CN117303779B - 一种双组分混凝土外加剂、制备方法以及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种双组分混凝土外加剂、制备方法以及应用，外加剂由A组分和B组分组成(质量份)：其中A组分为：醇胺改性剂40‑100份，硝酸钙100‑180份，消泡剂0.1‑0.5份，粘度改性剂1‑5份，硅酸钠15‑40份；B组分为减水剂50‑120份，氢化双酚A 5‑15份，亚硫酸氢钠0.5‑3份，牛磺酸35‑75份；该外加剂有助于减水剂的超掺，降低水的使用量，提高混凝土的和易性以及早期强度。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种双组分混凝土外加剂、制备方法以及应用。
背景技术
聚羧酸减水剂是继木质素、萘系之后的第三代减水剂，在较低的水灰比、较低的掺量条件下，其具有净浆流动度大、塌落度损失小、环保等突出优点。目前已成为建筑行业不可缺少的部分，伴随着其应用领域的继续扩大，建筑行业对其需求越来越多。
但是聚羧酸减水剂较为敏感，其中之一体现在由于聚羧酸减水剂具有高分散性，并且减水率高，因此随着掺量的提高，单方用水量敏感性表现更为突出，混凝土拌合物可能出现分层、离析、泌水等现象，无法满足施工要求。
现有技术解决上述问题的方案往往是设计复杂结构的聚羧酸减水剂，成本高，影响实际使用的效果。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种双组分外加剂，使用简单，用于混凝土中可以很好的降低聚羧酸减水剂的敏感性。
本发明提供了一种双组分外加剂，由A组分和B组分组成(质量份)：
其中A组分为：
B组分为：
其中，所述的醇胺改性剂为POSS醇胺，结构如下：
其中，G1-G8相同或不同，其中G1-G8至少1个含有醇胺基团。
优选的，G1-G8至少2个含有醇胺基团。
优选的，G1-G8至少3个含有醇胺基团。
优选的，G1-G8至少4个含有醇胺基团。
优选的，G1-G8至少5个含有醇胺基团。
优选的，G1-G8至少6个含有醇胺基团。
优选的，G1-G8至少7个含有醇胺基团。
进一步的，POSS醇胺中含有1-8个醇胺基团；
优选的，POSS醇胺中含有2-7个醇胺基团；
优选的，POSS醇胺中含有3-6个醇胺基团；
优选的，POSS醇胺中含有4-5个醇胺基团。
具体的，G1-G8相同或不同，选自如下结构：
其中，X1为连接键或C1-C10的亚烷基，X2为C1-C10的烷基或C6-C12的芳基。
所述POSS醇胺的制备方法如下：
在密闭容器中加入胺类化合物、缩水甘油基POSS、离子液体，其中胺类化合物过量，加热反应后提纯得到所述的POSS醇胺。
其中，所述的胺类化合物结构如下：
其中，X2为C1-C10的烷基或C6-C12的芳基。
具体的，将去离子水加入密闭容器中，然后加入胺类化合物、缩水甘油基POSS、离子液体，其中胺类化合物过量，45-60℃下反应6-18h，得到粗产物；提纯后得到产物，即为所述的POSS醇胺。
所述的缩水甘油基POSS结构如下：
其中，R1-R8相同或不同，其中R1-R8至少1个含有缩水甘油基团。
优选的，R1-R8至少2个含有缩水甘油基团。
优选的，R1-R8至少3个含有缩水甘油基团。
优选的，R1-R8至少4个含有缩水甘油基团。
优选的，R1-R8至少5个含有缩水甘油基团。
优选的，R1-R8至少6个含有缩水甘油基团。
优选的，R1-R8至少7个含有缩水甘油基团。
进一步的，缩水甘油基POSS中含有1-8个缩水甘油基团；
优选的，缩水甘油基POSS中含有2-7个缩水甘油基团；
优选的，缩水甘油基POSS中含有3-6个缩水甘油基团；
优选的，缩水甘油基POSS中含有4-5个缩水甘油基团。
具体的，R1-R8相同或不同，选自如下结构：
其中，X1为连接键或C1-C10的亚烷基。
所述的消泡剂为竹本消泡剂，所述消泡剂包括AFK-2、AE-200消泡剂中的一种或两种。
所述的减水剂优选OM907。
所述的粘度改性剂包括RHEOPLUS 420、SK-420中的一种或两种。
其中，醇胺改性剂含量进一步优选50-80份；
硝酸钙含量进一步优选110-165份；
消泡剂含量进一步优选0.18-0.3份；
减水剂含量进一步优选66-105份；
粘度改性剂含量进一步优选2.5-3.5份；
硅酸钠含量进一步优选17.5-30份；
氢化双酚A含量进一步优选8.5-12.5份；
亚硫酸氢钠含量进一步优选0.8-1.5份；
