CN115677253B - 一种多种水泥复合型早强剂及其在混凝土构件中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多种水泥复合型早强剂及其在混凝土构件中的应用，所述复合早强剂，按重量份计，包括组分如下：硫铝酸盐水泥800～1047份，双快水泥20～60份，硫酸铝5～25份，膨胀剂2～10份，硼酸2～8份，三聚磷酸钠2～6份，硫酸钠10～30份，改性纳米钙钒15～25份。所述早强剂以硫铝酸盐为基体，包括硫酸钠、硫酸铝、改性钙钒石，从多个方面促进水化进程，将各种早强剂复配使用，兼顾了优异的早强效果和长期性能。促进水泥早期水化反应，提升早期强度，加快硬化时间，产品无收缩、裂纹满足免蒸汽养护。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合型早强剂制备技术领域，尤其涉及一种多种水泥复合型早强剂及其在混凝土构件中的应用。
背景技术
为了缩短生产周期，现有的混凝土预制构件生产过程中，普遍采用蒸汽养护方式加速混凝土的水化反应，提高早期强度，使预制构件快速达到起吊强度，更早的拆模成型、加快模具周转、提高构件生产效率。但是，在低温环境下采用蒸汽养护方式需耗费大量能源，且对预制构件混凝土后期性能有影响，产生强度倒缩、产生裂缝等问题。
早强剂是混凝土及混凝土基材料的外加剂之一，是指能提高混凝土及混凝土基材料制品早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。其作用机理是通过加速水泥水化速度，提供水泥胶结组分，从而促进水泥及制品早期强度。而常用的有机、无机类早强产品虽不同程度地对混凝土早期强度增长起到了促进作用，但也存在较多缺陷，早强及低温早强效果不明显等，已经不能满足当下混凝土构件的要求。
发明内容
基于上述问题，本发明提供了一种多种水泥复合型早强剂，可运用于预制混凝土构件的制造，可以避免蒸养工序，在高于20℃室温时均能达到快速脱模的目的。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种复合型早强剂，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
低碱度硫铝酸盐水泥800～1047份，双快水泥抢修料20～60份，硫酸铝5～25份，膨胀剂2～10份，硼酸2～8份，三聚磷酸钠2～6份。
优选的是，所述的复合型早强剂，按重量份计，包括以下组分：低碱度硫铝酸盐水泥947份，双快水泥抢修料40份，硫酸铝15份，膨胀剂6份，硼酸5份，三聚磷酸钠4份。
优选的是，所述的复合型早强剂，还包括以下重量份的成分：硫酸钠10～30份。
优选的是，所述的复合型早强剂，按重量份计，包括以下组分：低碱度硫铝酸盐水泥900份，双快水泥抢修料40份，硫酸铝15份，膨胀剂6份，硼酸5份，三聚磷酸钠4份，硫酸钠20份。
优选的是，所述的复合型早强剂中双快水泥抢修料20～60份替换为普通硅酸盐水泥90～110份。
优选的是，所述的复合型早强剂，按重量份计，包括以下组分：低碱度硫铝酸盐水泥947份，普通硅酸盐水泥100份，硫酸铝15份，膨胀剂6份，硼酸5份，三聚磷酸钠4份，硫酸钠20份。
优选的是，所述的复合型早强剂，还包括以下重量份的成分：改性纳米钙钒石15～25份。
优选的是，所述的复合型早强剂，按重量份计，包括以下组分：低碱度硫铝酸盐水泥947份，双快水泥抢修料40份，硫酸铝15份，膨胀剂6份，硼酸5份，三聚磷酸钠4份，硫酸钠20份，改性纳米钙钒石20份。
优选的是，所述纳米钙钒石的改性方法，具体如下；
Ⅰ、在质量分数为5％的硫酸钠溶液中，加入质量分数为10％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，然后加入纳米钙矾石，搅拌处理2～4h，再超声处理30min以上，过滤，用水洗至中性，得到活性纳米钙矾石；
Ⅱ、将Ⅰ中活性纳米钙矾石加入到无水乙醇中，搅拌处理10min，超声分散30min，得到纳米钙矾石分散液；
Ⅲ、取5％纳米钙矾石质量的烷基偶联剂KH～570加入去离子水中磁力搅拌5min，得到偶联剂分散液；
Ⅳ、通过水浴加热将Ⅱ中纳米钙矾石分散液加热至50℃，加入偶联剂分散液，搅拌均匀，再加入醋酸调整PH至5，搅拌反应6～12h，将反应液抽滤，以无水乙醇冲洗，真空干燥、研磨成粉过250目筛得到改性纳米钙矾。
