CN113105167A - 一种混凝土的预拌工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土的预拌工艺，按重量份计，将45份的超支化聚乙烯亚胺、35份的季铵盐和5份的瓜尔胶复配制得混凝土抗絮凝剂，先用水对砂石进行清洗，将砂石与清洗砂石的泥水分离，泥水用高分子絮凝剂水溶液在流水线上进行沉降和压滤，并分离出水，将清洗后的砂石和胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌；如果砂石是用水清洗的，直接投加配合比的水，最后向搅拌锅内投加1.0～2.0％的聚羧酸减水剂继续搅拌60～90s后停止搅拌即可；如果是用分离水清洗的砂石，取配合比的混凝土抗絮凝剂，并将其配置成1％浓度的水溶液投加于搅拌锅内，再投加配合比的水搅拌30s后，向搅拌锅内投加1.0～2.0％的聚羧酸减水剂继续搅拌60～90s后停止搅拌即可。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土的拌制技术领域，具体为一种混凝土的预拌工艺。
背景技术
目前，外加剂技术服务人员在做混凝土适配时发现混凝土坍落度损失很快，新拌的混凝土出机10分钟之后就失去了流动性，即使提高外加剂掺量、提高保坍剂和缓凝剂用量也得不到有效改善。
聚丙烯酰胺的常规降解方式有化学降解、热降解、生物降解和机械降解。化学降解是通过氧化还原试剂或暴晒使聚丙烯酰胺主链断裂；热降解是在热作用下使主链断裂，通常温度要高于50℃；生物降解是利用微生物侵蚀导致聚合物发生断裂或氧化；机械降解是通过外界作用，比如机械的强搅拌高剪切破坏分子结构。相比而言，暴晒降解是最简单的方式，但是基于目前原材料紧缺，砂石供不应求的情况，一般都是用洗完之后直接就使用。另外，聚丙烯酰胺化学活性不高，要使其主链断裂或酰胺基团发生反应需要一定的温度和一定浓度的化学试剂，不适用于大生产。
专利申请号为201810457660.0的发明专利公开了一种污水处理材料及其制备方法，该专利中通过聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺有效的絮凝有机物、磷和氮等污染物，显而易见的，该专利考虑的是利用聚乙烯亚胺絮凝有机物、磷和氮等污染物。
专利申请号为201711257125.2的发明专利公开了一种混凝土抗裂剂的制备方法，该专利中利用阴离子聚丙烯酰胺对颗粒进行包裹，浸润，吸附游离的钙离子，与抗裂剂中的物质形成硅酸钙凝胶，对缝隙进行填充，增加了抗裂剂的效果，显而易见的，该专利考虑的是利用阴离子聚丙烯酰胺增加抗裂剂的效果。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，发明人进一步的设计研究，根据聚丙烯酰胺分子结构特点，通过分子中和电荷，以及聚丙烯酰胺降解机理，提供了一种混凝土的预拌工艺，解决水洗砂中阴离子聚丙烯酰胺对混凝土的影响，消除阴离子聚丙烯酰胺对混凝土的负面影响，恢复水洗砂混凝土正常的工作性能和施工性能，提高混凝土抗压强度、弯曲韧性和抗渗性。
具体的，本发明的目的是这样实现的：
一种混凝土的预拌工艺，包括以下步骤：
步骤1、砂石的清洗：先用水对砂石进行清洗，将砂石与清洗砂石的泥水分离，泥水用高分子絮凝剂水溶液在流水线上进行沉降和压滤，并分离出水；
步骤2、将清洗后的砂石和胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌；
步骤3、依次投加配合比的水和聚羧酸减水剂，继续搅拌60～90s后停止搅拌即可；
为了节约用水将步骤1中分离出的水多次循环引入待清洗砂石中对待清洗砂石进行清洗；
步骤1中分离出的水中残留有高分子絮凝剂；
将用循环水清洗后的砂石和胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌后，先向搅拌锅内投加混凝土抗絮凝剂水溶液，再投加配合比的水搅拌30s后，最后投加聚羧酸减水剂；
