CN112960934A - 一种防冻混凝土添加剂的制备工艺及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防冻混凝土添加剂的制备工艺及其设备，制备工艺包括以下步骤：S1、将N‑甲基吡咯烷酮、硝酸钠、乙二醇、表面活性剂和去离子水混合得到防冻组分；S2、将三乙醇胺、硫酸钠和亚硝酸钠按比例混合搅拌混合均匀得到早强组分；S3、将二乙醇胺、丁二酸酐、丙三醇和松香树脂酸反应，得到引气组分；S4、将甲醛合次硫酸氢钠、3‑巯基丙酸、丙烯酸、异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子、反应制得减水组分；S5、将上述组分按比例混合均匀，即得防冻混凝土添加剂。本发明工艺制备的防冻混凝土添加剂可以有效改善混凝土的抗冻性能，本发明混凝土添加剂的制备设备通过多种搅拌混合方式相结合，极大的提高了原料混合的效果。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂领域，具体的是一种防冻混凝土添加剂的制备工艺及其设备。
背景技术
在建筑工程中，混凝土是使用最广泛的一种材料，它是在自然条件下制造，并经一定时期硬化而成的一种多孔人造石材。近年来，世界各国的混凝土构筑物均出现了不同程度破坏，导致混凝土的使用没有达到预计使用年限，造成的经济损失不容忽视。混凝土的冻融破坏是建筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长期使用和安全运行，为使这些工程继续发挥作用和效益，深入研究混凝土的冻害机理、冻坏形式、影响因素、改善措施并开发新型的抗冻性能良好的混凝土具有非常重大的经济效益与社会效益。
为了避免混凝土遭受冻害，影响其强度，常在混凝土中加入防冻剂来降低冰点温度，保持混凝土内部液态水存在，减轻由于低温带来的损害。目前国内外常用的防冻剂主要是氯盐、亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸盐、尿素等，以及它们的复合物。这些防冻剂均能降低水的冰点，并能使混凝土在负温下发展强度，但它们掺量均较高，对混凝土的耐久性等会产生不同程度的不利影响，如Cl-导致钢筋锈蚀，K+、Na+产生碱骨料反应，混凝土绝缘性下降，表面产生盐析长毛现象，有些防冻剂还能释放出NH3等有毒气体，对室内环境造成严重污染等。
因此，解决以无机盐为主要成分的防冻剂存在的问题，研究低掺量低碱无氯早强防冻剂对发展绿色高性能混凝土具有非常重要的现实意义。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种防冻混凝土添加剂的制备工艺及其设备，通过本发明工艺制备的防冻混凝土添加剂可以有效改善混凝土的抗冻性能，本发明混凝土添加剂的制备设备通过多种搅拌混合方式相结合，极大的提高了原料混合的效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种防冻混凝土添加剂的制备工艺，防冻混凝土添加剂由防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分按质量比10-20：0.1-0.2：1-2：8-15混合，其制备工艺包括以下步骤：
S1、将N-甲基吡咯烷酮加入去离子水中，控制温度20-30℃机械搅拌5-10min，然后加入硝酸钠和乙二醇继续搅拌10-20min，最后加入表面活性剂搅拌混合均匀，得到防冻组分；
S2、将三乙醇胺、硫酸钠和亚硝酸钠按比例混合搅拌混合均匀得到早强组分；
S3、将二乙醇胺和丁二酸酐反应得到单体A，再将单体A与丙三醇在以甲苯磺酸催化下发生酯化反应得到超支化聚酰胺-酯，最后将超支化聚酰胺-酯与加热处理后的松香树脂酸反应，得到引气组分；
S4、将甲醛合次硫酸氢钠和去离子水混合得到混合液B，将3-巯基丙酸、丙烯酸和去离子水混合得到混合液C，将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子水加入绝热反应器中搅拌至固体溶解，然后缓慢加入混合液B和混合液C反应，调节PH至中性制得减水组分；
S5、将步骤S1-S4制得的防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分按比例混合均匀，即得防冻混凝土添加剂。
进一步的，防冻组分包括以下重量份原料：N-甲基吡咯烷酮3-5份、硝酸钠1-3份、乙二醇25-30份、表面活性剂1-2份和去离子水30-40份，表面活性剂为非离子型表面活性剂。
