CN103951304B - 一种混凝土增强剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土增强剂，其主要由以下质量份数的组分与水配制而成：异丙醇胺类复合物30～40份；三乙醇胺10～12份；多元醇1～5份和硫代硫酸钠3～5份。其制备方法包括：先配制异丙醇胺类复合物，再将异丙醇胺类复合物、三乙醇胺、多元醇、硫代硫酸钠和水混合，加水稀释，搅拌均匀得到混凝土增强剂。应用时直接将混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、减水剂、水、砂子和石子进行混合即可。本发明的产品对外加剂适应性强，对混凝土后期强度增加显著。
Description
技术领域
本发明属于混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种混凝土增强剂及其制备方法和应用。
背景技术
混凝土是人类最大宗的建筑结构材料，它是由胶凝材料（水泥、粉煤灰、矿粉等）、骨料（包括砂，石等）及液体介质（水、外加剂等）经简单机械拌和而成的复合材料体系。混凝土也是一种复杂多相的复合材料体系，不同相之间的界面过渡区是影响混凝土综合性能最重要因素，混凝土的许多质量问题（如强度不足、裂缝等）归根到底都是界面过渡区有缺陷而产生的。尽管预拌混凝土已经取得了长足的进步，但高水泥用量、高用水量、高水灰比这一“三高”现象仍然没有实质性改变。随着科学技术的不断进步，尤其是外加剂的使用，使得混凝土在性能上得到了显著的提高，在成本上有了明显的降低；但是为了确保混凝土的工作性能，以目前的外加剂的效果，在混凝土中始终还有20%左右的水泥没有充分水化反应，因而无法进一步提高混凝土的强度。
针对这种现状，各国专家学者在混凝土增强剂方面作了大量的科学研究，但始终没有取得明显的进展；直到最近十年由于新型小分子的表面活性剂的研制成功，才使得混凝土增强剂产品的研发取得实质性突破。
混凝土增强剂是与混凝土外加剂一起在混凝土拌和过程中加入，用以提高混凝土抗压强度，从而达到减少胶凝材料用量、节约混凝土生产成本的目的。
CN102838315A号中国专利文献公开了一种混凝土增强剂，它由聚丙烯酰胺共聚物水溶液和配合剂组成，聚丙烯酰胺共聚物水溶液占增强剂的质量比为80%～95%，配合剂占增强剂的质量比为5%～20%；配合剂由胶体二氧化硅、三异丙醇胺、三聚磷酸钠和三乙醇胺组成，其中胶体二氧化硅占所述增强剂的重量比为1%～5%，三异丙醇胺占增强剂的重量比为0.5%～3%，三聚磷酸钠占增强剂的重量比为0.1%～5%，三乙醇胺占增强剂的重量比为0.1%～3%；增强剂的pH值8～10。其配制方法为：先将配合剂原料按比例用水配制成配合剂溶液；然后在搅拌下在聚丙烯酰胺共聚物水溶液中加入配合剂溶液，加完后继续搅拌10分钟以上，制得混凝土增强剂。
CN101397199A号中国专利文献公开了一种水泥助磨增强剂，其是由醇胺类、多元醇类、酰胺类、引发剂等按1∶1.2～1.6∶0.1～0.5∶0.01～0.04的质量比配制而成。醇胺与多元醇在反应罐内混匀，搅拌下控制反应酸性，于100℃～110℃反应2～6h；加入酰胺和引发剂，调整pH值为7～7.5，再搅拌反应3～5h；经碱中和至pH8～10得到成品。
从现有公开的大量文献来看，主要存在以下缺陷：1）现有的增强剂产品针对纯水泥生产工艺过程的较多，专门针对混凝土类的增强剂产品相对较少，然而水泥与混凝土的材料成分及性能差别较大，如果将水泥类增强剂直接照搬于混凝土中，往往效果会发生很大改变，很难达到预期的增强目的；2）现有的混凝土类增强剂与目前混凝土生产所用的外加剂适应性不强，有的增强剂适应萘系减水剂，但对聚羧酸和脂肪族减水剂则几乎没有效果；3）现有的部分混凝土类增强剂产品不仅配制困难，而且成本高，对混凝土性能的改善还有待进一步提高；4）现有的部分混凝土类增强剂产品原料获取困难，产品环保性差，容易造成环境污染，这与绿色建筑的理念背道而驰；5）此外，现有的部分混凝土增强剂含有一定量的无机盐，对混凝土的耐久性存在一定风险，且对混凝土后期强度增进率有限。
因此，如何对现有混凝土增强剂的配方、原料及制备工艺进行改进，一直是本领域技术人员长期面临的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对外加剂适应性强、对混凝土后期强度增加显著、以小分子有机表面活性剂为主要原料的环保性混凝土增强剂。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种混凝土增强剂，所述混凝土增强剂主要由以下质量份数的组分与水配制而成：
