CN113955970B - 一种混凝土掺合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及建筑材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种混凝土掺合料及其制备方法，所述掺合料由包含以下重量份的原料制成：20‑35份废渣、10‑20份天然纤维、10‑15份硫酸盐、3‑8份改性剂，本申请通过通过加入改性剂，提高掺合料中各原料的分散性，且使掺合料具有较好的粘合性，使得到的混凝土凝固后具有较高的强度，提高混凝土的耐久性。

Description

一种混凝土掺合料及其制备方法

技术领域

本申请涉及建筑材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种混凝土掺合料及其制备方法。

背景技术

混凝土一般是由胶凝材料、骨料、水以及外加剂或掺合料进行混合得到，通过充分搅拌均匀，使混凝土硬化形成人工石材，混凝土的原料丰富、价格低廉、生产工艺简单，并在建筑行业广泛应用。

混凝土施工使用一般需要将凝胶材料、骨料以及掺合料混合均匀后，再送往加入施工地点，到施工现场后，加入一定量的水便可以搅拌形成混凝土，便于使用混凝土进行施工，施工后的混凝土凝结成型。但目前的混凝土凝固后仍然存在开裂的问题，使混凝土的耐久性降低。

发明内容

为了减少混凝土凝固后裂的问题，提高混凝土耐久性，本申请提供一种混凝土掺合料及其制备方法。

第一方面，本申请提供的一种混凝土掺合料，采用如下的技术方案：

一种混凝土掺合料，所述掺合料由包含以下重量份的原料制成：

废渣：20-35份

天然纤维：10-20份

硫酸盐:10-15份

分散剂：0.2-0.5份

改性剂：3-8份。

通过上述技术方案，该原料的组成均为本申请较佳的原料组合；该原料的重量份为本申请较佳原料的重量份范围；其中，废渣具有填充和粘结作用，天然纤维含有大量的纤维，通过废渣和天然纤维加入掺合料中，起到填充的作用，该掺合料用于混凝土，能够提高混凝土凝结后的强度；硫酸盐作为缓凝剂，硫酸盐加入掺合料中，并将该掺合料用于混凝土，能够减缓混凝土的凝结，起到调节混凝土凝结速度的作用。

分散剂具有较好分散作用，通过在掺合料中加入分散剂，使提高掺合料的分散作用，进而使掺合料均匀分散于混凝土的原料中，进而提高混凝土凝结后的强度；改性剂具有高粘结性的特性，通过将改性剂加入掺合料中，得到掺合料用于混凝土，使当混凝土凝结后获得较高的强度，减少混凝土凝结后开裂，提高混凝土的耐久性。

优选的，所述改性剂由包含以下重量份的原料混合组成：氢氧化钠3-5份、偏硅酸钠2-5份、粘合剂3-5份。

改性剂的原料组成以及原料的重量份，均为本申请较佳的原料及重量份，其中，氢氧化钠提供碱性，偏硅酸钠能够调制耐酸砂浆且可作为水泥的促凝剂；粘合剂具有粘合作用，提高各原料之间的粘结作用，使用得到的改性剂至掺合料中，再将该掺合料用于混凝土中，能提高混凝土中各原料之间的粘结性，进而提高混凝土凝固后的强度，减少混凝土凝结后的开裂现象。

优选的，所述粘合剂由聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和改性羧甲基纤维素以重量之比为1:1-1.2:2-3混合得到。

该比例范围的聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和改性羧甲基纤维素为本申请较佳比例范围。聚乙烯醇具有独特的强力粘结性、柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、气体阻绝性以及耐磨性；聚乙烯基吡咯烷酮具有较好的增稠性、润滑及粘结性的优点，改性羧甲基纤维素具有较好的粘结性、增稠以及保水作用，聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮以及改性羧甲基纤维素协同作用，使改性剂具有较好的粘结性，该改性剂用于掺合料中，再通过该掺合料用于混凝土中，能够提高混凝土中的各原料之间粘结度，进而提高凝固后混凝土的强度，减少混凝土凝结后的开裂情况，提高混凝土的耐久性。