进一步的，早强组分包括以下重量份原料：三乙醇胺1-3份、硫酸钠60-70份和亚硝酸钠30-35份。
进一步的，引气组分包括以下重量份原料：二乙醇胺40-50份、丁二酸酐20-25份、丙三醇1-2份和松香树脂酸40-50份，引气组分的制备方法具体包括以下步骤：
S301、准确称取二乙醇胺和丁二酸酐分别通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，先将二乙醇胺溶液加入反应器中，缓慢滴加丁二酸酐溶液至反应器中，1-2h滴毕，滴加完成后室温反应4-6h，减压蒸馏除去溶剂得到单体A；
S302、将单体A加入反应器中，加入催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯，再准确称取丙三醇通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，将丙三醇溶液缓慢滴加至反应器中，同时加热至140-160℃冷凝回流，滴加完成后继续反应20-24h，减压蒸馏除去溶剂得到超支化聚酰胺-酯；
S303、通过加热松香得到分子结构稳定的松香酸，然后将步骤S302制得的超支化聚酰胺-酯和加热处理的松香分别通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，将超支化聚酰胺-酯溶液加入反应器中，再加入催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯，缓慢加入松香溶液，升温至210-230℃冷凝回流，滴加完成后继续反应10-12h，减压蒸馏除去溶剂得到引气组分。
进一步的，减水组分包括以下重量份原料：异戊烯醇聚氧乙烯醚10-15份、过硫酸铵1-1.5份、丙烯酸30-40份、甲醛合次硫酸氢钠2-5份、3-巯基丙酸1-2份和去离子水50-70份，减水组分的制备方法具体包括以下步骤：
S401、将甲醛合次硫酸氢钠和去离子水混合得到混合液B，将3-巯基丙酸、丙烯酸和去离子水混合得到混合液C；
S402、将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子水加入绝热反应器中搅拌至固体溶解，然后分别将混合液B和混合液C缓慢加入反应器中，混合液B2-3h加料完毕，混合液C1-2h加料完毕，加料结束后继续搅拌反应2-4h；
S403、将反应物自然冷却至室温，然后用20-30wt％的NaOH溶液调节pH至6-8，即得减水组分。
一种防冻混凝土添加剂的制备设备，包括箱体，箱体底部固定安装支撑腿，箱体内部水平固定安装隔板，隔板将箱体分割成真空隔热室和驱动室，真空隔热室内部贯穿设有混合箱，混合箱上端为敞口，混合箱上端与箱体顶部转动连接，混合箱下端设有轴向延伸的连接部，连接部贯穿隔板，连接部与隔板转动连接，连接部中间贯穿设有出料管，驱动室内固定安装第一驱动组件，第一驱动组件驱动混合箱转动，箱体顶部固定安装箱盖，箱盖顶部一侧固定安装加料机构，箱盖顶部另一侧固定安装搅拌机构；
搅拌机构包括回流管，回流管底端为敞口，回流管顶端与箱盖固定，回流管上端外壁开设有若干回流口，回流管下端外壁固定安装搅拌组件，搅拌组件与回流管外壁转动连接，回流管内部贯穿设有搅拌轴，搅拌轴与箱盖转动连接，搅拌轴底端固定安装若干第一搅拌杆，第一搅拌杆呈环形阵列设置，回流管内部的搅拌轴表面固定安装涡轮，箱盖顶部对应搅拌轴处固定安装第二驱动组件，第二驱动组件驱动搅拌轴转动和上下移动。
进一步的，第一驱动组件包括转盘，转盘固定安装连接部下端，转盘边缘设有啮合齿，转盘与蜗杆啮合，蜗杆与驱动室内壁转动连接，蜗杆一端与第一电机的输出轴连接，第一电机固定安装在箱体对应驱动室处外壁。
进一步的，加料机构包括加料主管，加料主管贯穿箱盖，加料主管外圈设有若干加料桶，加料桶与固定安装在箱盖顶部，加料桶顶部设有进料口，加料桶底部设有加料支管，加料桶通过加料支管与加料主管连接，加料支管内设有流量调节阀。
进一步的，搅拌组件包括转动环，回流管下端外壁开设有环形槽，转动环固定安装在环形槽中，转动环与回流管转动连接，转动环外圈固定安装若干第二搅拌杆，第二搅拌杆呈环形阵列设置。
进一步的，第二驱动组件包括安装架，安装架呈H形，安装架上固定安装驱动轮和第二电机，驱动轮与安装架转动连接，驱动轮通过皮带与第二电机的输出轴连接，驱动轮轴心处开设有滑孔，搅拌轴上端贯穿滑孔，滑孔内壁开竖直设有键槽，搅拌轴上端表面固定安装条形键，条形键与键槽配合，搅拌轴顶端固定安装导向柱，导向柱表面开设有闭合的螺纹滑槽，安装架内侧壁固定安装导向杆，导向杆与螺纹滑槽配合。
