CN114988740B - 一种抗泥掺合料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种抗泥掺合料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种抗泥掺合料及其制备方法和应用。一种抗泥掺合料的制备方法包括以下步骤：步骤一：将马来酸酐、甲基丙烯酸丁酯、过氧化物、抗氧化剂，在丙酮中充分溶解，得到混合溶液，将混合溶液与无机矿物掺合料混合、在一定温度下、搅拌、反应，直到溶液挥发，得到改性固体物料；步骤二：将改性固体物料与由硅烷偶联剂、乙醇和水制备得到的改性液体混合一段时间后，干燥、研磨得到抗泥掺合料。本申请具有不影响混凝土力学性能的同时降低混凝土黏性的优点。

Description

一种抗泥掺合料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种抗泥掺合料及其制备方法和应用。
背景技术
随着混凝土应用越来越广泛，制备混凝土消耗的天然砂、石的量不断增加，优质天然砂、石被逐渐消耗，现存天然砂、石中存在含泥量较高的情况；砂、石中含泥量高时，会吸收混凝土拌合用水，从而提高混凝土体系的黏度系数、影响混凝土的工作性能；另外，砂、石中含泥量高时，使胶凝材料水化不充分，并且泥会阻碍水泥石与骨料之间的粘结，从而影响混凝土的力学性能。
目前多通过合成醚类聚羧酸系减水剂或减水剂与降黏剂配合使用来调节混凝土黏度。
针对上述中的相关技术，为了实现较好的降黏效果，高掺量使用外加剂时，容易在混凝土中引入较大气泡或使混凝土产生泌水现象，在实现混凝土降黏的同时会对混凝土的力学性能产生负面影响。
发明内容
为了在不影响混凝土力学性能的前提下降低混凝土黏性，本申请提供一种抗泥掺合料及其制备方法和应用。
第一方面，本申请提供一种抗泥掺合料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种抗泥掺合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将马来酸酐、甲基丙烯酸丁酯、过氧化物、抗氧化剂，在丙酮中充分溶解，得到混合溶液，将混合溶液与无机矿物掺合料混合、在一定温度下、搅拌、反应，直到溶液挥发，得到改性固体物料；
步骤二：将改性固体物料与由硅烷偶联剂、乙醇和水制备得到的改性液体混合一段时间后，干燥、研磨得到抗泥掺合料。
通过采用上述技术方案，制备得到的抗泥掺合料表面包裹有-C-O-基团和硅烷基团，-C-O-基团能够提高抗泥掺合料在混凝土体系中的亲水性和分散性，使抗泥掺合料能够在混凝土体系中均匀分散，从而吸收混凝土混凝土拌和用水包裹在抗泥掺合料表面，硅烷基团与-C-O-基团共同作用，进一步提高抗泥掺合料的亲水性，提高抗泥掺合料在混凝土中对拌和用水中的竞争吸附能力，首先，使抗泥掺合料表面形成一层水膜，提高混凝土拌合物的流动性；其次减缓水泥水化进程，使胶凝材料充分参与水化，生成足够数量的水化产物，从而降低骨料中的泥对混凝土的力学性能产生负面影响，并且，硅烷偶联剂也能够参与水化反应，从而进一步提高混凝土的力学性能；最后，降低骨料中的泥吸水膨胀导致整个混凝土体系的黏度系数上升的情况出现。
可选的，步骤一中混合溶液包括如下重量份数的原料：马来酸苷30-40份、甲基丙烯酸丁酯35-55份、过氧化物0.35-0.5份，抗氧化剂0.7-1份，丙酮50-70份，其中，混合溶液与无机矿物掺合料的重量比为(1.5-2.5):1；步骤二中硅烷偶联剂、乙醇和水的重量比为(5-10):(3-5):(2-4)，其中，改性液体与改性固体物料的重量比为(3-5):1。