优选的，一种混凝土掺合料的制备，包括以下步骤：

步骤1：称取20-30重量份羧甲基纤维素，烘干6-12h，得到干燥的羧甲基纤维素；

步骤2：称取100-150重量份质量分数为75-85％的浓硫酸和2.5-3.5重量份柠檬酸，分2-3批次加入步骤1中得到的干燥的羧甲基纤维素，每批次加入混合均匀后，再加入下一批次，加热至75-80℃，反应3-5h，过滤，烘干，得到混合物A；

步骤3：称取80-120重量份质量分数为40-50％的乙二酸溶液和，0.3-0.5重量份过硫酸钠，加入步骤2得到的混合物A中，加热至65-75℃，反应1-2h，用质量分数为50-60％的乙醇溶液进行冲洗，过滤，烘干，得到改性羧甲基纤维。

通过上述技术方案，由于羧甲基纤维素容易吸水，烘干减少羧基纤维素的水分含量，羧甲基纤维素中含有羟基，通过加入柠檬酸，柠檬酸含有一个羟基和三个羧基，在浓硫酸的催化作用下，使柠檬酸的三个羧基与羧甲基纤维素钠的羟基进行反应，形成大分子的柠檬酸-甲基纤维素钠化合物，进一步加入乙二酸，该乙二酸含有两个羧基，在硫酸钠的催化作用下乙二酸的羧基与柠檬酸-甲基纤维素钠聚合物中的羟基进行反应，得到改性羧甲基纤维素。

通过分批次加入干燥的羧甲基纤维素，使羧甲基纤维素与柠檬酸充分混合，通过改性后的改性羧甲基纤维素形成大分子网化合物，提高改性羧甲基纤维素的粘结性，使粘合剂的粘结性提高，通过加入该粘合剂得到的改性剂的粘合性提高，进而使掺合料具有较好的粘结性，使得通过掺合料得到的混凝土，经凝结后混凝土具有较高的强度，减少混凝土凝结后开裂的情况，提高混凝土的耐久性。

优选的，所述高分子分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和/或聚丙烯酸铵。

脂肪醇聚氧乙烯醚是非离子表面活性剂，具有稳定性较高，水溶性较好、耐电解质、易于生物降解以及泡沫小的优点。聚丙烯酸铵是一种有机高分子分散剂，具有絮凝、增稠、耐剪切、降阻以及分散等优点，通过脂肪醇聚氧乙烯醚和聚丙烯酸铵的分散作用，能提高掺合料的分散剂，并使得到的掺合料均匀分散于混凝土中，使混凝土中的各原料混合均匀。

优选的，所述天然纤维为桉树皮和/或玉米杆。

该桉树皮和玉米杆均具有来源广泛、可再生、天然环保、价格低廉、含有大量的纤维的优点，通过桉树皮和玉米杆填充至掺合料中，并将该掺合料用于混凝土，能够降低混凝土凝结后的脆性，提高混凝土凝结后的强度，提高混凝土的耐久性。

优选的，所述废渣为粉煤灰和/或尾矿。

根据上述技术方案，粉煤灰中含有大量氧化物和硅酸，能够减少水泥的用量和节省成本，使得到的掺合料用于混凝土中，增强混凝土中各原料的粘结性，提高凝结后的混凝土的强度，进而提高混凝土的耐久性。

优选的，所述硫酸盐为柠檬酸石膏和\或硫酸钙，均能够作为水泥的阻滞剂，调节水泥的凝结时间。

优选的，所述改性剂的制备，包括如下步骤：

步骤一：以重量之比为1:1-1.2:2-3进行称取聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和改性羧甲基纤维素，混合均匀，再加入水，搅拌溶解，烘干6-12h，粉碎，过筛100-150目，得到混合料A；

步骤二：称取3-5份氢氧化钠和2-5份偏硅酸钠，加入步骤一得到的混合料A中，混合均匀，得到改性剂。

通过将聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和改性羧甲基纤维素进行混合后，再加入水，使聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和改性羧甲基纤维素混合均匀，再进行脱水干燥，形成粉末状，再与其他原料混合，得到改性剂。