本发明的有益效果：
1、本发明防冻混凝土添加剂制备工艺分别制备了防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分，再将上述组分按一定比例混合，得到一种新型防冻混凝土添加剂，该防冻混凝土添加剂可以有效改善混凝土的抗冻性能。其中引气组分利用丁二酸酐和二乙醇胺合成单体，再以丙三醇为核分子合成超支化聚酰胺-酯，超支化聚酰胺-酯与松香反应，得到端羟基超支化型松香引气组分，该引气组分起泡性好、稳泡性强、对混凝土强度影响较小，与其它外加剂复配性良好；本发明减水组分在绝热条件下制备聚羧酸减水剂，无需使用冷却或加热媒介控制反应温度，能够达到节约能源和降低能耗的目的，通过异戊烯醇聚氧乙烯醚单体与羧基单体反应制备聚羧酸减水组分，该减水组分具有高减水率、掺量很低、分散性强、环境友好的优点。
2、本发明防冻混凝土添加剂的制备设备通过第一驱动组件驱动混合箱转动，混合箱转动可以带动混合箱中的原料液转动，通过第二驱动组件驱动搅拌轴转动和上下移动，当搅拌轴转动时可以带动涡轮转动，涡轮转动时可以将混合箱下侧的原料液体有回流管向上输送并由回流口流出，完成混合箱下层和上层原料的混合，且搅拌轴转动时可以带动第一搅拌杆对混合箱下层原料搅拌，同时回流管外壁还固定搅拌组件，搅拌组件与回流管转动连接，当原料液随混合箱转动而转动时可以与第二搅拌杆相对移动，进而起到水平搅拌的效果，因此，本发明防冻混凝土添加剂的制备设备通过多种搅拌混合方式相结合，极大的提高了原料混合的效果。同时，本发明加料机构包括加料主管和若干加料桶，加料桶底部通过加料支管与加料主管连接，通过加料支管内的流量调节阀可以精确控制加料桶中原料液的加料速度，以满足本发明防冻混凝土添加剂制备工艺中一些原料的缓慢加料需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明防冻混凝土添加剂的制备设备整体结构示意图；
图2是本发明防冻混凝土添加剂的制备设备箱体的剖视图；
图3是本发明防冻混凝土添加剂的制备设备混合箱的剖视图；
图4是本发明防冻混凝土添加剂的制备设备加料机构的剖视图；
图5是本发明防冻混凝土添加剂的制备设备回流管的剖视图；
图6是本发明防冻混凝土添加剂的制备设备第二驱动组件的结构示意图；
图7是本发明防冻混凝土添加剂的制备设备图6位置A处放大示意图。
图中：
1-箱体，2-支撑腿，3-隔板，4-真空隔热室，5-驱动室，6-混合箱，601-连接部，7-第一驱动组件，8-箱盖，9-加料机构，10-搅拌机构，11-回流管，12-回流口，13-搅拌组件，14-搅拌轴，15-第一搅拌杆，16-涡轮，17-第二驱动组件，18-转盘，19-蜗杆，20-第一电机，21-加料主管，22-加料桶，23-进料口，24-加料支管，25-转动环，26-环形槽，27-第二搅拌杆，28-安装架，29-驱动轮，30-第二电机，31-滑孔，32-键槽，33-条形键，34-导向柱，35-螺纹滑槽，36-导向杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种防冻混凝土添加剂的制备工艺，防冻混凝土添加剂由防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分按质量比10：0.2：1：8混合，其制备工艺包括以下步骤：
S1、将N-甲基吡咯烷酮加入去离子水中，控制温度25℃机械搅拌10min，然后加入硝酸钠和乙二醇继续搅拌15min，最后加入表面活性剂搅拌混合均匀，得到防冻组分；
S2、将三乙醇胺、硫酸钠和亚硝酸钠按比例混合搅拌混合均匀得到早强组分；
S3、将二乙醇胺和丁二酸酐反应得到单体A，再将单体A与丙三醇在以甲苯磺酸催化下发生酯化反应得到超支化聚酰胺-酯，最后将超支化聚酰胺-酯与加热处理后的松香树脂酸反应，得到引气组分；
S4、将甲醛合次硫酸氢钠和去离子水混合得到混合液B，将3-巯基丙酸、丙烯酸和去离子水混合得到混合液C，将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子水加入绝热反应器中搅拌至固体溶解，然后缓慢加入混合液B和混合液C反应，调节PH至中性制得减水组分；
S5、将步骤S1-S4制得的防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分按比例混合均匀，即得防冻混凝土添加剂。
防冻组分包括以下重量份原料：N-甲基吡咯烷酮5份、硝酸钠2份、乙二醇30份、表面活性剂12份和去离子水30份，表面活性剂为非离子型表面活性剂。
