料2～5份，消泡剂0.01～0.05份；其中混合小料为小分子醇胺类物质、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺四种按任意比例形成的混合物。

2.根据权利要求1所述的内掺型混凝土增强剂，其特征在于：所述混合小料中小分子醇胺类物质、三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺的质量比为(0.6～1.5)：(2.0～2.8)：(2.0～2.8)：(1.0～2.5)。

3.根据权利要求1所述的内掺型混凝土增强剂，其特征在于：所述小分子醇胺类物质为一乙醇胺、一异丙醇胺、二乙醇胺中的任意一种或几种。

4.根据权利要求1所述的内掺型混凝土增强剂，其特征在于：还包括0.2～0.5份的甲酸钙。

5.根据权利要求1所述的内掺型混凝土增强剂，其特征在于：还包括乙二醇2.5～3.8份，1,2-丙二醇2.5～3.8份。

6.一种内掺型混凝土增强剂的制备方法，该方法用于制备权利要求1或2所述的内掺型混凝土增强剂，其特征在于包括如下工艺步骤：

7.根据权利要求5所述的内掺型混凝土增强剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中还加入0.2～0.5份的甲酸钙。

8.根据权利要求5所述的内掺型混凝土增强剂，其特征在于：步骤S2中还加入乙二醇2.5～3.8份，1,2-丙二醇2.5～3.8份。