第二方面，本申请提供的一种混凝土掺合料的制备方法，包括如下步骤：

S1：按照重量份计，称取10-20份天然纤维，烘干6-8h，粉碎，过筛100-200目，得到干燥的天然纤维；

S2：按照重量份计，称取20-35份废渣、3-8份改性剂、0.2-0.5份分散剂以及10-15份硫酸盐，加入步骤S1得到的混合物Ⅰ，混合均匀，得到混凝土掺合料。

通过将天然纤维进行干燥，减少天然纤维中的水份，同时通过粉碎，使天然纤维更容易混合于其他原料中，得到混凝土掺合料。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请通过加入改性剂，使得到的掺合料具有较好的粘结性，进而将该掺合料用于混凝土中，能增强混凝土凝结的强度，提高混凝土的耐久性。

2、本申请的通过加入聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮以及改性羧甲基纤维素，使混合得到的粘结剂具有较强的粘结作用，通过该粘结剂得到的掺合料，再用于混凝土中，使凝结后的混凝土具有较高的强度，进而提高混凝土的耐久性。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

表1原料的来源

表1中的原料厂家型号，均为实验过程中的助剂具体选择，用于支撑本申请的制备例和实施例，但在实际中，混凝土掺合料的制备的原料，不仅限于来源于上述厂家型号。

改性羧甲基纤维素的制备例

制备例1

一种改性羧甲基纤维素的制备，包括以下步骤：

步骤1：称取300g羧甲基纤维素，放入50℃的烘箱中进行烘干12h，得到干燥的羧甲基纤维素；

步骤2：称取1500g质量分数为85％的浓硫酸和35g柠檬酸，与步骤1得到的干燥的羧甲基纤维素，一并加入至带有回流冷凝管的三口瓶中，其中，分3批次加入干燥的羧甲基纤维素，每批次加入后，在加热磁力搅拌套的作用下，进行搅拌均匀，再加入下一批次，全部加完后，加热至80℃，反应5h，用水冲洗，过滤，将滤渣放入50℃的烘箱中进行烘干，得到混合物A；

步骤3：称取1200g质量分数为50％的乙二酸溶液溶液和5g过硫酸钠，与加入步骤2中得到的混合物A，一并加入至带有回流冷凝管的三口瓶中，加热至75℃，反应2h，用质量分数为60％的乙醇溶液进行冲洗，过滤，将滤渣放入50℃的烘箱中进行烘干，得到改性羧甲基纤维素。

制备例2

一种改性羧甲基纤维素的制备，包括以下步骤：

步骤1：称取250g羧甲基纤维素，放入50℃的烘箱中进行烘干8h，得到干燥的羧甲基纤维素；

步骤2：称取1200g质量分数为80％的浓硫酸和30g柠檬酸，与步骤1得到的干燥的羧甲基纤维素，一并加入至带有回流冷凝管的三口瓶中，其中，分3批次加入干燥的羧甲基纤维素，每批次加入后，在加热磁力搅拌套的作用下，进行搅拌均匀，再加入下一批次，全部加完后，加热至77℃，反应4h，用水冲洗，过滤，将滤渣放入50℃的烘箱中进行烘干，得到混合物A；

步骤3：称取1000g质量分数为45％的乙二酸溶液溶液和4g过硫酸钠，与加入步骤2中得到的混合物A，一并加入至带有回流冷凝管的三口瓶中，加热至70℃，反应1.5h，用质量分数为55％的乙醇溶液进行冲洗，过滤，将滤渣放入50℃的烘箱中进行烘干，得到改性羧甲基纤维素。

制备例3

一种改性羧甲基纤维素的制备，包括以下制备步骤：

步骤1：称取200g羧甲基纤维素，放入50℃的烘箱中进行烘干6h，得到干燥的羧甲基纤维素；

步骤2：称取1000g质量分数为75％的浓硫酸和25g柠檬酸，与步骤1得到的干燥的羧甲基纤维素，一并加入至带有回流冷凝管的三口瓶中，其中，分2批次加入干燥的羧甲基纤维素，每批次加入混合均匀后，在加热磁力搅拌套的作用下，进行搅拌均匀，再加入下一批次，全部加完后，加热至75℃，反应3h，用水冲洗，过滤，将滤渣放入50℃的烘箱中进行烘干，得到混合物A；

