CN113105149A - 一种混凝土减胶剂及其制备方法和应用方法 - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
本发明公开了一种混凝土减胶剂及其制备方法和应用方法，以三乙醇胺、三异丙醇胺、聚合醇胺、聚羧酸减水剂、十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烯基磺酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠和氢氧化钠为原料，制备出的混凝土减胶剂可有效分散浆体中的集聚体，破坏絮凝结构，使水泥颗粒得到更加充分的水化。有效改善混凝土的和易性、抗泌水、不离析、易泵送，有效地减少胶凝材料使用量，并提高混凝土的力学性能、分散性和体积稳定性。并且本发明提供的混凝土减胶剂，添加量仅为胶凝材料质量的0.6％‑0.8％，能增加混凝土强度8％‑15％，在保证强度不变的情况下，可减少水泥用量的5％‑10％。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域，特别是涉及一种混凝土减胶剂及其制备方法和应用方法。
背景技术
混凝土作为建筑行业中使用量最多的材料，但当混凝土硬化后，其中大部分胶结料没有参与水化反应，水泥与水接触形成大量集聚体，集聚体再相互连接形成絮凝结构。水泥以集聚体的形式参与反应，则不能充分与水接触，造成颗粒反应程度下降，使大量颗粒作为微集料填充于骨料和水泥硬化浆体的空隙。据研究表明，施工中的混凝土中约有18％-32％的水泥只能起到填充作用，这造成了原料的大量浪费，并且对环境造成污染。因此混凝土减水剂应运而生成为主要的添加剂，能够破坏絮凝结构，使包裹在絮凝结构中的水分释放出来，在混凝土保持原有强度的条件下，达到减少用水量、提高混凝土的和易性、强度和施工速度的作用。
但是对于部分尺寸较小、强度较高的絮凝结构，混凝土减水剂效果薄弱，并未彻底解决以上难题。因此提供一种对水泥高分散作用、高强度、高工作性的混凝土添加剂对建筑行业的发展有巨大进步意义。混凝土减胶剂是一种区别于混凝土减水剂的新型混凝土添加剂，可进一步分散这些强度较高的絮凝结构，增加水泥颗粒与水的接触面积，进一步提高水泥的水化程度，降低水泥用量。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种混凝土减胶剂，适用于各强度等级混凝土，具有不仅能减少胶凝材料使用量、泌水和泵送摩擦阻力，而且提高混凝土的力学性能、分散性和体积稳定性的优点。本发明还提供一种混凝土减胶剂的制备方法及其应用方法。
本发明的技术方案是：
一种混凝土减胶剂，包括主料和辅料；
所述主料包括以质量百分比计的组分：三乙醇胺25％-30％、三异丙醇胺25％-30％、聚合醇胺25％-30％和聚羧酸减水剂5％-7％，所述辅料5％-18％；
所述辅料包括十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烯基磺酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠和氢氧化钠。
上述技术方案的工作原理如下：
水泥与水接触后在静电引力等作用下相互吸引形成立体的絮凝结构，本申请发明人通过大量的实践证明，含有三乙醇胺、三异丙醇胺、聚合醇胺、聚羧酸减水剂、十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烯基磺酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠和氢氧化钠的添加剂可有效分散浆体中的集聚体，破坏絮凝结构，使水泥颗粒得到更加充分的水化。
醇胺类化合物通过络合化学作用，使水泥基矿物细粉料分散再凝聚，提高混凝土浆体丰富程度，改善混凝土粘聚性；磺酸钠和硫酸钠通过屏蔽作用，抑制粘土的吸附与膨胀能力，提高水泥颗粒与水的有效接触面积；聚羧酸减水剂通过消弱水分子极性，消除混凝土大颗粒，增强微小颗粒数量；氢氧化钠通过晶格畸变作用，加快水化反应，减少水化产物晶体矿物数量。通过以上组分的结合能提高混凝土原材料与减水剂的相容性，发挥协同作用的同时，促进减水剂对水泥颗粒的有效吸附能力，扩大水泥颗粒的分散性，进一步增强减水剂的使用效果。具有能减少胶凝材料使用量、泌水和泵送摩擦阻力，而且提高混凝土的力学性能、分散性和体积稳定性的优点。