牛磺酸含量进一步优选42-65份。
本发明中的双组分外加剂复配多种化合物，使用氢化双酚A作为表面活性剂，调节液体粘稠度，牛磺酸和亚硫酸氢钠可以调节物料的蓬松程度，外加剂中含有大量羧基、磺酸基、羟基和氨基，可和减水剂协同工作，少量添加即可增大减水剂的用量，使得减水剂的用量范围变宽，降低了减水剂的敏感性，并提高了混凝土的强度。
其次，本发明还提供了一种双组分外加剂的制备方法，所述方法包括按照配方将A组分组成和B组分组成分别混合均匀，即可得到所述外加剂的A组分和B组分。
混合均匀的过程可以将各组分分开混合，或者一起混合。
混合的方法可以采用本领域常见的方法，比如机械搅拌或者超声混合。
本发明还提供了一种外加剂的使用方法，可以在配制混凝土时先将A组分和B组分混合然后加入混凝土中，或者A组分和B组分分别加入混凝土中均可。
本发明还提供了一种双组分外加剂的应用，所述外加剂用于混凝土，优选的，所述外加剂用于降低减水剂的敏感度，进一步的，所述外加剂用于提高减水剂的掺量。
其中，所述的减水剂优选聚羧酸类减水剂。
其中，所述减水剂的用量增加比例为10-100％，优选为35-95％，更优选为50-90％，进一步优选为70-90％。
值得说明的是，可以在B组分中减水剂的含量基础上继续添加需要的聚羧酸减水剂，添加的方式不作限定，可以先将B组分和另外的减水剂预先混合，然后一起加入，也可以将两者分别加入。
类似的，对于A组分、B组分以及另外的减水剂，可以两两预先混合，或者三者预先混合，然后一起加入到混凝土中，也可以分别加入。
本发明还提供了一种外加剂的应用，所述外加剂用于降低混凝土用水量，提高强度富余。
进一步的，本发明还提供了一种外加剂的应用，所述外加剂用于降低混凝土中胶材使用量，降低砂石比，降低生产成本。
其中，混凝土中胶材为水泥、煤灰和矿粉的总称。
另外，本发明还提供了一种外加剂的应用，所述外加剂用于提高混凝土早期强度，有助于缩短脱模周期，提高建筑施工进度，从而节约施工成本。
本发明还提供了一种混凝土，所述混凝土包括所述的外加剂。
优选的，以混凝土的整体重量为基准，所述外加剂的比例为0.01％-5％，优选为0.1-1％，进一步优选为0.15-0.4％。
优选的，所述混凝土包括如下组分(质量份)：
更加优选的，所述混凝土包括如下组分(质量份)：
与现有技术相比，本发明的外加剂具有以下有益效果：
(1)POSS具有独特的纳米笼状结构，将有机组分与无机组分在分子层面上实现了结合，具有非常独特的性质，且POSS官能团含量多，其改性的醇胺改性剂有着多官能的醇胺基团，并且POSS的结构成滚珠形状，有助于醇胺改性剂以及其他组分的分散，和聚羧酸减水剂、硝酸钙、氢化双酚A和牛磺酸等组分配合良好，整体呈现协同的效果，改善了聚羧酸减水剂对于水分的敏感度。
(2)本发明的减水剂外加剂有助于减水剂的超掺，减水剂使用量可以超掺10％～90％，降低水的使用量，提高混凝土的和易性，保证混凝土强度前提下可以控制降低混凝土中胶材使用量，降低砂石比，降低生产成本。
(3)本发明的减水剂外加剂可以明显提高混凝土早期强度，有助于缩短脱模周期，提高建筑施工进度，从而节约施工成本；可以满足如抢险救灾等一些紧急情况下的对于混凝土早强的严苛要求。
(4)本发明不需要复杂的聚羧酸减水剂改性，该外加剂使用简单，成本低效果好，具有非常广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明应用例1制备的混凝土样式图；
图2为本发明应用例2制备的混凝土样式图；
图3为本发明应用例3制备的混凝土样式图；
图4为本发明应用例4制备的混凝土样式图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
原料
缩水甘油基POSS，记为POSS-1；
四缩水甘油基POSS，记为POSS-2；
八缩水甘油基POSS，记为POSS-3；
上述的缩水甘油基POSS获自西安齐岳生物科技有限公司。
OM907获自科龙建材有限公司。
制备例1
将去离子水加入密闭容器中，然后加入乙胺、POSS-1、[Hmim]FeCl4离子液体，其中乙胺过量，55℃下反应12h，得到粗产物；提纯后得到产物，记为POSS醇胺-1。
其中，POSS-1结构如下：
其中，
得到的POSS醇胺-1结构为：
其中，
制备例2
将去离子水加入密闭容器中，然后加入乙胺、POSS-2、[Hmim]FeCl4离子液体，其中乙胺过量，55℃下反应12h，得到粗产物；提纯后得到产物，记为POSS醇胺-2。