所述高分子絮凝剂为大分子的阴离子聚丙烯酰胺；
所述混凝土抗絮凝剂按重量份计，由30～55份的超支化聚乙烯亚胺、27～60份的季铵盐和0.5～5份的瓜尔胶复配制得；
先投加混凝土抗絮凝剂之后再投加聚羧酸减水剂，使所述混凝土抗絮凝剂内的阳离子充分中和砂石内残留的阴离子聚丙烯酰胺，避免所述混凝土抗絮凝剂内的阳离子先与聚羧酸减水剂发生吸附络合，影响抗絮凝剂的功效，影响减水剂性能。
进一步的，所述混凝土抗絮凝剂水溶液的浓度为1％。
进一步的，针对每方水洗砂石中阴离子聚丙烯酰胺的残留量，所述混凝土抗絮凝剂的投加比例为1：100。
进一步的，所述季铵盐为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、二己基二烯丙基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基乙基二甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和3-丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵中的一种或几种。
进一步的，所述超支化聚乙烯亚胺的分子量为25000，pH值在8～11之间。
进一步的，所述瓜尔胶的分子量在100～200万之间。
本发明的机理：
针对混凝土适配时的混凝土坍落度损失快，新拌混凝土出机后在10分钟后便失去流动性，即使提高外加剂掺量、提高保坍剂和缓凝剂用量也得不到有效改善的特点，经过对原材料的排查，最终锁定了坍落度损失快的根源在于水洗砂中残留的大分子阴离子聚丙烯酰胺。
聚丙烯酰胺对混凝土的工作性能影响极大，少量的聚丙烯酰胺可以解决混凝土泌水、离析以及开裂问题，改善混凝土黏聚性和保水性，在大坍落度混凝土中避免粗细骨料的分离，提高混凝土抗压强度、弯曲韧性、粘结强度，降低压折比、渗透性和收缩性。过量的聚丙烯酰胺则会造成混凝土出机坍落度损失快，对外加剂吸附大，这就要求混凝土外加剂掺量要高，保坍剂用量也要高，造成外加剂成本大幅度上升。
在砂石的清洗过程中，为了节约用水，将清洗砂石的泥水用高分子絮凝剂水溶液在流水线上进行沉降和压滤，并分离出水，将分离出的水多次循环引入待清洗砂石中对待清洗砂石进行清洗，此时，循环水中残留的阴离子聚丙烯酰胺分子的会进入到成品砂、石材料中，由于阴离子聚丙烯酰胺中含有的酰胺基可以和胶凝材料亲和、吸附、形成氢键，这就使阴离子聚丙烯酰胺分子能在吸附的粒子之间形成架桥，使水泥颗粒絮团，影响水泥颗粒和水分子之间的作用力，影响减水组分对水泥的分散作用，从而影响混凝土减水性能及保坍性能。
该混凝土抗絮凝剂中的超支化聚乙烯亚胺、季铵盐、瓜尔胶都是阳离子，阳离子所带的高密度正电荷可以抑制阴离子聚丙烯酰胺中阴离子的电斥力，导致阴离子聚丙烯酰胺分子线团发生卷曲，导致阴离子聚丙烯酰胺分子间引力平衡被破坏，出现链断裂，消除了残留的阴离子聚丙烯酰胺对水泥颗粒的吸附絮团。
超支化聚乙烯亚胺是一种高度支化的高密度阳离子聚合物，在水中以聚合阳离子存在，可以中和和吸附阴离子聚丙烯酰胺；超支化聚乙烯亚胺的pH值在8～11之间，碱性的环境能加快阴离子聚丙烯酰胺的降解；且超支化聚乙烯亚胺较小的分子尺寸，大量短支链的存在以及分子链本身及分子之间的无缠绕性，加大了聚乙烯亚胺对聚丙烯酰胺的接触面，可降低阴离子聚丙烯酰胺对水泥颗粒及聚羧酸减水剂的负面影响。
季铵盐在碱性环境中分子链可充分伸展，能更加充分地吸附阴离子聚丙烯酰胺，同时能吸附在带负电荷的水泥矿物表面，更好地分散水泥颗粒，其吸附机理与聚丙烯酰胺的吸附架桥机理不同，所以季铵盐既可以中和阴离子聚丙烯酰胺，同时起到了分散水泥颗粒的作用，且与减水和保坍成分有叠加作用。
分子量在100～200万之间的瓜尔胶是一种阳离子水溶性高分子聚合物，可以很好的中和阴离子聚丙烯酰胺电荷。