在进一步的技术方案中，所述聚羧酸减水剂由包含以下的原料制出：甲基烯丙基聚氧乙烯醚、过氧化氢、甲基烯基磺酸钠、丙烯酸、亚硫酸氢钠和酸式盐催化剂。
聚羧酸减水剂是一种高性能减水剂，是水泥混凝土运用中的一种水泥分散剂。广泛应用于公路、桥梁、大坝、隧道、高层建筑等工程。本产品生产过程无污染，不含甲醛，符合ISO14000环境保护管理国际标准，是一种绿色环保产品。无氯离子和碱，符合本申请环境友好的发明目的。
在进一步的技术方案中，所述所述十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烯基磺酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠和氢氧化钠的质量比为2:2:2:2:1:1。
通过本申请发明人的大量创造性劳动发现，添加的辅料的各个组分质量比为2:2:2:2:1:1，制备出的混凝土减胶剂性能参数较好。比如辅料中的磺酸钠过多制备出的减胶剂与混凝土混合后，混凝土颗粒结合不紧实，流动性过大，实际使用的粘合性反倒降低。硫酸钠过多不在参与反应，多余的离子覆盖在颗粒表面，反而延长水泥水化的时间。
在进一步的技术方案中，所述主料包括如下以质量百分比计的组分：三乙醇胺30％、三异丙醇胺30％、聚合醇胺30％、聚羧酸减水剂5％和辅料5％。
通过采用上述技术方案，采用以上质量百分数范围内的三乙醇胺、三异丙醇胺、聚合醇胺和聚羧酸减水剂相互协同配合，可更有效地分散浆体中的集聚体，破坏絮凝结构，从而充分水化，制备出的混凝土的机械性能高。
在进一步的技术方案中，所述主料包括如下以质量百分比计的组分：三乙醇胺27％、三异丙醇胺27％、聚合醇胺27％、聚羧酸减水剂7％和辅料12％。
通过采用上述技术方案，采用以上质量百分数范围内的三乙醇胺、三异丙醇胺、聚合醇胺和聚羧酸减水剂相互协同配合，可有效地分散浆体中的集聚体，破坏絮凝结构，从而充分水化，制备出的混凝土的机械性能较高。达到减少胶凝材料的同时，控制成本。
本发明还提供了一种混凝土减胶剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、根据主料与辅料的组成，按照质量百分比称取各组分，放置备用；
S2、将称量后的主料与辅料置于反应釜中，并加入为总原料重量50％的水，常温下搅拌2h-3h，得到混凝土减胶剂。
通过采取上述技术方案，使用电子天秤按照各组分的含量比称取备用，有助于发挥各组分之间的协同作用。称量后采用人工或机械方式直接同时倾倒入反应釜中，添加适量水，使组分之间溶解、互相结合。制备出的混凝土减胶剂具有良好的机械性能，制备工艺简单，经济实惠可大规模生产。
本发明还提供了一种混凝土减胶剂的应用方法，应用如以上所述的混凝土减胶剂，将所述混凝土减胶剂加入到混凝土中，所述混凝土减胶剂的添加量为混凝土中胶凝材料质量的0.6％-0.8％。
当空气中CO2渗透到混凝土内，将与碱性物质反应生成碳酸盐和水，导致混凝土碳化。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，混凝土空隙中充满饱和氢氧化钙溶液对钢筋有良好的保护作用。碳化后碱度降低，长时间会导致混凝土失去对钢筋的保护作用，使钢筋生锈。选用优质的外加剂可以使可以降低水胶比，改善混凝土拌合物施工时的和易性；提高混凝土的强度及其他物理力学性能；加速混凝土的早期强度发展；改善拌合物的泌水性；提高混凝土抗各种侵蚀性盐类的腐蚀性；改善混凝土或砂浆的毛细孔结构，对混凝土的碳化具有改善作用。进一步地，混凝土的性能跟混凝土减胶剂的用量有着密切关联。本申请发明人通过多次创造性劳动，得出本申请制出的混凝土的掺量仅为胶凝材料总量的0.6％-0.8％，能增加混凝土强度8％-15％，在保证强度不变的情况下，可减少水泥用量的5％-10％。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的混凝土减胶剂无毒、无害、无污染和无放射性，不含氯离子及碱，同时实现混凝土低碳技术与绿色环保，符合可持续发展的政策导向；
