CN115504705A - 一种热敏型水化抑制剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热敏型水化抑制剂及其制备方法，采用包衣滴丸结构；外层包衣为厚度小于1mm的聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜；内层材料为改性蒙脱石粉末、纳米二氧化硅、水化硅酸钙晶种的混合物，按质量百分数计改性蒙脱石粉末70‑75％，纳米二氧化硅20‑25％，水化硅酸钙晶种5‑10％；所述热敏型水化抑制剂利用微晶蜡热敏性质实现了对大体积混凝土中局部高温的精准识别，并通过内层材料的高吸水性作用延缓了短期局部水化反应，实现了大体积混凝土精准控温、调温，能够极大降低大体积混凝土收缩开裂风险，经济效益显著。

Description

一种热敏型水化抑制剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种热敏型水化抑制剂及其制备方法。

背景技术

现代建筑中，超高、超宽、超大结构日益增多，对混凝土材料本身提出来了更高的要求。如何降低混凝土在水化过程中的温升，是降低大体积混凝土体积稳定性风险的关键。当前，为控制大体积混凝土水化温升，工程上大多采用以下两种措施。

首先，由生产端出发，混凝土预拌厂会在配合比设计中掺入大量的粉煤灰等低水化活性掺合料部分取代取代水泥，以此来达到降低水化强度，延后混凝土温峰的目的。但是，混凝土整体水化活性的降低，又会对混凝土养护、拆模等阶段的施工产生较大影响。

另外，由施工端出发，往往会采取预埋管道，然后通过冷介质不断循环，来降低混凝土内部温度，最后通过灌浆料对管路进行封堵。总得来说，该方法对于大体积混凝土控温作用明显，但工艺复杂，成本较高，限制了其推广与应用。

由以上分析可以看出，当前对于大体积混凝土的控温手段主要还是针对于整个大体积部件结构提出，无法做到局部控温，更无法实现对高温区域的局部定点识别、定点降温。

发明内容

本发明目的在于提供一种热敏型水化抑制剂及其制备方法，所得热敏型水化抑制剂利用微晶蜡热敏性质实现了对大体积混凝土中局部高温的精准识别，并通过内层材料的高吸水性作用延缓了短期局部水化反应，实现了大体积混凝土精准控温、调温，能够极大降低大体积混凝土收缩开裂风险，经济效益显著。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种热敏型水化抑制剂，采用包衣滴丸结构；外层包衣为厚度小于1mm的聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜；内层材料为改性蒙脱石粉末、纳米二氧化硅、水化硅酸钙晶种的混合物，按质量百分数计改性蒙脱石粉末70-75％，纳米二氧化硅20-25％，水化硅酸钙晶种5-10％。

按上述方案，所述聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜原料按以下步骤制得：

微晶蜡加热融化后加入聚乙烯醇纤维混合搅拌均匀，自然冷却至半融态后停止搅拌，完全凝结成型后即制得聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜原料。

按上述方案，所述聚乙烯醇纤维长度为3-5mm。

按上述方案，其特征在于所述微晶蜡熔点为60-70℃。

按上述方案，所述微晶蜡、聚乙烯醇纤维质量比1:(1.2-1.5)。

按上述方案，所述改性蒙脱石粉按以下步骤制得：

将钠基蒙脱石粉置于水中，加入浓硫酸调节pH值至3以下，持续搅拌浸泡；

将浸泡粉体过滤、洗涤至中性再次置于水中，然后加入双十八烷基甲基苄基氯化铵，持续搅拌浸泡，过滤、洗涤、干燥即制得改性蒙脱石粉末。

按上述方案，钠基蒙脱石粉两次置于水中的固液质量比为10:1。

按上述方案，双十八烷基甲基苄基氯化铵的加入量为钠基蒙脱石粉质量的1％。

按上述方案，所述纳米二氧化硅d₅₀小于10nm。

上述热敏型水化抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将改性蒙脱石粉末、纳米二氧化硅、水化硅酸钙晶种置于水中，加热并超声搅拌，取出沥干，自然干燥至混合浆体具有较高可塑性；

(2)将可塑性混合浆体挤出成型，于包衣机中滚动修形，烘干后过筛剔除大于4.75mm颗粒；

(3)加热聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜原料至熔融态，将步骤2所得颗粒涂膜覆盖完整，冷却即制得所述热敏型水化抑制剂。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