通过采用上述技术方案，制备得到抗泥性能优异的抗泥掺合料，从而在混凝土的应用中，在不影响混凝土力学性能的前提下，降低混凝土黏性。
可选的，步骤一中反应温度为40-60℃，反应时间为3-5h；步骤二中，混合时间为1-3h。
通过采用上述技术方案，制备得到抗泥性能优异的抗泥掺合料，从而在混凝土的应用中，在不影响混凝土力学性能的前提下，降低混凝土黏性。
可选的，所述过氧化物选自过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基中的任意一种或两种组合。
通过采用上述技术方案，制备得到抗泥性能优异的抗泥掺合料，从而在混凝土的应用中，在不影响混凝土力学性能的前提下，降低混凝土黏性。
可选的，所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH570。
通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂中的基团参与混凝土水化反应，从而提升混凝土的力学性能。
可选的，所述无机矿物掺合料选自粉煤灰、硅灰和石灰石粉中的任意两种组合。
通过采用上述技术方案，粉煤灰、硅灰和石灰石粉具备。
可选的，所述粉煤灰、硅灰和石灰石粉的重量比为(20-30):(25-40):(30-35)。
通过采用上述技术方案，制备得到能够降低水泥颗粒絮凝、降低混凝土黏性的无机矿物掺合料。
第二方面，本申请提供一种抗泥掺合料，采用如下的技术方案：
一种抗泥掺合料，所述抗泥掺合料由上述的制备方法制备得到。
通过采用上述技术方案，制备得到的抗泥掺合料具有提高混凝土工作心能、降低混凝土黏性并提升混凝土力学性能的效果。
第三方面，本申请提供抗泥掺合料在混凝土中的应用，采用如下的技术方案：抗泥掺合料在混凝土中应用时，混凝土配合比中胶凝材料的6wt％-30wt％被抗泥掺合料等重量替代。
通过采用上述技术方案，抗泥掺合料在降低高含泥量骨料对混凝土黏性和工作性能的负面影响的同时，提高了混凝土的力学强度。
可选的，所述混凝土包括如下重量份数的原料：胶凝材料350-410份、粗骨料1000-1300份、细骨料600-750份、减水剂3-4.6份、水160-180份。
通过采用上述技术方案，制备得抗泥性能优异的混凝土材料。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
由于本申请采用无机矿物掺合料、马来酸酐、甲基丙烯酸丁酯等制备得到抗泥掺合料，是抗泥掺合料表面由-C-O-基团和硅烷基团包裹，当抗泥掺合料作为混凝土制备原料制备混凝土时，-C-O-基团和硅烷基团吸附大量的水分子，在抗泥掺合料表面形成一层较厚的水膜，提高了抗泥掺合料与泥净竞争吸附拌和用水的能力，一方面，提高了混凝土拌合物的流动性，降低骨料中的泥吸水使混凝土产生体系黏度上升的情况出现，另一方面，降低骨料中泥的吸水量，延缓水泥水化反应，使更多的拌和用水与混凝土中的胶凝材料反应，使水化反应充分发展，生成大量的水化产物，从而提高骨料与胶凝材料的粘结强度；最后，由于硅烷基团能够参与混凝土的水化反应，与混凝土产生很高的粘结强度，进而进一步提高混凝土的力学性能。
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。
实施例
本实施例中使用的乙醇为无水乙醇；抗氧化剂选自丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯中的任意一种；粉煤灰为II级粉煤灰；石灰石粉为一等品石灰石粉；硅灰符合GB/T27690-2011《砂浆和混凝土用硅灰》的相关标准。