其中，POSS-2结构如下：
其中，
得到的POSS醇胺-2结构如下：
其中，
制备例3
将去离子水加入密闭容器中，然后加入乙胺、POSS-3、[Hmim]FeCl4离子液体，其中乙胺过量，55℃下反应12h，得到粗产物；提纯后得到产物，记为POSS醇胺-3。
其中，POSS-3结构如下：
其中，
得到的POSS醇胺-3结构为
其中，
实施例1-5、对比例1-2
按表1配方称取各组分，混合均匀即可。
表1原料配方(质量份)
性能测试1
根据行业标准JC/T2469-2018《混凝土减胶计》对本发明实施例2制备的多功能混凝土外加剂进行检测，结果如下表2所示：
表2外加剂检测
本发明制备的多功能混凝土外加剂，经检测，总碱量、pH值、密度、减胶率、减水率、含气量增加值、凝结时间差、抗压强度比、28d收缩率比、28d碳化深度比、50次冻融循环抗压强度损失率比指标均符合行业标准JC/T2469-2018《混凝土减胶计》技术指标要求。
性能测试2
将水泥、煤灰、矿粉、砂料、石、水配以市售减水剂、本发明实施例2制备的多功能混凝土外加剂混合，配方如表3，制备混凝土，观察混凝土性能，结果如图1-4。
表3混凝土配方(单位：kg)
| 应用例 | 应用例1 | 应用例2 | 应用例3 | 应用例4 |
| 水泥 | 220 | 200 | 190 | 190 |
| 煤灰 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| 矿粉 | 90 | 90 | 90 | 90 |
| 粗砂 | 478 | 438 | 438 | 438 |
| 细砂 | 287 | 287 | 287 | 287 |
| 1-2石 | 739 | 819 | 869 | 879 |
| 05石 | 317 | 317 | 287 | 287 |
| 水 | 180 | 160 | 150 | 140 |
| 减水剂 | 6.30 | 6.83 | 7.85 | 8.40 |
| 外加剂 | 0 | 3.96 | 3.84 | 3.84 |
参见图1，应用例1作为基准状态，制备的混凝土流速较慢，浆体略显不足，和易性有所欠缺。
参见图2，应用例2制备的混凝土添加了少量的外加剂，配合比应用例1降低20kg水泥，降低40kg粗砂，降低20kg用水量，验证调节剂能否调整出混凝土较好的和易性和工作性能。实验得到的混凝土整体和易性优于基准，浆体较丰富，无泌水露石，流速较快。
参见图3，应用例3较应用例2持续降低10kg水泥，降低30kg 05石，降低10kg有水量，验证调节剂对于混凝土和易性的改善情况。发现混凝土整体光泽度较好，包裹性良好。
参见图4，应用例4上一组降低10kg用水量，较基准降低40kg用水量，以验证调节剂在较低水胶比的情况下调节混凝土的工作性能。试验结果表明混凝土流速依然保持较好，混凝土性能保持良好。
后续应用例在应用例4的基础上，其他组分不变，控制外加剂的比例为0.25％，减水剂用量可以增加到0.51％，相对于应用例1减水剂超掺90％，相应的用水量降低33％。
另外，经测试，对比例1-2的外加剂对于减水剂超掺没有明显改进。实施例1、5的外加剂也有利于减水剂的超掺，在外加剂0.25％的基础上，实施例1对应的减水剂超掺率约为62％，实施例5约为49％。
性能测试3
本发明试验例制备的混凝土强度测试数据如下表4所示：
表4混凝土性能测试
| 性能测试 | 单位 | 应用例1 | 应用例2 | 应用例3 | 应用例4 |
| 8h强度 | MPa | 0.59 | 4.33 | 3.44 | 3.86 |
| 12h强度 | MPa | 3.87 | 16.7 | 18.3 | 17.0 |
| 1d强度 | MPa | 29.2 | 38.1 | 35.2 | 35.6 |
| 3d强度 | MPa | 46.5 | 56.7 | 54.5 | 55.1 |
| 7d强度 | MPa | 58.9 | 70.3 | 66.6 | 68.2 |
从表4的数据可以知道，添加本发明的双组分外加剂后可以明显提高混凝土早期强度，其8h、12h及1天的强度相比未添加外加剂的应用例1强度提升显著。提高早期强度可以缩短脱模周期，提高建筑施工进度，从而节约施工成本；可以满足如抢险救灾等一些紧急情况下的对于混凝土早强的严苛要求。
综上，本发明的双组分减水剂外加剂可以有效降低聚羧酸减水剂的敏感度，有助于减水剂的超掺，减水剂使用量可以超掺10％～90％，从而可以降低水的使用量，提高混凝土的和易性，提高强度富余。