早强组分包括以下重量份原料：三乙醇胺3份、硫酸钠60份和亚硝酸钠30份。
引气组分包括以下重量份原料：二乙醇胺40份、丁二酸酐20份、丙三醇1.5份和松香树脂酸40份，引气组分的制备方法具体包括以下步骤：
S301、准确称取二乙醇胺和丁二酸酐分别通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，先将二乙醇胺溶液加入反应器中，缓慢滴加丁二酸酐溶液至反应器中，1h滴毕，滴加完成后室温反应6h，减压蒸馏除去溶剂得到单体A；
S302、将单体A加入反应器中，加入催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯，再准确称取丙三醇通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，将丙三醇溶液缓慢滴加至反应器中，同时加热至140℃冷凝回流，滴加完成后继续反应20h，减压蒸馏除去溶剂得到超支化聚酰胺-酯；
S303、通过加热松香得到分子结构稳定的松香酸，然后将步骤S302制得的超支化聚酰胺-酯和加热处理的松香分别通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，将超支化聚酰胺-酯溶液加入反应器中，再加入催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯，缓慢加入松香溶液，升温至220℃冷凝回流，滴加完成后继续反应12h，减压蒸馏除去溶剂得到引气组分。
减水组分包括以下重量份原料：异戊烯醇聚氧乙烯醚10份、过硫酸铵1.5份、丙烯酸40份、甲醛合次硫酸氢钠2份、3-巯基丙酸1份和去离子水50份，减水组分的制备方法具体包括以下步骤：
S401、将甲醛合次硫酸氢钠和去离子水混合得到混合液B，将3-巯基丙酸、丙烯酸和去离子水混合得到混合液C；
S402、将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子水加入绝热反应器中搅拌至固体溶解，然后分别将混合液B和混合液C缓慢加入反应器中，混合液B 2h加料完毕，混合液C1h加料完毕，加料结束后继续搅拌反应4h；
S403、将反应物自然冷却至室温，然后用20wt％的NaOH溶液调节pH至6-8，即得减水组分。
实施例2
一种防冻混凝土添加剂的制备工艺，防冻混凝土添加剂由防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分按质量比20：0.2：2：15混合，其制备工艺包括以下步骤：
S1、将N-甲基吡咯烷酮加入去离子水中，控制温度30℃机械搅拌10min，然后加入硝酸钠和乙二醇继续搅拌10min，最后加入表面活性剂搅拌混合均匀，得到防冻组分；
S2、将三乙醇胺、硫酸钠和亚硝酸钠按比例混合搅拌混合均匀得到早强组分；
S3、将二乙醇胺和丁二酸酐反应得到单体A，再将单体A与丙三醇在以甲苯磺酸催化下发生酯化反应得到超支化聚酰胺-酯，最后将超支化聚酰胺-酯与加热处理后的松香树脂酸反应，得到引气组分；
S4、将甲醛合次硫酸氢钠和去离子水混合得到混合液B，将3-巯基丙酸、丙烯酸和去离子水混合得到混合液C，将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子水加入绝热反应器中搅拌至固体溶解，然后缓慢加入混合液B和混合液C反应，调节PH至中性制得减水组分；
S5、将步骤S1-S4制得的防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分按比例混合均匀，即得防冻混凝土添加剂。
防冻组分包括以下重量份原料：N-甲基吡咯烷酮5份、硝酸钠5份、乙二醇28份、表面活性剂2份和去离子水40份，表面活性剂为非离子型表面活性剂。
早强组分包括以下重量份原料：三乙醇胺1份、硫酸钠70份和亚硝酸钠35份。
引气组分包括以下重量份原料：二乙醇胺50份、丁二酸酐25份、丙三醇2份和松香树脂酸50份，引气组分的制备方法具体包括以下步骤：
S301、准确称取二乙醇胺和丁二酸酐分别通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，先将二乙醇胺溶液加入反应器中，缓慢滴加丁二酸酐溶液至反应器中，2h滴毕，滴加完成后室温反应6h，减压蒸馏除去溶剂得到单体A；