由于不同的砂石材料中的泥土含量不同，在对泥水进行沉降和压滤时所需的阴离子聚丙烯酰胺水溶液的浓度不同，且循环水中的阴离子聚丙烯酰胺的残留量也不同，所以在对泥水进行沉降和压滤时所需的阴离子聚丙烯酰胺水溶液的浓度很难把握，清洗后的砂石材料中的阴离子聚丙烯酰胺的含量也很难把握。最终通过在还没投加聚羧酸减水剂的水洗砂石混凝土的搅拌过程中加入浓度为1％的混凝土抗絮凝剂，可以有效的中和水洗砂中残留的阴离子聚丙烯酰胺。
本发明制备的混凝土抗絮凝剂需要在使用之前将其配置成1％浓度的水溶液，且该混凝土抗絮凝剂水溶液需与混凝土干料共混之后再加入聚羧酸减水剂。该混凝土抗絮凝剂若与聚羧酸减水剂复配同时加入混凝土中，阳离子会与聚羧酸减水剂先发生吸附络合，不仅失去抗絮凝剂的功效，还会影响减水剂性能。
本发明的有益效果：
本发明中该抗絮凝剂的利用可以消除水洗砂中残留的阴离子聚丙烯酰胺对混凝土的负面影响，恢复水洗砂混凝土正常的工作性能和施工性能，提高混凝土抗压强度、弯曲韧性和抗渗性。且超支化聚乙烯亚胺、季铵盐、瓜尔胶本身均对混凝土没有负面影响。
该混凝土抗絮凝剂可以降低聚羧酸减水剂掺量，降低保坍剂用量，经济环保，使用方便。
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了，下面结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
以下实施方式中所述重量份数的每份可以是1kg。
一种混凝土的预拌工艺，包括以下步骤：
步骤1、砂石的清洗：先用水对砂石进行清洗，将砂石与清洗砂石的泥水分离，泥水用高分子絮凝剂水溶液在流水线上进行沉降和压滤，并分离出水；
步骤2、将清洗后的砂石和胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌；
步骤3、依次投加配合比的水和聚羧酸减水剂，继续搅拌60～90s后停止搅拌即可；
为了节约用水将步骤1中分离出的水多次循环引入待清洗砂石中对待清洗砂石进行清洗；
步骤1中分离出的水中残留有高分子絮凝剂；
将用循环水清洗后的砂石和胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌后，先向搅拌锅内投加混凝土抗絮凝剂水溶液，再投加配合比的水搅拌30s后，最后投加聚羧酸减水剂；
所述高分子絮凝剂为大分子的阴离子聚丙烯酰胺；
所述混凝土抗絮凝剂按重量份计，由30～55份的超支化聚乙烯亚胺、27～60份的季铵盐和0.5～5份的瓜尔胶复配制得；
先投加混凝土抗絮凝剂之后再投加聚羧酸减水剂，使所述混凝土抗絮凝剂内的阳离子充分中和砂石内残留的阴离子聚丙烯酰胺，避免所述混凝土抗絮凝剂内的阳离子先与聚羧酸减水剂发生吸附络合，影响抗絮凝剂的功效，影响减水剂性能。
所述混凝土抗絮凝剂水溶液的浓度为1％。
针对每方水洗砂石中阴离子聚丙烯酰胺的残留量，所述混凝土抗絮凝剂的投加比例为1：100。
所述季铵盐为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、二己基二烯丙基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基乙基二甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和3-丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵中的一种或几种。
所述超支化聚乙烯亚胺的分子量为25000，pH值在8～11之间。
所述瓜尔胶的分子量在100～200万之间。
实施例1
一种混凝土的预拌工艺，包括以下步骤：
步骤1、先用水对砂石进行清洗，将砂石与清洗砂石的泥水分离，泥水用高分子絮凝剂水溶液在流水线上进行沉降和压滤，并分离出水。
步骤2、将清洗后的砂石和胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌，并投加配合比的水。
步骤3、向搅拌锅内投加1.0～2.0％的聚羧酸减水剂继续搅拌60～90s后停止搅拌即可。