2、本发明提供的混凝土减胶剂能有效改善混凝土的和易性、抗泌水、不离析、易泵送，有效地减少胶凝材料使用量，并提高混凝土的力学性能、分散性和体积稳定性；
3、本发明提供的混凝土减胶剂不仅能适应各种型号的混凝土和外加剂，而能提高混凝土原材料与减水剂的相容性，发挥协同作用的同时，促进减水剂对水泥颗粒的有效吸附能力，扩大水泥颗粒的分散性，进一步增强减水剂的使用效果；
4、本发明提供的混凝土减胶剂，添加量仅为胶凝材料质量的0.6％-0.8％，能增加混凝土强度8％-15％，在保证强度不变的情况下，可减少水泥用量的5％-10％；
5、本发明提供的一种混凝土减胶剂的制备方法，生产工艺简单，制备出的混凝土减胶剂性能稳定，可大规模生产；
6、本发明提供的一种混凝土减胶剂及其制备方法和应用方法，具有良好的经济效应和社会效应，普适度广。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本方案进行阐述。
本发明第一方面提出的一种混凝土减胶剂，包括主料和辅料；
所述主料包括以质量百分比计的组分：三乙醇胺25％-30％、三异丙醇胺25％-30％、聚合醇胺25％-30％和聚羧酸减水剂5％-7％，所述辅料5％-18％；
所述辅料包括十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烯基磺酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠和氢氧化钠。
上述技术方案的工作原理如下：
水泥与水接触后在静电引力等作用下相互吸引形成立体的絮凝结构，本申请发明人通过大量的实践证明，含有三乙醇胺、三异丙醇胺、聚合醇胺、聚羧酸减水剂、十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烯基磺酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠和氢氧化钠的添加剂可有效分散浆体中的集聚体，破坏絮凝结构，使水泥颗粒得到更加充分的水化。
醇胺类化合物通过络合化学作用，使水泥基矿物细粉料分散再凝聚，提高混凝土浆体丰富程度，改善混凝土粘聚性；磺酸钠和硫酸钠通过屏蔽作用，抑制粘土的吸附与膨胀能力，提高水泥颗粒与水的有效接触面积；聚羧酸减水剂通过消弱水分子极性，消除混凝土大颗粒，增强微小颗粒数量；氢氧化钠通过晶格畸变作用，加快水化反应，减少水化产物晶体矿物数量。通过以上组分的结合能提高混凝土原材料与减水剂的相容性，发挥协同作用的同时，促进减水剂对水泥颗粒的有效吸附能力，扩大水泥颗粒的分散性，进一步增强减水剂的使用效果。具有能减少胶凝材料使用量、泌水和泵送摩擦阻力，而且提高混凝土的力学性能、分散性和体积稳定性的优点。
在另外一个实施例中，所述聚羧酸减水剂由包含以下的原料制出：甲基烯丙基聚氧乙烯醚、过氧化氢、甲基烯基磺酸钠、丙烯酸、亚硫酸氢钠和酸式盐催化剂。
在另外一个实施例中，所述十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烯基磺酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠和氢氧化钠的质量比为2:2:2:2:1:1。
在另外一个实施例中，所述主料包括如下以质量百分比计的组分：三乙醇胺30％、三异丙醇胺30％、聚合醇胺30％、聚羧酸减水剂5％和辅料5％。
在另外一个实施例中，所述主料包括如下以质量百分比计的组分：三乙醇胺27％、三异丙醇胺27％、聚合醇胺27％、聚羧酸减水剂7％和辅料12％。
本发明第二方面提出一种上述的混凝土减胶剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、根据主料与辅料的组成，按照质量百分比称取各组分，放置备用；
S2、将称量后的主料与辅料置于反应釜中，并加入为总原料重量50％的水，常温下搅拌2h-3h，得到混凝土减胶剂。