实施例1
一种抗泥掺合料，包括如下重量的原料：
马来酸苷30kg、甲基丙烯酸丁酯35kg、过氧化二异丙苯0.35kg、二丁基羟基甲苯0.7kg、丙酮50kg混合得到混合溶液，混合溶液与无机矿物掺合料的重量比为1.5:1，无机矿物掺合料由粉煤灰和硅灰按照重量比为20:25混合配制而成；步骤二中硅烷偶联剂KH570、无水乙醇和水的重量比为5:3:2，混合得到改性溶液，改性溶液与改性固体物料的重量比为3:1。
一种抗泥掺合料的制备方法为：
步骤一：将马来酸酐、甲基丙烯酸丁酯、过氧化二异丙苯、二丁基羟基甲苯，在丙酮中充分溶解，得到混合溶液，将混合溶液与无机矿物掺合料混合、在40℃下、搅拌、反应3h，直到溶液挥发，得到改性固体物料；
步骤二：将改性固体物料与由硅烷偶联剂KH570、无水乙醇和水制备得到的改性液体混合一段1h后，干燥、研磨得到抗泥掺合料。
实施例2
一种抗泥掺合料，包括如下重量的原料：
马来酸苷40kg、甲基丙烯酸丁酯55kg、过氧化二叔丁基0.5kg、丁基羟基茴香醚1kg、丙酮70kg混合得到混合溶液，混合溶液与无机矿物掺合料的重量比为2.5:1，无机矿物掺合料由硅灰和石灰石粉按照重量比为40:35混合配制而成；步骤二中硅烷偶联剂KH570、无水乙醇和水的重量比为10:5:4，混合得到改性溶液，改性溶液与改性固体物料的重量比为5:1。
一种抗泥掺合料的制备方法为：
步骤一：将马来酸酐、甲基丙烯酸丁酯、过氧化二叔丁基、丁基羟基茴香醚，在丙酮中充分溶解，得到混合溶液，将混合溶液与无机矿物掺合料混合、在60℃下、搅拌、反应5h，直到溶液挥发，得到改性固体物料；
步骤二：将改性固体物料与由硅烷偶联剂KH570、无水乙醇和水制备得到的改性液体混合一段3h后，干燥、研磨得到抗泥掺合料。
实施例3
一种抗泥掺合料，包括如下重量的原料：
马来酸苷35kg、甲基丙烯酸丁酯47kg、过氧化二异丙苯0.42kg、二丁基羟基甲苯0.85kg、丙酮60kg混合得到混合溶液，混合溶液与无机矿物掺合料的重量比为2:1，无机矿物掺合料由粉煤灰和石灰石粉按照重量比为25:33混合配制而成；步骤二中硅烷偶联剂KH570、无水乙醇和水的重量比为7.5:4:3，混合得到改性溶液，改性溶液与改性固体物料的重量比为4:1。
一种抗泥掺合料的制备方法为：
步骤一：将马来酸酐、甲基丙烯酸丁酯、过氧化二异丙苯、二丁基羟基甲苯，在丙酮中充分溶解，得到混合溶液，将混合溶液与无机矿物掺合料混合、在50℃下、搅拌、反应4h，直到溶液挥发，得到改性固体物料；
步骤二：将改性固体物料与由硅烷偶联剂KH570、无水乙醇和水制备得到的改性液体混合一段2h后，干燥、研磨得到抗泥掺合料。
实施例4
一种抗泥掺合料，与实施例3的不同之处在于，制备抗泥掺合料的过程中，混合溶液与无机矿物掺合料的重量比0.3:1。
实施例5
一种抗泥掺合料，与实施例3的不同之处在于，制备抗泥掺合料的过程中，混合溶液与无机矿物掺合料的重量比4:1。
实施例6
一种抗泥掺合料，与实施例3的不同之处在于，制备抗泥掺合料的过程中，硅烷偶联剂KH570、无水乙醇和水的重量比为12:0.5:1。
实施例7
一种抗泥掺合料，与实施例3的不同之处在于，制备抗泥掺合料的过程中，硅烷偶联剂KH570、无水乙醇和水的重量比为2:10:8。
对比例
对比例1
一种抗泥掺合料，与实施例3的不同之处在于，制备抗泥掺合料的过程中，不使用马来酸苷和甲基丙烯酸丁酯。
对比例2
一种抗泥掺合料，与实施例3的不同之处在于，制备抗泥掺合料的过程中，直接使用等质量硅烷偶联剂KH570代替改性液体。
应用实施例