S302、将单体A加入反应器中，加入催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯，再准确称取丙三醇通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，将丙三醇溶液缓慢滴加至反应器中，同时加热至150℃冷凝回流，滴加完成后继续反应22h，减压蒸馏除去溶剂得到超支化聚酰胺-酯；
S303、通过加热松香得到分子结构稳定的松香酸，然后将步骤S302制得的超支化聚酰胺-酯和加热处理的松香分别通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，将超支化聚酰胺-酯溶液加入反应器中，再加入催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯，缓慢加入松香溶液，升温至220℃冷凝回流，滴加完成后继续反应10h，减压蒸馏除去溶剂得到引气组分。
减水组分包括以下重量份原料：异戊烯醇聚氧乙烯醚12份、过硫酸铵1.2份、丙烯酸35份、甲醛合次硫酸氢钠3份、3-巯基丙酸2份和去离子水60份，减水组分的制备方法具体包括以下步骤：
S401、将甲醛合次硫酸氢钠和去离子水混合得到混合液B，将3-巯基丙酸、丙烯酸和去离子水混合得到混合液C；
S402、将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子水加入绝热反应器中搅拌至固体溶解，然后分别将混合液B和混合液C缓慢加入反应器中，混合液B2.5h加料完毕，混合液C2h加料完毕，加料结束后继续搅拌反应3h；
S403、将反应物自然冷却至室温，然后用25wt％的NaOH溶液调节pH至6-8，即得减水组分。
实施例3
一种防冻混凝土添加剂的制备工艺，防冻混凝土添加剂由防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分按质量比15：0.2：1.5：12混合，其制备工艺包括以下步骤：
S1、将N-甲基吡咯烷酮加入去离子水中，控制温度20℃机械搅拌10min，然后加入硝酸钠和乙二醇继续搅拌15min，最后加入表面活性剂搅拌混合均匀，得到防冻组分；
S2、将三乙醇胺、硫酸钠和亚硝酸钠按比例混合搅拌混合均匀得到早强组分；
S3、将二乙醇胺和丁二酸酐反应得到单体A，再将单体A与丙三醇在以甲苯磺酸催化下发生酯化反应得到超支化聚酰胺-酯，最后将超支化聚酰胺-酯与加热处理后的松香树脂酸反应，得到引气组分；
S4、将甲醛合次硫酸氢钠和去离子水混合得到混合液B，将3-巯基丙酸、丙烯酸和去离子水混合得到混合液C，将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子水加入绝热反应器中搅拌至固体溶解，然后缓慢加入混合液B和混合液C反应，调节PH至中性制得减水组分；
S5、将步骤S1-S4制得的防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分按比例混合均匀，即得防冻混凝土添加剂。
防冻组分包括以下重量份原料：N-甲基吡咯烷酮4份、硝酸钠2份、乙二醇28份、表面活性剂1份和去离子水35份，表面活性剂为非离子型表面活性剂。
早强组分包括以下重量份原料：三乙醇胺2份、硫酸钠65和亚硝酸钠30份。
引气组分包括以下重量份原料：二乙醇胺45份、丁二酸酐25份、丙三醇1份和松香树脂酸45份，引气组分的制备方法具体包括以下步骤：
S301、准确称取二乙醇胺和丁二酸酐分别通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，先将二乙醇胺溶液加入反应器中，缓慢滴加丁二酸酐溶液至反应器中，2h滴毕，滴加完成后室温反应5h，减压蒸馏除去溶剂得到单体A；
S302、将单体A加入反应器中，加入催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯，再准确称取丙三醇通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，将丙三醇溶液缓慢滴加至反应器中，同时加热至160℃冷凝回流，滴加完成后继续反应20h，减压蒸馏除去溶剂得到超支化聚酰胺-酯；
S303、通过加热松香得到分子结构稳定的松香酸，然后将步骤S302制得的超支化聚酰胺-酯和加热处理的松香分别通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，将超支化聚酰胺-酯溶液加入反应器中，再加入催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯，缓慢加入松香溶液，升温至230℃冷凝回流，滴加完成后继续反应10h，减压蒸馏除去溶剂得到引气组分。
