CN101200354A - 混凝土超早强剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混凝土超早强剂，其特征在于：以重量百分比计，包括以下组分，无机盐类早强组分35％～55％，有机物类早强组分5％～10％，减水组分15％～25％，其中，所述无机盐类早强组分由硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐中的至少2种复配而成；所述有机物类早强组分选自甲酸钙、乙酸钠、草酸钙、三乙醇胺、三异丙醇胺以及尿素中的一种；所述减水组分选自萘磺酸系、三聚氰胺系和聚羧酸系高效减水剂中的一种。本发明使混凝土在冬季低温情况下可以较快地凝结硬化，使混凝土的早期强度有较大提高，同时又保证了后期强度。

Description

混凝土超早强剂
                            技术领域
本发明涉及一种混凝土外加剂，具体涉及一种用于提高混凝土早后期强度和缩短硬化时间的混凝土超早强剂。
                            背景技术
随着社会经济的迅速发展，对混凝土的要求也越来越高。据统计，80％以上的商品混凝土和自拌混凝土都掺加了混凝土外加剂以提高性能，满足施工的要求。现在，混凝土外加剂主要向高效、多功能和复合化的方向发展。采用复合外加剂能够改善新拌混凝土的工作性，如增加流动性，减少混凝土坍落度经时损失等；可以提高混凝土的稳定性，如匀质性、不离析、不泌水等；还可调节水泥的水化、硬化过程，如延缓水化放热，早强、高强等。
同时，在一些如大型桥梁、高层建筑等大体积混凝土的施工建筑以及特殊的抢修工程中，不仅要求混凝土具有高强、高性能，同时希望混凝土早期强度要发展较快，以缩短拆模时间，提高模板的周转率，以便下一道工序的施工，从而缩短建设周期，提高工程进度，创造更大的经济效益。
传统的早强剂添加在混凝土中，能提高混凝土早期强度，但早期强度提高幅度不大。在20℃左右时，龄期1天的混凝土强度可以达到设计标号的30％左右；龄期2天的混凝土强度达到设计标号的50％左右；龄期3天的混凝土强度达到设计标号的60～70％；而在0℃时，龄期3天的混凝土强度只能达到设计标号40％左右，无法满足某些抢修工程在冬季的施工要求。
中国发明专利申请CN1772684A公开了一种能使水泥提早硬化的早强剂，由硫酸亚铁、工业盐、粉煤灰、碳酸钙粉配置而成，在水泥中添加3～5‰时，能促使水泥在3天的早期强度最高达到20.9MPa。但一方面该技术方案中的早期强度提高幅度不大，还有进一步提升的空间，另一方面，没有同时兼顾到后期强度的问题。
针对普通混凝土早强剂早期强度提高不大，硬化时间慢的情况，本发明提供了一种混凝土超早强剂，不但能够大幅度提高混凝土的早期强度和后期强度，还可以改善混凝土的工作性、稳定性和耐久性。
                            发明内容
本发明目的是提供一种能较大幅度提高混凝土的早期强度，同时保证其后期强度的混凝土超早强剂。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种混凝土超早强剂，以重量百分比计，包括以下组分，
无机盐类早强组分    35％～55％，
有机物类早强组分    5％～10％，
减水组分            15％～25％，
其中，所述无机盐类早强组分由硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐中的至少2种复配而成；所述有机物类早强组分选自甲酸钙、乙酸钠、草酸钙、三乙醇胺、三异丙醇胺以及尿素中的一种；所述减水组分选自萘磺酸系、三聚氰胺系和聚羧酸系高效减水剂中的一种。
上述技术方案中，所述无机盐类早强组分由硫酸盐和亚硝酸盐复配而成，硫酸盐和亚硝酸盐的重量比为30～50∶50～70。
优选的方案，所述硫酸盐为硫酸钠，所述亚硝酸盐为亚硝酸钠。
优选的技术方案，所述有机物类早强组分为尿素；所述减水组分为萘磺酸系高效减水剂。
进一步的技术方案，所述超早强剂中还包括有20％～30％重量的促凝改性剂铝酸钠和1％～3％重量的缓凝剂糖钙和柠檬酸的混合物。
早强组分是决定混凝土超早强剂性能的关键，其对混凝土早强作用的机理通常认为有以下几点：
①早强组分同水泥矿物铝酸三钙、铁铝酸四钙形成了能促凝的复杂化合物，这些化合物能为铝酸三钙、硅酸三钙的水化结晶提供晶核，加快水化反应。
②早强组分同水化产物Ca(OH)2形成络合物，能显著地加速铝酸三钙、硅酸三钙的水化反应，从而提高早期强度。
③早强组分加速了铝酸三钙的水化及水化物与石膏反应生成钙矾石的过程。
④形成石膏的过饱和溶液，阻止铝酸三钙水化初期产生疏松结构的趋势。
⑤生成了C4AH13六方片状晶体，抑制了向C3AH6等轴晶体的转化趋势。
⑥提高液相pH值，促进硅酸盐水泥水化。
⑦在硅酸三钙水化物表面上吸附形成的络合物促进了水化反应。
⑧加速水泥组分的溶解，使反应加速。
⑨激发水泥中矿物掺合料的活性，早期发生二次水化反应。
针对以上机理，发明人分别对无机盐类早强组分和有机物类早强组分及复合早强组分的性能和功效作试验研究，找到了一种能起到最好的早强作用的配方，即使用两种无机盐类进行复配，再组合有机物类构成复合早强组分，其中，所述无机盐1和无机盐2优选硫酸盐和亚硝酸盐，进一步优选硫酸钠和亚硝酸钠，所述有机物类早强组分优选尿素。
然而，无机盐为电解质，溶于水后将发生电离，其电离的离子对水泥粒子的分散产生如下影响：①对扩散层的压缩作用，可以把一部分反号离子压缩到凝胶团的紧密层中，这将导致扩散层厚度显著减薄，电位大大降低，分散作用减弱而凝聚作用增强。②离子交换的凝聚作用和稀释作用，使得双电层中反号离子数目发生变化，即扩散层发生变化，其ζ电位随之改变，水泥浆体系的凝聚作用发生变化。而减水组分为一种表面活性剂，可使水泥粒子定向吸附及减水剂分子解离，使水泥粒子的ζ电位提高，因而颗粒间的静电斥力增大，形成起抑制凝聚倾向的定向吸附层。
所以只有选择合适的减水组分配合早强组分使用，使它们的相容性最好，才能改善新拌混凝土的工作性能。因此，通过比较水泥净浆流动度的大小及其经时变化情况，发明人发现减水组分可选自萘磺酸系、三聚氰胺系和聚羧酸系高效减水剂中的一种，优选萘磺酸系高效减水剂。
由于上述技术方案的使用，本发明与现有技术相比，具有下列优点：
1.本发明选择了合适的无机盐与有机早强组分复配，增大水泥水化速度，促进混凝土的终凝，减少混凝土初终凝时间间隔，使混凝土在冬季低温情况下可以较快地凝结硬化，同时使混凝土的早期强度有较大提高。
2.减水组分的选取，与早强组分相容性好，改善了新拌混凝土的工作性能。
3.促凝改性剂和缓凝剂的合适比例选择，既保证了早期强度的提高，又保证了后期强度。
                            具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种混凝土超早强剂，以重量百分比计，包括：
亚硝酸钠(Na2NO2)            10～20％，
硫酸钠(Na2SO4)              25～35％，
促凝改性剂                  20～30％，
缓凝剂                      1～3％，
尿素                        5～10％，
高效减水剂                  15～25％，
其中，高效减水剂为萘磺酸系减水剂GS-1B。
本实施例的制备方法是，按配比称量各种原料，然后在搅拌机内混合，搅拌均匀即可。
使用时，采用外掺法，掺量为水泥用量的3～5％，即在搅拌混凝土时，100kg的水泥用量掺入3～5kg的超早强剂。
对本实施例获得的超早强剂进行对比试验。在冬季气温较低时，成型基准和掺超早强剂的混凝土试块，并把它们分别在室内标准养护和室外低温养护，其中，超早强剂的添加量是3％，比较两者的性能，试验结果如下表1所示。
            表1  超早强剂在冬季低温混凝土中的性能
         混凝土配合比             抗压强度
水泥 中砂 石子 水   1天   3天     28天
基准混凝土标准养护   330   730   1195   192   5.1   12.6     26.4
掺3％超早强剂混凝土标准养护 330 730 1195 155 15.4 31.8 36.8
基准混凝土室外养护   330   730   1195   192   9.4     20.1
掺3％超早强剂混凝土室外养护 330 730 1195 155 10.8 20.2 31.1
由表1可知，超早强剂即使在冬季室外气温较低的情况下，使用效果也非常好，早后期强度提高较大，1天龄期的混凝土强度能达到基准混凝土标准养护28天的40％左右，而基准混凝土在冬季室外低温情况下一天强度尚不足以拆模，3天能达到75％左右，而28天强度也能提高17％。