本发明第三方面提出了一种混凝土减胶剂的应用方法，应用如以上所述的混凝土减胶剂，将所述混凝土减胶剂加入到混凝土中，所述混凝土减胶剂的添加量为混凝土中胶凝材料质量的0.6％-0.8％。
下面对本发明的实施例作进一步说明。
实施例1：
一种混凝土减胶剂，其制备方法如下：
聚羧酸减水剂的制备：电子天秤依次称取质量百分数为70％甲基烯丙基聚氧乙烯醚、2％过氧化氢、5％甲基烯基磺酸钠、20％丙烯酸、2％亚硫酸氢钠和1％酸式盐催化剂,编号备用。称量完毕后将以上原料均倾倒于反应釜中，升温至100℃，并加入为总原料重量50％的水后开启反应釜电源，启动工作充分搅拌2h，冷却至室温，即得到聚羧酸减水剂。
电子天秤依次称取质量百分数为30％三乙醇胺、30％三异丙醇胺、30％聚合醇胺和5％聚羧酸减水剂，编号备用；再次依次称取1％十二烷基硫酸钠、1％烷基磺酸钠，1％烯基磺酸钠，1％硫酸钠、0.5％硫代硫酸钠与0.5％氢氧化钠，编号备用。称量完毕后将以上原料均倾倒于反应釜中，并加入为总原料重量50％的水后开启反应釜电源，启动工作充分搅拌3h，即得到混凝土减胶剂。
实施例2：
一种混凝土减胶剂，其制备方法如下：
与实施例1不同是的：
电子天秤依次称取质量百分数为27％三乙醇胺、27％三异丙醇胺、27％聚合醇胺和7％聚羧酸减水剂，编号备用；再次依次称取2.4％十二烷基硫酸钠、2.4％烷基磺酸钠，2.4％烯基磺酸钠，2.4％硫酸钠、1.2％硫代硫酸钠与1.2％氢氧化钠，编号备用。称量完毕后将以上原料均倾倒于反应釜中，并加入为总原料重量50％的水后开启反应釜电源，启动工作充分搅拌2h，即得到混凝土减胶剂。
实施例3：
与实施例1不同是的：
电子天秤依次称取质量百分数为28％三乙醇胺、28％三异丙醇胺、28％聚合醇胺和5％聚羧酸减水剂，编号备用；再次依次称取2.2％十二烷基硫酸钠、2.2％烷基磺酸钠，2.2％烯基磺酸钠，2.2％硫酸钠、1.1％硫代硫酸钠与1.1％氢氧化钠，编号备用。称量完毕后将以上原料均倾倒于反应釜中，并加入为总原料重量50％的水后开启反应釜电源，启动工作充分搅拌2h，即得到混凝土减胶剂。
实施例4：
与实施例1不同是的：
电子天秤依次称取质量百分数为26％三乙醇胺、26％三异丙醇胺、26％聚合醇胺和6％聚羧酸减水剂，编号备用；再次依次称取3.2％十二烷基硫酸钠、3.2％烷基磺酸钠，3.2％烯基磺酸钠，3.2％硫酸钠、1.6％硫代硫酸钠与1.6％氢氧化钠，编号备用。称量完毕后将以上原料均倾倒于反应釜中，并加入为总原料重量50％的水后开启反应釜电源，启动工作充分搅拌2h，即得到混凝土减胶剂。
实施例5：
与实施例1不同是的：
电子天秤依次称取质量百分数为28％三乙醇胺、29％三异丙醇胺、30％聚合醇胺和5％聚羧酸减水剂，编号备用；再次依次称取1.6％十二烷基硫酸钠、1.6％烷基磺酸钠，1.6％烯基磺酸钠，1.6％硫酸钠、0.8％硫代硫酸钠与0.8％氢氧化钠，编号备用。称量完毕后将以上原料均倾倒于反应釜中，并加入为总原料重量50％的水后开启反应釜电源，启动工作充分搅拌2h，即得到混凝土减胶剂。
试验例：
将本发明提供的混凝土减胶剂进行相应的试验测试。
以C30混凝土为试验对象，将实施例1-5制出的混凝土减胶剂应用到混凝土中，并以未添加任何外加剂的混凝土为基准例，以只添加了外加剂的混凝土为对比例。混凝土的配方比如表1所示，其中外加剂为聚羧酸减水剂。实施例1-5中的混凝土减胶剂的添加量均为混凝土中水泥质量的0.6％。
需要注意的是，所有试验例中，水泥和水所减少的用量，相应添加到砂和碎石的用量中，避免由于混凝土整体质量不一致而导致的性能测试结果的偏差。
表1为混凝土的配方比，单位kg/m3
| 类别 | 水泥 | 粉煤灰 | 水 | 砂 | 碎石 | 外加剂 | 减胶剂 |
| 基准例 | 250 | 90 | 170 | 845 | 1050 | 0 | 0 |
| 对比例 | 250 | 90 | 165 | 845 | 1060 | 6.6 | 0 |
| 实施例1 | 245 | 90 | 175 | 840 | 1060 | 6.6 | 1.47 |
| 实施例2 | 240 | 90 | 170 | 845 | 1065 | 6.6 | 1.44 |