步骤3：称取800g质量分数为40％的乙二酸溶液溶液和3g过硫酸钠，与加入步骤2中得到的混合物A，一并加入至带有回流冷凝管的三口瓶中，加热至65℃，反应1h，用质量分数为50％的乙醇溶液进行冲洗，过滤，将滤渣放入50℃的烘箱中进行烘干，得到改性羧甲基纤维素。

制备对比例1

一种改性羧甲基纤维素的制备，包括以下步骤：

步骤1：称取250g羧甲基纤维素，放入50℃的烘箱中进行烘干12h，得到干燥的羧甲基纤维素；

步骤2：称取1200g质量分数为80％的浓硫酸和30g柠檬酸，与步骤1得到的干燥的羧甲基纤维素，一并加入至带有回流冷凝管的三口瓶中，其中，分3批次加入干燥的羧甲基纤维素，每批次加入后，在加热磁力搅拌套的作用下，进行搅拌均匀，再加入下一批次，全部加完后，加热至77℃，反应4h，用水冲洗，过滤，将滤渣放入50℃的烘箱中进行烘干，得到改性羧甲基纤维素。

制备对比例2

一种改性羧甲基纤维素的制备，包括以下制备步骤：

步骤1：称取250g羧甲基纤维素，放入50℃的烘箱中进行烘干12h，得到干燥的羧甲基纤维素；称取800g质量分数为40％的乙二酸溶液溶液、3g过硫酸钠以及25g柠檬酸，一并加入至带有回流冷凝管的三口瓶中，加热至70℃，反应1.5h，用质量分数为50％的乙醇溶液进行冲洗，过滤，将滤渣放入50℃的烘箱中进行烘干，得到混合物A，

步骤2：称取1200g质量分数为80％的浓硫酸，与步骤1得到的干燥的混合物A，一并加入至带有回流冷凝管的三口瓶中，其中，分3批次加入干燥的羧甲基纤维素，每批次加入混合均匀后，在加热磁力搅拌套的作用下，进行搅拌均匀，再加入下一批次，全部加完后，加热至77℃，反应4h，用水冲洗，过滤，将滤渣放入50℃的烘箱中进行烘干，得到改性羧甲基纤维素钠。

实施例

实施例1

一种混凝土掺合料的制备方法，包括如下步骤：

S1：按照重量份计，称取6Kg桉树皮和9Kg玉米杆，放入50℃的烘箱中进行干燥7h，并放入粉碎机中进行粉碎，过筛200目，得到干燥的天然纤维；0.37Kg聚乙烯醇、0.39Kg聚乙烯基吡咯烷酮、0.94Kg改性羧甲基纤维素、0.2Kg脂肪醇聚氧乙烯醚以及0.1Kg聚丙烯酸铵，混合均匀，放入50℃烘箱中进行干燥，再放入粉碎机进行粉碎，过筛150目，得到混合料A；

S2：按照重量份计，称取10Kg煤矿灰、20Kg尾矿、5Kg柠檬酸石膏、7Kg硫酸钙、1.7Kg氢氧化钠以及1.25Kg偏硅酸钠，加入步骤S1得到的混合物Ⅰ和混合料A，混合均匀，得到混凝土掺合料。

实施例2-7

实施例2-7与实施例1不同之处在于各原料的含量不同；

表2实施例1-7各原料的含量(Kg)

对比例

对比例1

对比例1与实施例3的不同之处在于：改性羧甲基纤维素等量替换为羧甲基纤维素。

对比例2

对比例1与实施例4的不同之处在于：改性羧甲基纤维素等量替换为聚乙烯醇。

应用例

应用例1-9

应用例1-9将实施例1-7和对比例1-2中得到的掺合料，与水、砂石进行混合，其中掺合料78Kg、200Kg水泥、1260Kg砂石以及130Kg水，搅拌混合均匀，将得到的混凝土放入模具中，进行凝固，再进行性能测试，试验数据如表3所述。