优选的是，所述复合型早强剂的添加量为凝胶材料质量的1％～6％；所述凝胶材料为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的任意一种。
本发明提出的一种多种水泥复合型早强剂以及早强混凝土，相较于现有技术，至少包括以下有益效果：
本发明在胶凝材料水泥中掺加复合早强剂，可以显著提高混凝土构件的早期强度，满足免蒸汽养护，在高于20℃室温时均能达到快速脱模的目的，具有无收缩、无变形、无抗裂、强度高等特点。
具体的，本发明提供的复合早强剂以硫铝酸盐为基体，包括硫酸钠、硫酸铝、改性纳米钙钒石，将各种早强剂复配使用，从多种机理加快水化进程，兼顾了优异的早强效果和长期性能，其中，加入硫铝酸盐水泥促进水化，提高早期强度，加入硫酸钠和硫酸铝，在促进水化的同时提供硫酸根离子，生成钙矾石，抑制单硫型水化硫铝酸钙的生成，提高后期强度的稳定性，加入改性纳米钙矾石作为晶型早强剂，纳米钙钒石经过表面改性，避免纳米钙钒石间的相互团聚，在水泥浆体中分散性好，分散在水泥浆体中改性纳米钙矾石为钙矾石生长提供晶核，降低成核势垒，钙矾石直接在外加的改性纳米钙矾石表面生长，与硫铝酸盐水泥、硫酸钠、硫酸铝促进水化的作用机理配合，加快生成钙矾石，促进水化进程。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
具体实施方式：
下面以几个具体的实施例对本发明所提出的具体方案进行更加详细地叙述。
实施例1：
(1)一种多种水泥复合早强剂，按以下组分称取并混合均匀：强度等级为42.5的低碱度硫铝酸盐水泥947kg，JC/T419-1996通用标准双快水泥抢修料40kg，硫酸铝15Kg，硫铝酸钙6Kg，硼酸5Kg，三聚磷酸钠4Kg；
(2)多种水泥复合型早强剂及其在混凝土构件中的应用，每立方混凝土组中分如下：强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥420Kg，黄沙915Kg，石子915Kg，JC T223-2017标准聚羧酸高性能减水剂5.46Kg，复合早强剂20Kg，水150Kg；
按GB/T 50081-2019进行相关物理性能测试，其中试验环境温度为25℃，本实施例混凝土构件均在此试验温度下养护，经过17小时养护，检测其抗压强度为25.01MPa，经过28天养护，检测混凝土抗压强度为44.9Mpa。
实施例2：
(1)一种复合早强剂，按以下组分称取并混合均匀：强度等级为42.5的低碱度硫铝酸盐水泥900kg、JC/T419-1996通用标准双快水泥抢修料40kg，硫酸铝15Kg，硫铝酸钙6Kg，硼酸5Kg，三聚磷酸钠4Kg，硫酸钠20Kg；
(2)多种水泥复合型早强剂及其在混凝土构件中的应用，每立方混凝土中组分如下：强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥390Kg，黄沙915Kg，石子915Kg，JC T223-2017标准聚羧酸高性能减水剂5.46Kg，复合早强剂20Kg，水150Kg；
按GB/T 50081-2019进行相关物理性能测试，其中试验环境温度为25℃，本实施例混凝土构件均在此试验温度下养护，经过12小时养护，检测混凝土抗压强度为17.2Mpa，经过28天养护，检测混凝土抗压强度为43.7Mpa。
实施例3：
(1)一种复合早强剂，按以下组分称取并混合均匀：强度等级为42.5的低碱度硫铝酸盐水泥900kg、强度等级52.5的普通硅酸盐水泥100kg、硫酸铝15Kg、硫铝酸钙6Kg、硼酸5Kg、三聚磷酸钠4Kg、硫酸钠20Kg；
(2)多种水泥复合型早强剂及其在混凝土构件中的应用，每立方混凝土中组分如下：强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥390Kg，黄沙915Kg，石子915Kg，JC T223-2017标准聚羧酸高性能减水剂5.46Kg，复合早强剂20Kg，水150Kg；
按GB/T 50081-2019进行相关物理性能测试，其中试验环境温度为25℃，本实施例混凝土构件均在此试验温度下养护，经过15小时养护，检测混凝土抗压强度为15.4Mpa，经过28天养护，检测混凝土抗压强度为44.6Mpa。
实施例4：
(1)一种复合早强剂，按以下组分称取并混合均匀：强度等级为42.5的低碱度硫铝酸盐水泥900kg、JC/T419-1996通用标准双快水泥抢修料40kg，硫酸铝15Kg，硫铝酸钙6Kg，硼酸5Kg，三聚磷酸钠4Kg，硫酸钠20Kg，纳米钙矾石20Kg；