| 实施例3 | 230 | 90 | 165 | 850 | 1075 | 6.6 | 1.38 |
| 实施例4 | 225 | 90 | 160 | 855 | 1080 | 6.6 | 1.35 |
| 实施例5 | 220 | 90 | 160 | 860 | 1080 | 6.6 | 1.32 |
按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》以及GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》对表1进行测试，结果如表2所示。
表2为各试验例制备出混凝土的性能测试结果表
从表2可以看出，各试验例抗压强度到28d都有所增强，其中未添加任何外加剂的基准例，易泌水，抗压度弱。只添加了减水剂的对比例，对混凝土性能有一定提高，但还存在部分水泥颗粒凝结成团的情况。随着混凝土的龄期增长，碳化速率变缓。本申请实施例碳化深度降低，混凝土强度较高。在水泥用量减少10％的情况下，加入本发明提供的混凝土减胶剂制出的混凝土各个性能均优于未添加任何外加剂及只添加了减水剂的试验例。在掺量仅为0.6％的情况下，本发明也能达到很好的效果，具体实施过程中，增加减胶剂的使用量，至少可减少水泥用量5％。实现原料的充分利用，节约成本，对环境污染程度大大降低。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种混凝土减胶剂，包括主料和辅料，其特征在于，
所述主料包括以质量百分比计的组分：三乙醇胺25％-30％、三异丙醇胺25％-30％、聚合醇胺25％-30％和聚羧酸减水剂5％-7％，所述辅料5％-18％；
所述辅料包括十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烯基磺酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠和氢氧化钠。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土减胶剂，其特征在于，所述聚羧酸减水剂由包含以下的原料制出：甲基烯丙基聚氧乙烯醚、过氧化氢、甲基烯基磺酸钠、丙烯酸、亚硫酸氢钠和酸式盐催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土减胶剂，其特征在于，所述十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烯基磺酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠和氢氧化钠的质量比为2:2:2:2:1:1。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土减胶剂，其特征在于，所述主料包括如下以质量百分比计的组分：三乙醇胺30％、三异丙醇胺30％、聚合醇胺30％、聚羧酸减水剂5％和辅料5％。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土减胶剂，其特征在于，所述主料包括如下以质量百分比计的组分：三乙醇胺27％、三异丙醇胺27％、聚合醇胺27％、聚羧酸减水剂7％和辅料12％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的混凝土减胶剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据主料与辅料的组成，按照质量百分比称取各组分，放置备用；
S2、将称量后的主料与辅料置于反应釜中，并加入为总原料重量50％的水，常温下搅拌2h-3h，得到混凝土减胶剂。
7.一种混凝土减胶剂的应用方法，其特征在于，应用如权利要求1-5任一项所述的混凝土减胶剂，将所述混凝土减胶剂加入到混凝土中，所述混凝土减胶剂的添加量为混凝土中胶凝材料质量的0.6％-0.8％。
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