由于外加剂能够有效降低减水剂敏感度，在生产过程中，可以大幅度的降低由于砂石材料的不稳定性而导致的超掺离析，提高整体生产的稳定性。
另外，添加本发明的双组分外加剂后可以明显提高混凝土早期强度，有助于缩短脱模周期，提高建筑施工进度，从而节约施工成本；可以满足如抢险救灾等一些紧急情况下的对于混凝土早强的严苛要求。而且在实际应用中发现该双组分外加剂在降低砂率保持较好和易性方面表现非常优秀，使得拌合物到工地浇筑后开裂几率得到极大下降。并且该外加剂成本低，非常适于推广使用。
本领域技术人员知悉，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本上发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (24)
1.一种双组分外加剂，其技术特征在于，按质量份由A组分和B组分组成：
其中A组分为：
B组分为：
所述的醇胺改性剂为POSS醇胺，结构如下：
其中，G1-G8相同或不同，其中G1-G8至少1个含有醇胺基团。
2.根据权利要求1所述的双组分外加剂，其技术特征在于，POSS醇胺中含有1-8个醇胺基团。
3.根据权利要求1所述的双组分外加剂，其技术特征在于，POSS醇胺中含有2-7个醇胺基团。
4.根据权利要求1所述的双组分外加剂，其技术特征在于，POSS醇胺中含有3-6个醇胺基团。
5.根据权利要求1所述的双组分外加剂，其技术特征在于，POSS醇胺中含有4-5个醇胺基团。
6.根据权利要求1所述的双组分外加剂，其技术特征在于，G1-G8相同或不同，选自如下结构：
其中，X1为连接键或C1-C10的亚烷基，X2为C1-C10的烷基或C6-C12的芳基。
7.根据权利要求1所述的双组分外加剂，其技术特征在于，所述POSS醇胺的制备方法如下：
在密闭容器中加入胺类化合物、缩水甘油基POSS、离子液体，其中胺类化合物过量，加热反应后提纯得到所述的POSS醇胺；
其中，所述的胺类化合物结构如下：
其中，X2为C1-C10的烷基或C6-C12的芳基；所述的缩水甘油基POSS结构如下：
其中，R1-R8相同或不同，其中R1-R8至少1个含有缩水甘油基团。
8.根据权利要求7所述的双组分外加剂，其技术特征在于，缩水甘油基POSS中含有1-8个缩水甘油基团。
9.根据权利要求7所述的双组分外加剂，其技术特征在于，缩水甘油基POSS中含有2-7个缩水甘油基团。
10.根据权利要求7所述的双组分外加剂，其技术特征在于，缩水甘油基POSS中含有3-6个缩水甘油基团。
11.根据权利要求7所述的双组分外加剂，其技术特征在于，缩水甘油基POSS中含有4-5个缩水甘油基团。
12.根据权利要求7所述的双组分外加剂，其技术特征在于，R1-R8相同或不同，选自如下结构：
其中，X1为连接键或C1-C10的亚烷基。
13.根据权利要求1所述的双组分外加剂，其技术特征在于，所述的消泡剂为竹本消泡剂。
14.根据权利要求1所述的双组分外加剂，其技术特征在于，所述的减水剂为OM907。
15.根据权利要求1所述的双组分外加剂，其技术特征在于，所述的粘度改性剂包括RHEOPLUS 420、SK-420中的一种或两种。
16.一种权利要求1-15任一项所述的双组分外加剂的制备方法，其技术特征在于，所述方法包括按照配方将各组分混合均匀，即可得到所述外加剂。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其技术特征在于，混合均匀的过程将各组分分开混合，或者一起混合。
18.根据权利要求16所述的制备方法，其技术特征在于，混合的方法包括机械搅拌、超声混合。
19.根据权利要求1-15任一项所述的双组分外加剂的应用，其技术特征在于，所述外加剂用于混凝土。
20.根据权利要求19所述的应用，其技术特征在于，所述外加剂用于提高减水剂的掺量。
21.根据权利要求20所述的应用，其技术特征在于，所述的减水剂为聚羧酸类减水剂。
22.根据权利要求19所述的应用，其技术特征在于，所述外加剂用于降低混凝土用水量。
23.根据权利要求19所述的应用，其技术特征在于，所述外加剂用于降低混凝土中胶材使用量，降低砂石比；
其中，混凝土中胶材为水泥、煤灰和矿粉的总称。
24.根据权利要求19所述的应用，其技术特征在于，所述外加剂用于提高混凝土早期强度。
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