减水组分包括以下重量份原料：异戊烯醇聚氧乙烯醚12份、过硫酸铵1.2份、丙烯酸35份、甲醛合次硫酸氢钠4份、3-巯基丙酸2份和去离子水55份，减水组分的制备方法具体包括以下步骤：
S401、将甲醛合次硫酸氢钠和去离子水混合得到混合液B，将3-巯基丙酸、丙烯酸和去离子水混合得到混合液C；
S402、将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子水加入绝热反应器中搅拌至固体溶解，然后分别将混合液B和混合液C缓慢加入反应器中，混合液B 3h加料完毕，混合液C1.5h加料完毕，加料结束后继续搅拌反应4h；
S403、将反应物自然冷却至室温，然后用30wt％的NaOH溶液调节pH至6-8，即得减水组分。
性能检测
将水泥、标准砂、天然砂、石子、粉煤灰、矿粉和水按一定比例混合制成水泥砂浆，然后将实施例1-3制备的防冻混凝土添加剂按一定比例(防冻混凝土添加剂占水泥砂浆质量比1.2％、2.4％、3.6％)加入水泥砂浆中混合后装入模具中，制成100mm×100mm×100mm的标准立方体试件，蒸养(温度为25℃，相对湿度90％)28d后固化成型，取出称重和测量尺寸，然后转移到混凝土慢速冻融试验机中循环测试质量损失不超过5％的冻融次数然后进行抗冻融性能测试，得到数据如下表1和表2所示。
其中测试水泥砂浆用的水泥符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175-2007的规定，其中比表面积在340-380m2/kg之间。标准砂采用ISO标准砂，符合现行国家标准《水泥强度试验用标准砂》GB178-1997的规定。天然砂符合现行标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006规定的Ⅱ区中砂，细度模数22.5，含泥量≤3.0％，泥块含量≤3.0％。石子符合现行标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006规定的碎石或卵石，采用连续粒级，公称粒级宜为5-20mm，针、片状颗粒含量，按重量计≤15％，含泥量≤1.0％，泥块含量≤0.5％。粉煤灰符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596-2017规定的I级粉煤灰。矿粉符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046-2008规定的S95级矿渣粉。
表1混凝土抗冻融性能测试混凝土质量损失率
表2混凝土抗冻融性能测试相对动弹模量
由表1可以看出添加本发明防冻混凝土添加剂的混凝土的质量损失率较对比例小，由表2可以看出添加本发明防冻混凝土添加剂的混凝土的相对动弹模量较对比例大，且随着防冻混凝土添加剂的添加量越大上述区别约明显，说明本发明防冻混凝土添加剂可以明显增强混凝土的抗冻性能。
如图1-7所示，一种防冻混凝土添加剂的制备设备，包括箱体1，箱体1底部固定安装支撑腿2，箱体1内部水平固定安装隔板3，隔板3将箱体1分割成真空隔热室4和驱动室5，真空隔热室4内部贯穿设有混合箱6，混合箱6上端为敞口，混合箱6上端与箱体1顶部转动连接，混合箱6下端设有轴向延伸的连接部601，连接部601贯穿隔板3，连接部601与隔板3转动连接，连接部601中间贯穿设有出料管37，驱动室5内固定安装第一驱动组件7，第一驱动组件7驱动混合箱6转动，箱体1顶部固定安装箱盖8，箱盖8顶部一侧固定安装加料机构9，箱盖8顶部另一侧固定安装搅拌机构10；
搅拌机构10包括回流管11，回流管11底端为敞口，回流管11顶端与箱盖8固定，回流管11上端外壁开设有若干回流口12，回流管11下端外壁固定安装搅拌组件13，搅拌组件13与回流管11外壁转动连接，回流管11内部贯穿设有搅拌轴14，搅拌轴14与箱盖8转动连接，搅拌轴14底端固定安装若干第一搅拌杆15，第一搅拌杆15呈环形阵列设置，回流管11内部的搅拌轴14表面固定安装涡轮16，箱盖1顶部对应搅拌轴14处固定安装第二驱动组件17，第二驱动组件17驱动搅拌轴14转动和上下移动。
第一驱动组件7包括转盘18，转盘18固定安装连接部601下端，转盘18边缘设有啮合齿，转盘18与蜗杆19啮合，蜗杆19与驱动室5内壁转动连接，蜗杆19一端与第一电机20的输出轴连接，第一电机20固定安装在箱体1对应驱动室5处外壁。
