CN102126840B - 低温混凝土早强剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温混凝土早强剂，属于水泥外掺剂。由偏铝酸钠，硅酸钠，硫酸钠，碳酸钠，碳酸锂，溴化锂，碱金属氯化物，碱金属氢氧化物，氟硅酸锌，氟硅酸镁，氟硅酸钠，氟化钙，三异丙醇胺，降失水剂，β-萘磺酸甲醛缩聚物，超细粉末SiO2，超细粉末Al2O3，超细粉末Fe2O3，超细粉末CaO，超细粉末MgO所构成；本发明主要应用于冬季混凝土施工或低温环境应急工程；使用时把本发明的组合混合物按水泥重量的2～5％掺入混泥土后拌水，搅拌；可在环境温度在近似4℃的低温环境下12小时形成水泥块的13.5MPa强度，24小时达到18.5MPa，三天水泥块强度达到30MPa的高强度。
Description
技术领域
本发明涉及水泥外掺剂，尤其是涉及一种应用于冬季混凝土施工或低温环境应急工程的低温混凝土早强剂。
背景技术
一般来说，混凝土工程大约占整个土建工程的一半，因此，混凝土的硬化速度对于缩短土建工程的工期具有十分重要的作用。目前国内有较多10℃～40℃时使用的提高混凝土早期强度的外掺剂，比如水泥-水玻璃浆液早强剂具有凝结时间短，结实率高。多年来，在软土加固、井壁注浆、透水事故处理等方面都有广泛应用，解决了许多关键问题。但是，水泥-水玻璃浆液存在低温强度低和结石体耐久性差的问题，因为混凝土凝胶固化主要是靠硅酸钠中的硅酸根和水泥水化产生的Ca发生反应生成C-S-H凝胶来维持。当环境温度在近似4℃的低温环境下，普通水泥几乎停止了水化反应，硅酸钠中的硅酸根和Ca发生反应生成C-S-H凝胶量严重不足，导致混凝土低温强度低。同时而水泥中钙的含量是固定的，其水化生成的氢氧化钙以及硅酸钠与氢氧化钙反应的量也是一定的，过多硅酸钠对结石体的强度无益，反而可能会使体系稀释而导致强度下降。这是因为C-S-H凝胶需要高碱性才能维持其稳定存在，NaOH的溶出会导致C-S-H凝胶分解，导致结构体破坏。当混凝土材料处于低温干燥条件下时，硅凝胶会脱水，结石体体积收缩产生裂纹，造成结石体粉化无法形成有效强度。因此寻找低于10℃或接近4℃的低温环境下所使用的低温、超低温早强剂是建筑行业混凝土工程今后发展的方向。
与本发明相关的专利文献有：
2005年10月5日中国发明专利申请公开号CN1676486A，公开了一种低温早强促凝剂，其包括以下物质：硝酸钠(NaNO3)，氟化钙(CaF2)和无机高分子聚合物。该发明可以在低温条件下，缩短水泥浆的稠化时间，致使水泥浆在低温条件下 快速凝固。
2011年2月16日中国发明专利申请公布号CN101974318A，公开了一种深水固井用低温早强剂，包括：硫酸钠50～80％、硅酸钠20～50％，该发明的低温早强剂可在低温10℃情况下14小时形成支撑套管的3.5MPa强度，24小时达到6.5MPa，三天水泥块强度达到19.6MPa的高强度。
上述两篇专利文献适用于用于低温条件下油气藏固井工程。但对于应用在高速公路，高速铁路、水库堤坝抢修和快速军事工程冬季施工等一些特殊场合；如对冬季高速公路损坏的路基路面，短时间内恢复重型运输车辆通行进行抢修的要求，现场予制构件合拢处混凝土浇注快速合拢早强的要求、耐高强度冲击波的军事壕堤等设施冬季快速早强的要求，和水库大坝快速修补等工程冬季快速抢修，目前尚没有此类低温混凝土早强剂能达到满足在冬季12小时之内，使浇注的混凝土的抗压强度达到10Mpa以上的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种低温混凝土早强剂，该低温混凝土早强剂在低温条件下能缩短水泥浆的稠化时间，提高水泥石的早期抗压强度，可用于建筑工程、高速公路、高速铁路、水库堤坝抢修和快速军事工程冬季施工等一些特殊场合。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低温混凝土早强剂，其各组份以及重量比例如下：
偏铝酸钠7～15份；硅酸钠1～4份；硫酸钠10～20份；碳酸钠3～8份；碳酸锂1～3份；溴化锂1～3份；碱金属氯化物3～6份；碱金属氢氧化物1～5份；氟硅酸锌1～3份；氟硅酸镁1～3份；氟硅酸钠3～10份；氟化钙2～4份；三异丙醇胺1～5份；降失水剂4～10份；β-萘磺酸甲醛缩聚物1～4份；超细粉末SiO2 4～7份；超细粉末Al2O3 2～5份；超细粉末Fe2O3 3～5份；超细粉末CaO 9～18份；超细粉末MgO 1～2份；
上述超细粉末是指粒度为粒径范围在50-100微米之间；
本发明所述的降失水剂可以是羟乙基纤维素、或者木质素磺酸钙(木钙)，也可是上述二者的混合物，其含量为两者之重量比1∶1；
所述碱金属氢氧化物为LaOH、NaOH或KOH中的一种；
