CN115215575B - 一种水泥促凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及C04B，更具体地，本发明涉及一种水泥促凝剂及其制备方法。所述促凝剂的制备原料按重量百分数计，包括甘油30～40wt％、含硫早强剂4～8wt％和余量的水。通过添加多羟基的甘油作为促凝剂的主要溶剂之一，并和含硫盐作用，可促进对水泥颗粒的吸附，提高水化速度，缩短水泥的凝结时间。添加分散剂，如十二烷基苯磺酸盐等，可以显著解决水泥促凝剂与水泥以及混凝土减水剂的适用性问题，提高促凝剂使用范围。本发明提供的促凝剂化学稳定性好、不含有腐蚀设备的卤素离子，促凝的同时还促进了水泥早期强度和后期强度的增加，可减少水泥的用量，间接节约能源和成本。
Description
技术领域
本发明涉及C04B，更具体地，本发明涉及一种水泥促凝剂及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土在加工使用过程中，存在凝结时间较长，难以快速凝结硬化的问题，故需要添加水泥促凝剂，来促进水泥混凝土的凝结，提高早期强度，适用于铁路交通，如隧道、矿井、高速公路、高速铁路等的喷射混凝土施工。
目前氯化钙等氯盐作为高效早强剂使用，但是氯盐等存在腐蚀等问题，CN103193409A提供一种水泥促凝剂，通过水合硫酸铝、三乙醇胺、乙二醇和水作用，无氯离子腐蚀，具有好的促凝效果。
但是目前的促凝剂在使用过程中稳定性和适用性较差，对不同水泥的促凝和增强作用不同，影响在混凝土中的应用，且在促凝过程中，还可能会影响混凝土的力学性能稳定，难以在促凝的同时促进得到高强度的水泥混凝土。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种水泥促凝剂，所述促凝剂的制备原料按重量百分数计，包括甘油30～40wt％、含硫早强剂4～8wt％和余量的水。
在一种实施方式中，所述含硫早强剂选自硫酸盐、硫氰酸盐、硫代硫酸盐中的一种或多种。发明人发现，通过添加三个羟基的甘油和含硫早强剂共同作用，可通过多羟基结构促进促凝剂吸附在水泥表面的同时，利用羟基的亲水性促进水化，以及含硫早强剂和水化得到氢氧化钙等作用，可加速硅酸三钙的水化，从而促进初凝时间的缩短，提高早期的强度。
且本发明通过含硫盐作为早强剂，可避免卤代盐等造成的腐蚀等问题，且发明人发现，不同水泥混凝土中石膏或者硫酸盐等溶解性的不同，使得不同水泥混凝土对促凝剂的吸附等作用不同，影响促凝剂的适用性，而本发明通过添加含硫的早强剂，补充水凝中可溶性硫酸盐的用量，提高促凝剂的适用性，且需要控制含硫盐用量，避免含硫盐等膨胀带来的力学性能不稳定等问题。在一种实施方式中，所述硫酸盐选自硫酸钠、硫酸钙、硫酸镁、硫酸钾中的一种或多种。在一种实施方式中，所述硫氰酸盐选自硫氰酸钠、硫氰酸钾、硫氰酸锂中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述硫酸盐和硫氰酸盐的重量比为1～3：3～5。
且发明人发现，在促凝过程中，需要控制胶凝浆体的材料均匀性，避免过快的凝结造成力学性能和流动性不稳定，而本发明发现，通过添加较低分子量和粘度的多元醇高分子，如聚乙烯醇和聚乙二醇等，来调控促凝剂的凝胶溶液，从而在和水泥等作用过程中，高醇解度即羟基密度的聚乙烯醇在好的水溶性的聚乙二醇的作用下，促进甘油和含硫盐的水化促进和水泥表面水化膜的形成和扩散，促进胶凝浆体的均匀，促进凝结的同时，避免力学性能不稳定，在一种实施方式中，所述促凝剂的制备原料按重量百分数计，还包括多元醇高分子6～13wt％。