实施例2
一种混凝土的预拌工艺，包括以下步骤：
步骤1、按重量份计，将55份的超支化聚乙烯亚胺、27份的季铵盐和2.5份的瓜尔胶复配制得混凝土抗絮凝剂。
步骤2、将砂石用之前清洗砂石的分离水进行清洗，将砂石与清洗砂石的泥水分离，泥水用高分子絮凝剂水溶液在流水线上进行沉降和压滤，并分离出水。
步骤3、将清洗后的砂石和胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌。
步骤4、取配合比的混凝土抗絮凝剂，并将其配置成1％浓度的水溶液。
步骤5、向搅拌锅内投加混凝土抗絮凝剂水溶液，再投加配合比的水搅拌30s。
步骤6、搅拌30s后，向搅拌锅内投加1.0～2.0％的聚羧酸减水剂继续搅拌60～90s后停止搅拌即可。
实施例3
一种混凝土的预拌工艺，包括以下步骤：
步骤1、按重量份计，将30份的超支化聚乙烯亚胺、60份的季铵盐和0.5份的瓜尔胶复配制得混凝土抗絮凝剂。
步骤2、将砂石用之前清洗砂石的分离水进行清洗，将砂石与清洗砂石的泥水分离，泥水用高分子絮凝剂水溶液在流水线上进行沉降和压滤，并分离出水。
步骤3、将清洗后的砂石和胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌。
步骤4、取配合比的混凝土抗絮凝剂，并将其配置成1％浓度的水溶液。
步骤5、向搅拌锅内投加混凝土抗絮凝剂水溶液，再投加配合比的水搅拌30s。
步骤6、搅拌30s后，向搅拌锅内投加1.0～2.0％的聚羧酸减水剂继续搅拌60～90s后停止搅拌即可。
实施例4
一种混凝土的预拌工艺，包括以下步骤：
步骤1、按重量份计，将45份的超支化聚乙烯亚胺、35份的季铵盐和5份的瓜尔胶复配制得混凝土抗絮凝剂。
步骤2、将砂石用之前清洗砂石的分离水进行清洗，将砂石与清洗砂石的泥水分离，泥水用高分子絮凝剂水溶液在流水线上进行沉降和压滤，并分离出水。
步骤3、将清洗后的砂石和胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌。
步骤4、取配合比的混凝土抗絮凝剂，并将其配置成1％浓度的水溶液。
步骤5、向搅拌锅内投加混凝土抗絮凝剂水溶液，再投加配合比的水搅拌30s。
步骤6、搅拌30s后，向搅拌锅内投加1.0～2.0％的聚羧酸减水剂继续搅拌60～90s后停止搅拌即可。
对实施例2～4所制备的混凝土抗絮凝剂进行性能测试：
首先，需确定聚丙烯酰胺PAC对混凝土性能的影响，其次，再确定该混凝土抗絮凝剂对水洗砂石混凝土工作性能的影响。
为了更准确的检测聚丙烯酰胺PAC对混凝土性能的影响，本测试采用直加聚丙烯酰胺PAC的方式验证，其中，聚丙烯酰胺PAC的掺量是指在每方水洗砂石混凝土中的掺入量，聚丙烯酰胺PAC选自山东宝莫生物化工有限公司产品，为阴离子，分子量为1200万，且外加剂的掺量为2.0％。表1为水洗砂石混凝土的配合比，表2为外加剂的复配方式，则聚丙烯酰胺PAC的不同掺量对混凝土性能的影响如表3。
表1
表2
| 编号 | 减水母液/g | 保坍母液/g | 水/g |
| 101 | 100 | 30 | 870 |
| 102 | 100 | 60 | 840 |
表3
由表3可得，当水洗砂石混凝土中的阴离子聚丙烯酰胺含量不高于100mg时，阴离子聚丙烯酰胺可以改善水洗砂石混凝土的包裹性，对水洗砂石混凝土无负面影响，但是，当水洗砂石混凝土中的阴离子聚丙烯酰胺含量高于100mg时，阴离子聚丙烯酰胺不仅会影响水洗砂石混凝土的初始减水，还会严重影响水洗砂石混凝土的坍落度损失。
聚丙烯酰胺对混凝土的工作性能影响极大，少量的掺入可以解决混凝土泌水、离析以及开裂问题，改善混凝土黏聚性和保水性，在大坍落度混凝土中避免粗细骨料的分离，提高混凝土抗压强度、弯曲韧性、粘结强度，降低压折比、渗透性和收缩性。过量的掺入则会造成混凝土出机坍落度损失快，对外加剂吸附大，这就要求混凝土外加剂掺量要高，保坍剂用量也要高，造成外加剂成本大幅度上升。