在本应用实施例中使用实施例1-7制备得到的抗泥掺合料制备混凝土，水泥为海螺牌P.O.42.5，减水剂为聚羧酸型减水剂，减水率为10％；本应用实施例中制备混凝土所用的骨料含泥量为8-10％。
应用实施例1
一种混凝土，包括如下重量的原料：胶凝材料350kg，其中水泥329kg、抗泥掺合料21kg；粗骨料1000kg、细骨料600kg、减水剂3kg、水160kg；其中，抗泥掺合料由实施例1制备得到。
应用实施例2
一种混凝土，包括如下重量的原料：胶凝材料410kg，其中水泥287kg、抗泥掺合料123kg；粗骨料1300kg、细骨料750kg、减水剂4.6kg、水180kg；其中，抗泥掺合料由实施例2制备得到。
应用实施例3
一种混凝土，包括如下重量的原料：胶凝材料380kg，其中水泥304kg、抗泥掺合料76kg；粗骨料1150kg、细骨料680kg、减水剂3.8kg、水170kg；其中，抗泥掺合料由实施例3制备得到。
应用实施例4-7
一种混凝土，与应用实施例3的不同之处在于，使用的抗泥掺合料依次由实施例4-7制备得到，对应关系具体如表1所示。
表1
应用对比例
应用对比例1
一种混凝土，与应用实施例3的不同之处在于，使用的抗泥掺合料由对比例1制备得到。
应用对比例2
一种混凝土，与应用实施例3的不同之处在于，使用的抗泥掺合料由对比例2制备得到。
应用对比例3
一种混凝土，与应用实施例3的不同之处在于，使用等重量的无机矿物掺合料替代抗泥掺合料，使用的无机矿物掺合料由粉煤灰和石灰石粉按照重量比为25:33混合配制。
检测方法
一、混凝土强度检测
对应用实施例1-7及应用对比例1-3制得的混凝土进行28d抗压强度测试，测试方法根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。将试件从养护地点取出后应及时进行试验，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机。在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级<C30时，加荷速度取每秒钟0.3～0.5Mpa；混凝土强度等级≥C30且<C60时，取每秒钟0.5～0.8MPa；混凝土强度等级≥C60时，取每秒钟0.8～1.0MPa。当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏。然后记录破坏荷载于表2中。
二、坍落度测试
对应用实施例1-7及应用对比例1-3制得的预拌混凝土进行坍落度和扩展度测试，测试方法根据GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》，记录检测数据于表2中。
表2
结合应用实施例1-7和表2，可以看出，马来酸酐、甲基丙烯酸丁酯在过氧化物和抗氧化剂的作用下能够得到表面接枝包裹有C-O-基团和硅烷基团的抗泥掺合料，-C-O-基团和硅烷基团能够吸附大量的水分子，在抗泥掺合料表面形成一层水膜，提高抗泥掺合料与泥净竞争吸附拌和用水的能力，进而提高混凝土拌合物的流动性；其次，降低骨料中含有的泥的吸水量，降低混凝土产生体系黏度上升的情况出现，再次，在降低骨料中的泥吸收混凝土拌合水的同时，能够延缓水泥水化的速率，从而使混凝土水化充分，生成足够数量的水化产物，降低骨料含泥对混凝土力学性能的影响；最后，硅烷基团也能够参与混凝土的水化反应，进而进一步提高混凝土的力学性能。