在一种实施方式中，所述多元醇高分子选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述聚乙二醇的数均分子量为150～650，可列举的有， 150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650，如聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600，优选地，聚乙二醇的数均分子量为150～350。
在一种实施方式中，所述聚乙烯醇的醇解度大于90mol％，粘度为3～5mPa·s，优选地，聚乙烯醇的醇解度大于95mol％，粘度为3～4mPa·s，更优选地，聚乙烯醇的醇解度为98～99mol％，粘度为3.2～3.8mPa·s。聚乙烯醇的醇解度和粘度根据 GBT 12010.2-2010测试得到。
在一种实施方式中，所述聚乙烯醇和聚乙二醇的重量比为1～3：5～10。
在一种实施方式中，所述促凝剂的制备原料按重量百分数计，还包括分散剂 0.1～0.3wt％，所述分散剂选自十二烷基苯磺酸盐、聚羧酸盐、萘磺酸盐中的一种或多种，可列举的有，十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钾、聚羧酸钠、萘磺酸钠等，优选为十二烷基苯磺酸盐。
发明人发现，通过添加分散剂，如十二烷基苯磺酸盐，可进一步解决本发明提供的促凝剂，和水泥、减水剂等的适用性问题，在合适用量的含硫盐共同作用的同时，得到的促凝剂可用于多种水泥的促凝，均具有好的强度和较短的凝结时间。
在一种实施方式中，所述促凝剂的制备原料按重量百分数计，还包括C2～C6 二元醇3～6wt％，可列举的有，乙二醇，1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇。通过添加小分子二元醇，可进一步和多元醇高分子一起，调节胶凝浆体的分散性，得到高的强度和短的凝结时间的水泥混凝土，促进早期和后期强度的提高。
本发明第二个方面提供了一种所述的水泥促凝剂的制备方法，将促凝剂的制备原料混合，得到所述水泥促凝剂。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)通过添加多羟基的甘油作为促凝剂的主要溶剂之一，并和含硫盐作用，可促进对水泥颗粒的吸附，提高水化速度，缩短水泥的凝结时间。
(2)添加多羟基高分子和甘油等共同作用，来得到促凝剂凝胶溶液，有利于和水泥颗粒作用过程中浆料凝胶的分散和混合，促进浆料流动，来促进强度提高的同时，促进加工过程中强度稳定。
(3)添加分散剂，如十二烷基苯磺酸盐等，可以显著解决水泥促凝剂与水泥以及混凝土减水剂的适用性问题，提高促凝剂使用范围。
(4)本发明提供的促凝剂化学稳定性好、不含有腐蚀设备的卤素离子，促凝的同时还促进了水泥早期强度和后期强度的增加，可减少水泥的用量，间接节约能源和成本。
具体实施方式
实施例
本发明水泥促凝剂的原料均为市售，其中聚乙二醇为聚乙二醇200，聚乙烯醇的醇解度为98～99mol％，粘度为3.2～3.8mPa·s。
实施例1
本例提供一种水泥促凝剂，其原料按重量百分数计为：乙二醇3wt％，分散剂0.1wt％，聚乙烯醇1wt％，甘油30wt％，聚乙二醇5wt％，硫氰酸钠3wt％，硫酸钠1wt％，余量为水，总量100wt％；所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
本例还提供如上所述的水泥促凝剂的制备方法，包括：将乙二醇，分散剂，聚乙烯醇，甘油，聚乙二醇，硫氰酸钠，硫酸钠，溶在水中，混合均匀，即得产品1。
实施例2
本例提供一种水泥促凝剂，其原料按重量百分数计为：乙二醇6wt％，分散剂0.3wt％，聚乙烯醇3wt％，甘油40wt％，聚乙二醇10wt％，硫氰酸钠5wt％，硫酸钠3wt％，余量为水，总量100wt％；所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
本例还提供如上所述的水泥促凝剂的制备方法，包括：将乙二醇，分散剂，聚乙烯醇，甘油，聚乙二醇，硫氰酸钠，硫酸钠，溶在水中，混合均匀，即得产品2。