(2)多种水泥复合型早强剂及其在混凝土构件中的应用，每立方混凝土中组分如下：强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥390Kg，黄沙915Kg，石子915Kg，JC T223-2017标准聚羧酸高性能减水剂5.46Kg，复合早强剂20Kg，水150Kg；
按GB/T 50081-2019进行相关物理性能测试，其中试验环境温度为25℃，本实施例混凝土构件均在此试验温度下养护，经过12小时养护，检测混凝土抗压强度为18.9Mpa，经过28天养护，检测混凝土抗压强度为44.8Mpa。
实施例5：
(1)一种复合早强剂，按以下组分称取并混合均匀：强度等级为42.5的低碱度硫铝酸盐水泥900kg、强度等级52.5的普通硅酸盐水泥100kg、硫酸铝15Kg、硫铝酸钙6Kg、硼酸5Kg、三聚磷酸钠4Kg、硫酸钠20Kg，纳米钙矾石20Kg；
(2)多种水泥复合型早强剂及其在混凝土构件中的应用，每立方混凝土中组分如下：强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥390Kg，黄沙915Kg，石子915Kg，JC T223-2017标准聚羧酸高性能减水剂5.46Kg，复合早强剂20Kg，水150Kg；
按GB/T 50081-2019进行相关物理性能测试，其中试验环境温度为25℃，本实施例混凝土构件均在此试验温度下养护，经过15小时养护，检测混凝土抗压强度为17.3Mpa，经过28天养护，检测混凝土抗压强度为45.9Mpa。
实施例6：
(1)一种复合早强剂，按以下组分称取并混合均匀：强度等级42.5的低碱度硫铝酸盐水泥900kg，JC/T419-1996通用标准双快水泥抢修料40kg，硫酸铝15Kg，硫铝酸钙6Kg，硼酸5Kg，三聚磷酸钠4Kg，硫酸钠20Kg，改性纳米钙钒石20Kg；
(2)多种水泥复合型早强剂及其在混凝土构件中的应用，每立方混凝土中组分如下：强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥390Kg，黄沙915Kg，石子915Kg，JC T223-2017标准聚羧酸高性能减水剂5.46Kg，复合早强剂20Kg，水150Kg；
其中，所述改性纳米钙矾石的具体制备步骤如下：
Ⅰ、在200ml重量分数为5％的硫酸钠溶液中，加入100ml重量分数为10％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，然后加入60g纳米钙矾石，以200r/min搅拌4h，再50KHz超声处理30min以上，过滤，用水洗至中性，得到活性纳米钙矾石；
Ⅱ、取Ⅰ中5g活性纳米钙矾石加入到180ml无水乙醇中，搅拌处理10min，超声频率50KHz，超声分散30min，得到纳米钙矾石分散液；
Ⅲ、取0.25g烷基偶联剂KH～570加入20ml去离子水中磁力搅拌5min，得到偶联剂分散液；
Ⅳ、通过水浴加热将Ⅱ中纳米钙矾石分散液加热至50℃，加入偶联剂分散液，搅拌均匀，再加入醋酸调整PH至5，搅拌反应8h，将反应液抽滤，以无水乙醇反复冲洗滤饼，真空干燥、研磨成粉过250目筛得到改性纳米钙矾。
复合早强剂中以改性纳米钙矾石组作为晶种早强剂，为水化反应中生成钙矾石提供晶核，通过偶联剂改性将纳米钙矾石表面由亲水性转变为亲油性，减少纳米钙矾石颗粒间的团聚，改性纳米钙矾石在水泥浆体中的分散性更强，晶核作用更显著。
按GB/T 50081-2019进行相关物理性能测试，其中试验环境温度为25℃，本实施例混凝土构件均在此试验温度下养护，经过12小时养护，检测混凝土抗压强度为21.6Mpa，经过28天养护，检测混凝土抗压强度为45.5Mpa。
实施例7：
(1)一种复合早强剂，按以下组分称取并混合均匀：强度等级42.5的低碱度硫铝酸盐水泥947kg，强度等级52.5的普通硅酸盐水泥100kg，硫酸铝15Kg，硫铝酸钙6Kg，硼酸5Kg，三聚磷酸钠4Kg，硫酸钠20Kg，改性纳米钙钒石20Kg。
(2)多种水泥复合型早强剂及其在混凝土构件中的应用，每立方混凝土中组分如下：强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥390Kg，黄沙915Kg，石子915Kg，JC T223-2017标准聚羧酸高性能减水剂5.46Kg，复合早强剂20Kg，水150Kg；
所述改性纳米钙矾石的制备，具体步骤如下：