加料机构9包括加料主管21，加料主管21贯穿箱盖8，加料主管21外圈设有若干加料桶22，加料桶22与固定安装在箱盖8顶部，加料桶22顶部设有进料口23，加料桶22底部设有加料支管24，加料桶22通过加料支管24与加料主管21连接，加料支管24内设有流量调节阀。
搅拌组件13包括转动环25，回流管11下端外壁开设有环形槽26，转动环25固定安装在环形槽26中，转动环25与回流管11转动连接，转动环25外圈固定安装若干第二搅拌杆27，第二搅拌杆27呈环形阵列设置。
第二驱动组件17包括安装架28，安装架呈H形，安装架28上固定安装驱动轮29和第二电机30，驱动轮29与安装架28转动连接，驱动轮29通过皮带与第二电机30的输出轴连接，驱动轮29轴心处开设有滑孔31，搅拌轴14上端贯穿滑孔31，滑孔31内壁开竖直设有键槽32，搅拌轴14上端表面固定安装条形键33，条形键33与键槽32配合，搅拌轴14顶端固定安装导向柱34，导向柱34表面开设有闭合的螺纹滑槽35，安装架28内侧壁固定安装导向杆36，导向杆36与螺纹滑槽35配合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种防冻混凝土添加剂的制备工艺，其特征在于，所述防冻混凝土添加剂由防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分按质量比10-20：0.1-0.2：1-2：8-15混合，其制备工艺包括以下步骤：
S1、将N-甲基吡咯烷酮加入去离子水中，控制温度20-30℃机械搅拌5-10min，然后加入硝酸钠和乙二醇继续搅拌10-20min，最后加入表面活性剂搅拌混合均匀，得到防冻组分；
S2、将三乙醇胺、硫酸钠和亚硝酸钠按比例混合搅拌混合均匀得到早强组分；
S3、将二乙醇胺和丁二酸酐反应得到单体A，再将单体A与丙三醇在以甲苯磺酸催化下发生酯化反应得到超支化聚酰胺-酯，最后将超支化聚酰胺-酯与加热处理后的松香树脂酸反应，得到所述引气组分；
S4、将甲醛合次硫酸氢钠和去离子水混合得到混合液B，将3-巯基丙酸、丙烯酸和去离子水混合得到混合液C，将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子水加入绝热反应器中搅拌至固体溶解，然后缓慢加入混合液B和混合液C反应，调节PH至中性制得减水组分；
S5、将步骤S1-S4制得的防冻组分、早强组分、引气组分和减水组分按比例混合均匀，即得所述防冻混凝土添加剂。
2.根据权利要求1所述的防冻混凝土添加剂的制备工艺，其特征在于，所述防冻组分包括以下重量份原料：N-甲基吡咯烷酮3-5份、硝酸钠1-3份、乙二醇25-30份、表面活性剂1-2份和去离子水30-40份，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的防冻混凝土添加剂的制备工艺，其特征在于，所述早强组分包括以下重量份原料：三乙醇胺1-3份、硫酸钠60-70份和亚硝酸钠30-35份。
4.根据权利要求1所述的防冻混凝土添加剂的制备工艺，其特征在于，所述引气组分包括以下重量份原料：二乙醇胺40-50份、丁二酸酐20-25份、丙三醇1-2份和松香树脂酸40-50份，所述引气组分的制备方法具体包括以下步骤：
S301、准确称取二乙醇胺和丁二酸酐分别通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，先将二乙醇胺溶液加入反应器中，缓慢滴加丁二酸酐溶液至反应器中，1-2h滴毕，滴加完成后室温反应4-6h，减压蒸馏除去溶剂得到单体A；
S302、将单体A加入反应器中，加入催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯，再准确称取丙三醇通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，将丙三醇溶液缓慢滴加至反应器中，同时加热至140-160℃冷凝回流，滴加完成后继续反应20-24h，减压蒸馏除去溶剂得到超支化聚酰胺-酯；
S303、通过加热松香得到分子结构稳定的松香酸，然后将步骤S2制得的超支化聚酰胺-酯和加热处理的松香分别通过N，N-二甲基乙酰胺溶解，将超支化聚酰胺-酯溶液加入反应器中，再加入催化剂对甲苯磺酸和带水剂甲苯，缓慢加入松香溶液，升温至210-230℃冷凝回流，滴加完成后继续反应10-12h，减压蒸馏除去溶剂得到引气组分。