当混合溶液与无机矿物掺合料的重量比过高或者过低时，都不利于-C-O-基团和硅烷基团在接枝并包裹在抗泥掺合料表面，混合溶液与无机矿物掺合料的重量比过低或过高时，抗泥矿物掺合料表面接枝、包裹的-C-O-基团和硅烷基团数量少，在抗泥掺合料用于混凝土制备时，抗泥掺合料与骨料中的泥竞争吸附混凝土拌合水时的优势作用减弱，从而使抗泥掺合料表面不能形成水膜或者形成水膜的厚度变小，从而降低混凝土的坍落度、使混凝土的塑性黏度上升，使与参与水化的混凝土拌合水量减小，混凝土水化不充分，不利于混凝土的力学性能发展。当硅烷偶联剂KH570、无水乙醇和水的重量比过高或过低时，均不利于硅烷基团接枝、包裹在抗泥掺合料表面，从而使混凝土的坍落度和力学性能下降，塑性黏度上升。
结合应用实施例3、应用对比例1-3和表2，可以看出，不使用马来酸苷和甲基丙烯酸丁酯时，抗泥掺合料表面仅接枝包裹的硅烷基团无法有效吸附水分在抗泥掺合料表面形成水膜，从而使抗泥掺合料在与骨料中的泥竞争吸附混凝土拌合水时的优势性大大降低，进而提升混凝土塑性黏度并对混凝土的坍落度和力学性能产生负面影响。当使用等质量硅烷偶联剂KH570代替改性液体时，硅烷基团无法接枝、包裹在抗泥掺合料表面，从而使抗泥掺合料在与骨料中的泥竞争吸附混凝土拌合水时的优势性大大降低，并且，由于硅烷偶联剂KH570在混凝土中并不能参与水泥水化进程，只是在混凝土基体中起到一定的物理填充作用，因此，相较于硅烷基接枝、包裹在抗泥掺合料表面并参与混凝土水化进程，KH570对混凝土力学性能的提升效果较差，进而提升混凝土塑性黏度并对混凝土的坍落度和力学性能产生负面影响。
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 (8)

1.一种抗泥掺合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将马来酸酐、甲基丙烯酸丁酯、过氧化物、抗氧化剂，在丙酮中充分溶解，得到混合溶液，将混合溶液与无机矿物掺合料混合、在一定温度下、搅拌、反应，直到溶液挥发，得到改性固体物料，混合溶液包括如下重量份数的原料：马来酸酐30-40份、甲基丙烯酸丁酯35-55份、过氧化物0.35-0.5份，抗氧化剂0.7-1份，丙酮50-70份，混合溶液与无机矿物掺合料的重量比为（1.5-2.5）:1；
步骤二：将改性固体物料与由硅烷偶联剂、乙醇和水制备得到的改性液体混合一段时间后，干燥、研磨得到抗泥掺合料，硅烷偶联剂、乙醇和水的重量比为（5-10）:（3-5）:（2-4），改性液体与改性固体物料的重量比为（3-5）:1。
2.根据权利要求1所述的一种抗泥掺合料的制备方法，其特征在于：步骤一中反应温度为40-60℃，反应时间为3-5h；步骤二中，混合时间为1-3h。
3.根据权利要求1所述的一种抗泥掺合料的制备方法，其特征在于：所述过氧化物选自过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种抗泥掺合料的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH570。
5.根据权利要求1所述的一种抗泥掺合料的制备方法，其特征在于：所述无机矿物掺合料选自粉煤灰、硅灰和石灰石粉中的任意两种组合。
6.一种抗泥掺合料，其特征在于：所述抗泥掺合料由权利要求1-5任一所述的制备方法制备得到。
7.根据权利要求6所述的抗泥掺合料在混凝土中的应用，其特征在于：混凝土配合比中胶凝材料的6wt%-30wt%被抗泥掺合料等重量替代。
8.根据权利要求7所述的抗泥掺合料在混凝土中的应用，其特征在于，所述混凝土包括如下重量份数的原料：胶凝材料350-410份、粗骨料1000-1300份、细骨料600-750份、减水剂3-4.6份、水160-180份。
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