Claims (6)

1.一种混凝土超早强剂，其特征在于：以重量百分比计，包括以下组分，
无机盐类早强组分        35％～55％，
有机物类早强组分        5％～10％，
减水组分                15％～25％，
其中，所述无机盐类早强组分由硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐中的至少2种复配而成；所述有机物类早强组分选自甲酸钙、乙酸钠、草酸钙、三乙醇胺、三异丙醇胺以及尿素中的一种；所述减水组分选自萘磺酸系、三聚氰胺系和聚羧酸系高效减水剂中的一种。
2.根据权利要求1所述的超早强剂，其特征在于：所述无机盐类早强组分由硫酸盐和亚硝酸盐复配而成，硫酸盐和亚硝酸盐的重量比为30～50∶50～70。
3.根据权利要求2所述的超早强剂，其特征在于：所述硫酸盐为硫酸钠，所述亚硝酸盐为亚硝酸钠。
4.根据权利要求1所述的超早强剂，其特征在于：所述有机物类早强组分为尿素。
5.根据权利要求1所述的超早强剂，其特征在于：所述减水组分为萘磺酸系高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的超早强剂，其特征在于：所述超早强剂中还包括有20％～30％重量的促凝改性剂铝酸钠和1％～3％重量的缓凝剂糖钙和柠檬酸的混合物。
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