实施例3
本例提供一种水泥促凝剂，其原料按重量百分数计为：乙二醇4wt％，分散剂0.2wt％，聚乙烯醇23wt％，甘油35wt％，聚乙二醇7wt％，硫氰酸钠4wt％，硫酸钠2wt％，余量为水，总量100wt％；所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
本例还提供如上所述的水泥促凝剂的制备方法，包括：将乙二醇，分散剂，聚乙烯醇，甘油，聚乙二醇，硫氰酸钠，硫酸钠，溶在水中，混合均匀，即得产品3。
实施例4
本例提供一种水泥促凝剂，其原料按重量百分数计为：乙二醇5wt％，分散剂0.3wt％，聚乙烯醇3wt％，甘油40wt％，聚乙二醇10wt％，硫氰酸钠3wt％，硫酸钠1wt％，余量为水，总量100wt％；所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
本例还提供如上所述的水泥促凝剂的制备方法，包括：将乙二醇，分散剂，聚乙烯醇，甘油，聚乙二醇，硫氰酸钠，硫酸钠，溶在水中，混合均匀，即得产品4。
性能评价
将实施例提供的水泥促凝剂按照掺加量为水泥质量的千分之一作为实验组，将不掺加水泥促凝剂的水泥作为空白组，进行下述实验。
1、凝结时间：将实验组和空白组分别根据GB/T 1346-2001《水泥标准稠度用水量、安定性及凝结时间》测定水泥的初凝和终凝时间，其中水泥分别采用东海新能源的425水泥(配方为熟料80％，矿渣10％，石膏4％，粉煤灰6％)，和海螺425水泥，结果见表1。
表1
2、强度：分别将实验组和空白组制备3个试样，根据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测定水泥胶砂的3天抗折强度后，得到的6个折断的试样在进行3天抗压强度，取其平均值，来衡量强度和强度稳定性，结果见表2。
表2
由测试结果可知，本发明提供的促凝剂对水泥具有好的促凝作用和适用性，可在减少水泥用量的同时，促进强度和使用稳定性的提高。
应理解，本文中描述的实施方式应仅在描述的意义上考虑且不用于限制的目的。各实施方式内的特征、优点或方面的描述应被认为可用于其它实施方式中的其它类似特征、优点或方面。
Claims (7)
1.一种水泥促凝剂，其特征在于，所述促凝剂的制备原料按重量百分数计，包括甘油30～40wt％、含硫早强剂4～8wt％、多元醇高分子6～13wt％和余量的水，所述含硫早强剂为硫酸盐和硫氰酸盐，所述硫酸盐和硫氰酸盐的重量比为1～3：3～5；所述多元醇高分子为聚乙烯醇和聚乙二醇；所述聚乙烯醇和聚乙二醇的重量比为1～3：5～10。
2.根据权利要求1所述的水泥促凝剂，其特征在于，所述硫酸盐选自硫酸钠、硫酸钙、硫酸镁、硫酸钾中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的水泥促凝剂，其特征在于，所述硫氰酸盐选自硫氰酸钠、硫氰酸钾、硫氰酸锂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的水泥促凝剂，其特征在于，所述聚乙二醇的数均分子量为150～650。
5.根据权利要求1所述的水泥促凝剂，其特征在于，所述聚乙烯醇的醇解度大于90mol％，粘度为3～5mPa·s。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的水泥促凝剂，其特征在于，所述促凝剂的制备原料按重量百分数计，还包括分散剂0.1～0.3wt％，所述分散剂选自十二烷基苯磺酸盐、聚羧酸盐、萘磺酸盐中的一种或多种。
7.一种根据权利要求1～6任意一项所述的水泥促凝剂的制备方法，其特征在于，将促凝剂的制备原料混合，得到所述水泥促凝剂。
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