混凝土抗絮凝剂对水洗砂石混凝土工作性能的影响如表4。其中，在每方水洗砂石中，阴离子聚丙烯酰胺的掺入量为400mg，1％浓度的混凝土抗絮凝剂水溶液的掺入量为4kg,水洗砂石混凝土配合比的用水量需减少4kg。
表4
由表4可得，在含阴离子聚丙烯酰胺的混凝土中加入1％浓度的该混凝土抗絮凝剂水溶液以后，水洗砂石混凝土的初始减水和保坍性能都有了明显改善，将所含阴离子聚丙烯酰胺的负影响降至最低，恢复了混凝土正常的工作性能。
当每方水洗砂石中阴离子聚丙烯酰胺掺入量为400mg，外加剂选用为101-2.0％，混凝土抗絮凝剂为实施例1中复配的混凝土抗絮凝剂时，在混凝土的预拌工艺中，将混凝土抗絮凝剂添加于不同工艺环节所生产的混凝土的工作性能如表5。
表5
由表5可得，该混凝土抗絮凝剂的最佳使用方法是：先与水洗砂石混凝土干料和水搅拌30秒后再加入聚羧酸减水剂。且由表5可得，针对每方水洗砂石中阴离子聚丙烯酰胺的残留量，所述混凝土抗絮凝剂的投加比例为1：100。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (6)
1.一种混凝土的预拌工艺，包括以下步骤：
步骤1、砂石的清洗：先用水对砂石进行清洗，将砂石与清洗砂石的泥水分离，泥水用高分子絮凝剂水溶液在流水线上进行沉降和压滤，并分离出水；
步骤2、将清洗后的砂石和胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌；
步骤3、依次投加配合比的水和聚羧酸减水剂，继续搅拌60～90s后停止搅拌即可；
其特征在于：
为了节约用水将步骤1中分离出的水多次循环引入待清洗砂石中对待清洗砂石进行清洗；
步骤1中分离出的水中残留有高分子絮凝剂；
将用循环水清洗后的砂石与胶凝材料按配合比投放于搅拌锅内，开启搅拌器进行搅拌后，先向搅拌锅内投加混凝土抗絮凝剂水溶液，再投加配合比的水搅拌30s后，最后投加聚羧酸减水剂；
所述高分子絮凝剂为大分子的阴离子聚丙烯酰胺；
所述混凝土抗絮凝剂按重量份计，由30～55份的超支化聚乙烯亚胺、27～60份的季铵盐和0.5～5份的瓜尔胶复配制得；
先投加混凝土抗絮凝剂之后再投加聚羧酸减水剂，使所述混凝土抗絮凝剂内的阳离子充分中和砂石内残留的阴离子聚丙烯酰胺，避免所述混凝土抗絮凝剂内的阳离子先与聚羧酸减水剂发生吸附络合，影响抗絮凝剂的功效，影响减水剂性能。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土的预拌工艺，其特征在于，所述混凝土抗絮凝剂水溶液的浓度为1％。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土的预拌工艺，其特征在于，针对每方水洗砂石中阴离子聚丙烯酰胺的残留量，所述混凝土抗絮凝剂的投加比例为1：100。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土的预拌工艺，其特征在于，所述季铵盐为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、二己基二烯丙基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基乙基二甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和3-丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土的预拌工艺，其特征在于，所述超支化聚乙烯亚胺的分子量为25000，pH值在8～11之间。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土的预拌工艺，其特征在于，所述瓜尔胶的分子量在100～200万之间。
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