5.根据权利要求1所述的防冻混凝土添加剂的制备工艺，其特征在于，所述减水组分包括以下重量份原料：异戊烯醇聚氧乙烯醚10-15份、过硫酸铵1-1.5份、丙烯酸30-40份、甲醛合次硫酸氢钠2-5份、3-巯基丙酸1-2份和去离子水50-70份，所述减水组分的制备方法具体包括以下步骤：
S401、将甲醛合次硫酸氢钠和去离子水混合得到混合液B，将3-巯基丙酸、丙烯酸和去离子水混合得到混合液C；
S402、将异戊烯醇聚氧乙烯醚、过硫酸铵和去离子水加入绝热反应器中搅拌至固体溶解，然后分别将混合液B和混合液C缓慢加入反应器中，混合液B2-3h加料完毕，混合液C1-2h加料完毕，加料结束后继续搅拌反应2-4h；
S403、将反应物自然冷却至室温，然后用20-30wt％的NaOH溶液调节pH至6-8，即得减水组分。
6.一种防冻混凝土添加剂的制备设备，其特征在于，包括箱体(1)，所述箱体(1)底部固定安装支撑腿(2)，所述箱体(1)内部水平固定安装隔板(3)，所述隔板(3)将箱体(1)分割成真空隔热室(4)和驱动室(5)，所述真空隔热室(4)内部贯穿设有混合箱(6)，所述混合箱(6)上端为敞口，所述混合箱(6)上端与箱体(1)顶部转动连接，所述混合箱(6)下端设有轴向延伸的连接部(601)，所述连接部(601)贯穿隔板(3)，所述连接部(601)与隔板(3)转动连接，所述连接部(601)中间贯穿设有出料管(37)，所述驱动室(5)内固定安装第一驱动组件(7)，所述第一驱动组件(7)驱动混合箱(6)转动，所述箱体(1)顶部固定安装箱盖(8)，所述箱盖(8)顶部一侧固定安装加料机构(9)，所述箱盖(8)顶部另一侧固定安装搅拌机构(10)；
所述搅拌机构(10)包括回流管(11)，所述回流管(11)底端为敞口，所述回流管(11)顶端与箱盖(8)固定，所述回流管(11)上端外壁开设有若干回流口(12)，所述回流管(11)下端外壁固定安装搅拌组件(13)，所述搅拌组件(13)与回流管(11)外壁转动连接，所述回流管(11)内部贯穿设有搅拌轴(14)，所述搅拌轴(14)与箱盖(8)转动连接，所述搅拌轴(14)底端固定安装若干第一搅拌杆(15)，所述第一搅拌杆(15)呈环形阵列设置，所述回流管(11)内部的搅拌轴(14)表面固定安装涡轮(16)，所述箱盖(1)顶部对应搅拌轴(14)处固定安装第二驱动组件(17)，所述第二驱动组件(17)驱动搅拌轴(14)转动和上下移动。
7.根据权利要求1所述的防冻混凝土添加剂的制备设备，其特征在于，所述第一驱动组件(7)包括转盘(18)，所述转盘(18)固定安装连接部(601)下端，所述转盘(18)边缘设有啮合齿，所述转盘(18)与蜗杆(19)啮合，所述蜗杆(19)与驱动室(5)内壁转动连接，所述蜗杆(19)一端与第一电机(20)的输出轴连接，所述第一电机(20)固定安装在箱体(1)对应驱动室(5)处外壁。
8.根据权利要求1所述的防冻混凝土添加剂的制备设备，其特征在于，所述加料机构(9)包括加料主管(21)，所述加料主管(21)贯穿箱盖(8)，所述加料主管(21)外圈设有若干加料桶(22)，所述加料桶(22)与固定安装在箱盖(8)顶部，所述加料桶(22)顶部设有进料口(23)，所述加料桶(22)底部设有加料支管(24)，所述加料桶(22)通过加料支管(24)与加料主管(21)连接，所述加料支管(24)内设有流量调节阀。
9.根据权利要求1所述的防冻混凝土添加剂的制备设备，其特征在于，所述搅拌组件(13)包括转动环(25)，所述回流管(11)下端外壁开设有环形槽(26)，所述转动环(25)固定安装在环形槽(26)中，所述转动环(25)与回流管(11)转动连接，所述转动环(25)外圈固定安装若干第二搅拌杆(27)，所述第二搅拌杆(27)呈环形阵列设置。
10.根据权利要求1所述的防冻混凝土添加剂的制备设备，其特征在于，所述第二驱动组件(17)包括安装架(28)，所述安装架呈H形，所述安装架(28)上固定安装驱动轮(29)和第二电机(30)，所述驱动轮(29)与安装架(28)转动连接，所述驱动轮(29)通过皮带与第二电机(30)的输出轴连接，所述驱动轮(29)轴心处开设有滑孔(31)，所述搅拌轴(14)上端贯穿滑孔(31)，所述滑孔(31)内壁开竖直设有键槽(32)，所述搅拌轴(14)上端表面固定安装条形键(33)，所述条形键(33)与键槽(32)配合，所述搅拌轴(14)顶端固定安装导向柱(34)，所述导向柱(34)表面开设有闭合的螺纹滑槽(35)，所述安装架(28)内侧壁固定安装导向杆(36)，所述导向杆(36)与螺纹滑槽(35)配合。
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