所述碱金属氯化物为NaCl或KCl中的一种；
以上组份物质均为市售。
本发明低温早强剂组合物的制备和使用方法如下：
将偏铝酸钠，硅酸钠，硫酸钠，碳酸钠，碳酸锂，溴化锂，碱金属氯化物，碱金属氢氧化物，氟硅酸锌，氟硅酸镁，氟硅酸钠，氟化钙，三异丙醇胺，降失水剂，β-萘磺酸甲醛缩聚物，超细粉末SiO2，超细粉末Al2O3，超细粉末Fe2O3，超细粉末CaO，超细粉末MgO按上述比例称好；将上述物质依次加入混合机内混合均匀即可；使用时把本发明的组合混合物按水泥重量的2～5％掺入混泥土后拌水，搅拌；搅拌时间15～20分钟，所制得的混泥土30分钟内必须使用完。
本发明所述的超细粉末SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO在本发明中为低温增强材料，该材料在水中能够水化形成有强度的物质。
本发明所述的β-萘磺酸甲醛缩聚物在本发明中起减阻剂作用；
本发明中的溴化锂、碳酸锂和三异丙醇胺可与水泥胶体矿物发生化学作用生成络合物，加速了水泥水化进程并促进水泥石早期强度的发展。三异丙醇胺含有未共用电子对，因而它很容易以配价键同其它离子，尤其是一些金属离子形成络离子，因而是很好的络合剂。在碱性溶液中它易与水泥粒子表面水化产物中的Al3+、Fe3+等离子生成可溶于水的配位化合物，因此，在水泥粒子表面生成可溶点加速水泥中C3A、C2A和C4AF溶解速度，具有很强的分散性能，而与石膏的反应随之加快，硫铝酸钙(钙钒石AFt)生成量增多，这样就会在水泥浆硬化以前，基本上完成体积膨胀，因而可提高水泥石的致密性及其抗压强度，尤其是提高早期强度。另外，本发明添加增强化学粘结力的氟化钙、氟硅酸锌、氟硅酸镁、氟硅酸钠及硅酸钠，使混凝土的水化反应和化学反应同时进行，加快 和增强混凝土粘结力，形成混凝土早强的叠加作用，使超早强性能大大提升。本发明中的碱金属氢氧化物的加入，使液相中Ca(OH)2介稳过饱和度提高，会更加有效阻止C3A水化初期形成疏松结晶的趋势，从而提高水泥石的致密性和强度。本发明中的偏铝酸钠与碳酸钠为钙钒石AFt的形成提供了有效的组分并增强了溶液的碱性，同时，它们在加水之初的放热反应提高了液相温度，有利于促进水化产物的形成和浆体强度发展。本发明中的低温增强材料的主要作用是填充水泥颗粒之间的空隙，进而提高水泥石的致密性。
本发明中的硫酸钠在水化反应中，由于生成了颗粒细小的二水石膏，故而能激发水泥中的混合材和低温增强材料的潜在活性。即在有水存在时，能与Ca(OH)2在常温下发生化学反应，生成凝胶性的组分，增加了结石体的强度和耐久性。
采用本发明的低温混凝土早强剂，可以在低温条件下，缩短水泥浆的稠化时间，促使水泥浆在低温条件下快速凝固。与现有技术相比，本发明低温混凝土早强剂具有以下有益效果：(1)低温下凝结时间较短并且水泥石具有优异的早期抗压强度，能有效减少混凝土候凝时间，缩短建设工期，可早脱模。早期强度高，如用于高速公路道路施工结束，即可马上投入使用。在冰冻期(零下10℃)能避免冻裂现象的出现，防水效果，防腐蚀效果都比现有技术混凝土制品好；(2)本低温混凝土早强剂对混凝土水泥浆密度和稠化时间可调、流动性好、失水量较小，能完全满足现场注水泥施工要求；(3)该低温混凝土早强剂各组分来源较广，具有成本较低的优势，应用前景广阔。(4)可在环境温度在近似4℃的低温环境下12小时形成水泥块的13.5MPa强度，24小时达到18.5MPa，三天水泥块强度达到30MPa的高强度。
具体实施方式
在本发明实施方式中，下述表1为实施例，表2为实施效果.
如无特别指明，重量比例均的重量为g。
表1
表2
测试条件为温度4℃，压力为30Mpa。
由上两表可知，本发明在低温条件下能缩短水泥浆的稠化时间，提高水泥石的早期抗压强度。
Claims (1)
1.一种低温混凝土早强剂，其特征在于：各组份以及重量比例如下：
偏铝酸钠7～15份；硅酸钠1～4份；硫酸钠10～20份；碳酸钠3～8份；碳酸锂1～3份；溴化锂1～3份；碱金属氯化物3～6份；碱金属氢氧化物1～5份；氟硅酸锌1～3份；氟硅酸镁1～3份；氟硅酸钠3～10份；氟化钙2～4份；三异丙醇胺1～5份；降失水剂4～10份；β-萘磺酸甲醛缩聚物1～4份；超细粉末SiO2 4～7份；超细粉末A12O3 2～5份；超细粉末Fe2O3 3～5份；超细粉末CaO 9～18份；超细粉末MgO 1～2份；
上述超细粉末是指粒径范围在50—100微米之间；上述碱金属氢氧化物为NaOH或KOH中的一种；上述碱金属氯化物为NaCl或KCl中的一种；以上组份物质均为市售；上述的降失水剂是羟乙基纤维素；或是木质素磺酸钙；或是羟乙基纤维素和木质素磺酸钙的混合物，其含量为两者之重量比1∶1。
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