微晶蜡品种多样，热敏范围大，同时硬度低，柔韧性更好。本发明以聚乙烯醇纤维增强的微晶蜡为包衣材料，利用微晶蜡热敏性实现所述水化热敏条件，利用密织短细聚乙烯醇纤维网络增强包衣材料耐磨性，减少包衣在搅拌过程中的破损。实现了对大体积混凝土局部过温的精准识别、调控，达到维持大体积混凝土整体温度均匀稳定的目的。

内层材料由改性蒙脱石粉末、纳米二氧化硅、水化硅酸钙晶组成，一方面，在包衣熔化后，该材料能够迅速吸附周围水分，抑制该区域水化活动。另一方面，材料本身具备一定水化活性，粘结性能良好，后期能够有效填补混凝土内部缺陷，同时水化产物以铝硅酸盐为主，对配合比整体水灰比设计影响较小。待所述材料初始高吸水结构应水化反应而结构转变后，多余水分在湿度差作用下返回水泥基体中，供给混凝土继续水化。

纳米二氧化硅、水化硅酸钙晶种通过超声和搅拌进入改性蒙脱石层间结构，可以提高内层材料致密度，增加其水化后产物的交联程度，达到增强后期混凝土性能的效果。以此达到定点降低早期水化强度，但对后期性能无影响甚至有所增强的效果。

所述热敏型水化抑制剂仅作用于硬化阶段混凝土，对塑性阶段性能影响较小，甚至由于球性外观，能够略微提高早期工作性能。

本发明所述热敏型水化抑制剂及其制备方法简单易行，与当前混凝土生产及应用工艺高度兼容，经济效益显著。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

具体实施方式提供一种热敏型水化抑制剂，采用包衣滴丸结构；外层包衣为厚度小于1mm的聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜；内层材料为改性蒙脱石粉末、纳米二氧化硅、水化硅酸钙晶种的混合物，按质量百分数计改性蒙脱石粉末70-75％，纳米二氧化硅20-25％，水化硅酸钙晶种5-10％。

具体实施方式中还提供了一种聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜原料：

取固态微晶蜡置于热搅拌锅中，恒温70℃加热至微晶蜡完全融化；

按微晶蜡:聚乙烯醇纤维质量比1:1.2-1:1.5比例称取一定量聚乙烯醇纤维，加入搅拌锅中，搅拌至均匀后，停止加热，自然冷却至液体呈半融态后停止搅拌(以溶液表层1cm厚度内液面完全凝结为准)，待完全凝结成型后即制得聚乙烯醇纤维增强的微晶蜡薄膜原料。

具体实施方式中还提供了一种改性蒙脱石粉；

将高纯度钠基蒙脱石粉置于洁净水中，固液质量比为10:1，然后加入高浓度硫酸调节pH值至3以下，持续搅拌浸泡2h；

将浸泡粉体滤出，洁净水洗涤至滤液呈中性后，再次加入洁净水至固液质量比为10:1，然后加入蒙脱石粉末质量1％的双十八烷基甲基苄基氯化铵，持续搅拌，浸泡约6h后沥出、洗涤、干燥，即制得改性蒙脱石粉末。对蒙脱石进行改性，可以增加蒙脱石层片结构层间距，增大蒙脱石吸水饱水能力。

具体实施方式还提供了上述热敏型水化抑制剂的制备方法：

第一步，按配比称取内层材料，按固液质量比1:5置于洁净水中，80℃恒温加热并超声搅拌2h，然后取出沥干至至混合浆体具备高可塑性(以混合浆体手捏不散为准)。

第二步，将高可塑性混合浆体挤出成型后，于包衣机中滚动修形，然后置于烘干箱中105℃烘干12h后过筛，剔除大于4.75mm颗粒。

第三步，加热乙烯醇纤维增强的微晶蜡薄膜原料至熔融态，均匀喷吐至上述干燥颗粒，涂膜覆盖完整，但厚度小于1mm；喷涂完成后待微晶蜡冷却，即制得所述热敏型水化抑制剂。

具体地，以微晶蜡:聚乙烯醇纤维质量比1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5分别制造四种乙烯醇纤维增强的微晶蜡薄膜原料作为外层材料。