性能检测试验

检测方法

1、强度

根据国家标准GB/T 17671-2020进行检测。

表3应用例1-9的实验数据

结合应用例8和应用例3并结合表3可以看出，应用例8的强度比应用例3的强度差，应用例3中采用改性羧甲基纤维素进行混合得到的掺合料，并作用于混凝土中，起到粘结作用，对比例1采用羧甲基纤维素进行混合得到的掺合料，用于混凝土中的粘结性好，说明本申请的改性羧甲基纤维具有较好的粘结性，使混合得到的掺合料作用于混凝土，提高混凝土凝结后的强度，不易开裂，进而提混凝土的耐久性。

结合应用例9和应用例4并结合表3可以看出，应用例9的强度比应用例4的强度差，实施例4中采用改性羧甲基纤维素进行混合得到的掺合料，能提高混凝土的粘结性，比对比例2采用聚乙烯醇制得混凝土的粘结性要好，说明本申请的改性羧甲基纤维具有较好的粘结性，使混合得到的掺合料作用于混凝土，提高混凝土凝结后的强度，不易开裂，进而提高混凝土的耐久性。

结合应用例1-2和应用例5并结合表3可以看出，应用例1-2中的强度在相同凝固时间内的混凝土的强度均比应用例5的差，说明实施例5中的掺合料具有较好的粘结性，进而说明通过采用本申请的制备方法得到的改性羧甲基纤维素具有较好的粘结性，能提高所制得的掺合料在混凝土中的粘结性，提高混凝土凝结后的强度，不易开裂。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种混凝土掺合料，其特征在于：所述掺合料由包含以下重量份的原料制成：

废渣：20-35份

天然纤维：10-20份

硫酸盐：10-15份

分散剂：0.2-0.5份

改性剂：3-8份；

每重量份所述改性剂由包含以下重量份的原料混合组成：氢氧化钠3-5份、偏硅酸钠2-5份、粘合剂3-5份；

所述粘合剂由聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和改性羧甲基纤维素以重量之比为1:1-1.2:2-3混合得到；

所述改性羧甲基纤维素的制备，包括如下步骤:

步骤1：称取20-30重量份羧甲基纤维素，烘干6-12h，得到干燥的羧甲基纤维素；

步骤2：称取100-150重量份质量分数为75-85％的浓硫酸和2.5-3.5重量份柠檬酸，分2-3批次加入步骤1中得到的干燥的羧甲基纤维素，每批次加入混合均匀后，再加入下一批次，加热至75-80℃，反应3-5h，过滤，烘干，得到混合物A；

步骤3：称取80-120重量份质量分数为40-50％的乙二酸溶液和0.3-0.5重量份过硫酸钠，加入步骤2得到的混合物A中，加热至65-75℃，反应1-2h，用质量分数为50-60％的乙醇溶液进行冲洗，过滤，烘干，得到改性羧甲基纤维素。

2.根据权利要求1所述的混凝土掺合料，其特征在于：所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和/或聚丙烯酸铵。

3.根据权利要求1所述的混凝土掺合料，其特征在于：所述天然纤维为桉树皮和/或玉米杆。

4.根据权利要求1所述的混凝土掺合料，其特征在于：所述废渣为粉煤灰和/或尾矿。

5.根据权利要求1所述的混凝土掺合料，其特征在于：所述硫酸盐为柠檬酸石膏和/或硫酸钙。

6.根据权利要求1-5任一项所述的混凝土掺合料，其特征在于：所述改性剂的制备，包括如下步骤：

步骤一：以重量之比为1:1-1.2:2-3进行称取聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和改性羧甲基纤维素，混合均匀，再加入水，搅拌溶解，烘干6-12h，粉碎，过筛100-150目，得到混合料A；

步骤二：称取3-5份氢氧化钠和2-5份偏硅酸钠，加入步骤一得到的混合料A中，混合均匀，得到改性剂。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：按照重量份计，称取10-20份天然纤维，烘干6-8h，粉碎，过筛100-200目，得到干燥的天然纤维；

S2：按照重量份计，称取20-35份废渣、3-8份改性剂、0.2-0.5份分散剂以及10-15份硫酸盐，加入步骤S1得到的混合物Ⅰ，混合均匀，得到混凝土掺合料。