Ⅰ、在200ml重量分数为5％的硫酸钠溶液中，加入100ml重量分数为10％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，加入60g纳米钙矾石，以200r/min搅拌4h，再50KHz超声处理30min以上，过滤，用水洗至中性，得到活性纳米钙矾石；
Ⅱ、取Ⅰ中5g活性纳米钙矾石加入到180ml无水乙醇中，搅拌处理10min，超声频率50KHz，超声分散30min，得到纳米钙矾石分散液；
Ⅲ、取0.25g烷基偶联剂KH～570加入20ml去离子水中磁力搅拌5min，得到偶联剂分散液；
Ⅳ、通过水浴加热将Ⅱ中纳米钙矾石分散液加热至50℃，加入偶联剂分散液，搅拌均匀，再加入醋酸调整PH至5，搅拌反应8h，将反应液抽滤，以无水乙醇反复冲洗滤饼，真空干燥、研磨成粉过250目筛得到改性纳米钙矾。
复合早强剂中以改性纳米钙矾石作为晶种早强剂，为水化反应中生成钙矾石提供晶核，通过偶联剂改性将纳米钙矾石表面由亲水性转变为亲油性，减少纳米钙矾石颗粒间的团聚，改性纳米钙矾石在水泥浆体中的分散性更强，晶核作用更显著。
按GB/T 50081-2019进行相关物理性能测试，其中试验环境温度为25℃，本实施例混凝土构件均在此试验温度下养护，经过15小时养护，检测混凝土抗压强度为19.7Mpa，经过28天养护，检测混凝土抗压强度为46.3Mpa。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为。
Claims (7)
1.一种复合型早强剂，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：低碱度硫铝酸盐水泥800~1047份，双快水泥抢修料20~60份，硫酸铝5~25份，膨胀剂2~10份，硼酸2~8份，三聚磷酸钠2~6份，硫酸钠10~30份，改性纳米钙钒石15~25份；
所述的改性纳米钙钒石的制备方法，具体包括以下步骤：
Ⅰ、在质量分数为5%的硫酸钠溶液中，加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，加入纳米钙矾石，搅拌处理2~4h，再超声处理30min以上，过滤，用水洗至中性，得到活性纳米钙矾石；
Ⅱ、将Ⅰ中活性纳米钙矾石加入到无水乙醇中，搅拌处理10min，超声分散30min，得到纳米钙矾石分散液；
Ⅲ、取5％纳米钙矾石质量的烷基偶联剂KH~570加入去离子水中磁力搅拌5min，得到偶联剂分散液；
Ⅳ、通过水浴加热将Ⅱ中纳米钙矾石分散液加热至50℃，加入偶联剂分散液，搅拌均匀，再加入醋酸调整PH至5，搅拌反应6~12h，将反应液抽滤，以无水乙醇冲洗，真空干燥、研磨成粉过250目筛得到改性纳米钙矾石。
2.如权利要求1所述的复合型早强剂，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：低碱度硫铝酸盐水泥947份，双快水泥抢修料40份，硫酸铝15份，膨胀剂6份，硼酸5份，三聚磷酸钠4份。
3.如权利要求1所述的复合型早强剂，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：低碱度硫铝酸盐水泥900份，双快水泥抢修料40份，硫酸铝15份，膨胀剂6份，硼酸5份，三聚磷酸钠4份，硫酸钠20份。
4.如权利要求1所述的复合型早强剂，其特征在于，所述双快水泥抢修料20~60份替换为普通硅酸盐水泥90~110份。
5.如权利要求4所述的复合型早强剂，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：低碱度硫铝酸盐水泥947份，普通硅酸盐水泥100份，硫酸铝15份，膨胀剂6份，硼酸5份，三聚磷酸钠4份，硫酸钠20份。
6.如权利要求1所述的复合型早强剂，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：低碱度硫铝酸盐水泥947份，双快水泥抢修料40份，硫酸铝15份，膨胀剂6份，硼酸5份，三聚磷酸钠4份，硫酸钠20份，改性纳米钙钒石20份。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的复合型早强剂在混凝土构件中的应用，其特征在于，所述复合型早强剂的添加量为凝胶材料质量的1%~6%；所述凝胶材料为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的任意一种。
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