具体地，改性蒙脱石粉末70％、纳米二氧化硅20％、水化硅酸钙晶种10％；改性蒙脱石粉末75％、纳米二氧化硅20％、水化硅酸钙晶种5％；改性蒙脱石粉末70％、纳米二氧化硅25％、水化硅酸钙晶种5％；以上三种质量百分比制造内层材料。

以下实施例以改性蒙脱石粉末70％、纳米二氧化硅20％、水化硅酸钙晶种10％为内层材料，熔点60℃的微晶蜡:聚乙烯醇纤维1:1.5为外层材料，作为以下实施例中的水化抑制剂。经过验证，以上不同配比的内外层材料的不同组合，均具有相似的功能且能够实现本发明的目的。

各对比例及实施例配合比见表1所示，单位(kg/m³)。各对比例及实施例效果见表2所示。混凝土拌和后浇筑于1m×1m×1m木质模具中，于中心出插入温度传感器读取混凝土内部温度，外界温度恒定35℃。待60d时，于中心处钻芯取样规格φ100×100mm芯样，抗压强度试验根据JGJ/T 384-2016相关规定进行。

表1

表2

对比例1与实施例1相比，由于水泥水化反应，水化早期1d、3d、7d混凝土内部温度均大于试验恒温条件，对比例1中不含所述热敏型水化抑制剂，内部温度更高，混凝土收缩开裂风险大。

实施例3与实施例1相比，混凝土中胶凝材料更多，水胶比相对较低，相应的水化温升更高。但在实施例3中，由于体系自由水含量更低，所述水化抑制剂降温效果更为突出，能够明显降低混凝土内外温差，同时增加混凝土60d抗压强度。

Claims (10)

1.一种热敏型水化抑制剂，其特征在于采用包衣滴丸结构；外层包衣为厚度小于1mm的聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜；内层材料为改性蒙脱石粉末、纳米二氧化硅、水化硅酸钙晶种的混合物，按质量百分数计改性蒙脱石粉末70-75％，纳米二氧化硅20-25％，水化硅酸钙晶种5-10％。

2.如权利要求1所述热敏型水化抑制剂，其特征在于所述聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜原料按以下步骤制得：

微晶蜡加热融化后加入聚乙烯醇纤维混合搅拌均匀，自然冷却至半融态后停止搅拌，完全凝结成型后即制得聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜原料。

3.如权利要求2所述热敏型水化抑制剂，其特征在于所述聚乙烯醇纤维长度为3-5mm。

4.如权利要求2所述热敏型水化抑制剂，其特征在于所述微晶蜡熔点为60-70℃。

5.如权利要求2所述热敏型水化抑制剂，其特征在于所述微晶蜡、聚乙烯醇纤维质量比1:(1.2-1.5)。

6.如权利要求1所述热敏型水化抑制剂，其特征在于所述改性蒙脱石粉按以下步骤制得：

将钠基蒙脱石粉置于水中，加入浓硫酸调节pH值至3以下，持续搅拌浸泡；

将浸泡粉体过滤、洗涤至中性再次置于水中，然后加入双十八烷基甲基苄基氯化铵，持续搅拌浸泡，过滤、洗涤、干燥即制得改性蒙脱石粉末。

7.如权利要求6所述热敏型水化抑制剂，其特征在于钠基蒙脱石粉两次置于水中的固液质量比为10:1。

8.如权利要求6所述热敏型水化抑制剂，其特征在于双十八烷基甲基苄基氯化铵的加入量为钠基蒙脱石粉质量的1％。

9.如权利要求1所述热敏型水化抑制剂，其特征在于所述纳米二氧化硅d₅₀小于10nm。

10.权利要求1所述热敏型水化抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将改性蒙脱石粉末、纳米二氧化硅、水化硅酸钙晶种置于水中，加热并超声搅拌，取出沥干，自然干燥至混合浆体具有较高可塑性；

(2)将可塑性混合浆体挤出成型，于包衣机中滚动修形，烘干后过筛剔除大于4.75mm颗粒；

(3)加热聚乙烯醇纤维增强微晶蜡薄膜原料至熔融态，将步骤2所得颗粒涂膜覆盖完整，冷却即制得所述热敏型水化抑制剂。