所述异丙醇胺类复合物主要由三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺混合配制而成。
上述的混凝土增强剂中，优选的，所述异丙醇胺类复合物中三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺的质量分数配比如下：
三异丙醇胺 93.5%～98.0%；
二异丙醇胺 1.5%～1.7%；
一异丙醇胺 0.3%～5.0%。
上述的混凝土增强剂中，优选的，所述多元醇是以甘油和二甘醇为主要成分的混合物。
上述的混凝土增强剂中，优选的，所述混凝土增强剂的pH值控制在8.5～10.5，比重控制在1.02～1.15，固含量控制在6.0%～8.0%。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的混凝土增强剂的制备方法，包括以下
（1）首先将所述三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺按设定的质量分数配比混合配制成异丙醇胺类复合物；
（2）将上述配制好的异丙醇胺类复合物、三乙醇胺、多元醇、硫代硫酸钠和水按以下质量配比搅拌均匀，配制成固含量为33.0%～44.0%的混凝土增强剂母液；
（3）向上述配制好的混凝土增强剂母液中加水稀释，水的添加量与母液的质量比为4～5:1，充分搅拌均匀后，得到固含量控制在6.0%～8.0%的混凝土增强剂。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的混凝土增强剂的应用，将所述的混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、减水剂、水、砂子和石子进行混合，混合时的质量份数配比如下：
所述混凝土增强剂的用量占水泥、矿粉和粉煤灰的总质量的0.4%～0.6%。
上述的应用中，优选的，所述矿粉为S95矿粉；所述粉煤灰为II级粉煤灰，所述砂子为细度模数在1.6～3.0的河砂，所述石子为5mm～25mm的碎石。
上述本发明的技术方案中，创造性地采用了异丙醇胺类复合物，其属于小分子量的表面活性剂，该异丙醇胺类复合物能够更好地与大分子的减水剂进行配合使用，可在保证混凝土和易性的前提下，使外加剂更有效地发挥其减水效率，从而为提高混凝土强度创造了良好的条件。优选的异丙醇胺类复合物中还包括一异丙醇胺和二异丙醇胺，一异丙醇胺和二异丙醇胺不仅分子量小，而且便于混凝土增强剂进入水泥分子团，然后再通过将异丙醇胺类复合物和三乙醇胺按一定比例配制成小分子表面活性剂溶液，使混凝土中积聚未充分反应的水泥基矿物细粉料先分散均化后再凝聚，提高了混凝土浆体的丰富程度，改善了混凝土水化反应的均匀性和充分性，从而在整体上提高了混凝土的强度。同时通过三乙醇胺与水泥中矿物成分的络合化学作用，以及硫代硫酸钠的化学激发作用，提高混凝土的早期强度；通过三异丙醇胺与水泥矿物成分C4AF（铁铝酸四钙）的络合化学反应，持续提高混凝土的后期强度；通过晶格畸变作用，加快水化反应，减少水化产物晶体矿物数量，提高凝胶产物数量，使二次火山灰反应更加充分，极大地改善了混凝土浆-骨界面粘结结构性质，有利于强度的持续提高。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的混凝土增强剂是几种小分子的表面活性剂（异丙醇胺类复合物和三乙醇胺等）按一定的比例配制而成，与外加剂同时使用后能显著改善混凝土内部结构界面过渡区状况，全面提升混凝土的力学性能，较大幅度提高混凝土各龄期的强度，从而达到降低混凝土中水泥用量的目的。本发明的产品无毒无害，对钢筋无锈蚀危害，与各种水泥和减水剂有很好的适应性，市场应用前景广阔。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例1（混凝土减水剂选用聚羧酸型高性能减水剂）：
一种本发明的混凝土增强剂，其主要由以下质量份数的组分与水配制而成：
异丙醇胺类复合物由三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺混合配制而成。
上述的混凝土增强剂中，异丙醇胺类复合物中三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺的质量分数配比如下：
三异丙醇胺 98.0%；
二异丙醇胺 1.7%；
一异丙醇胺 0.3%。
上述的混凝土增强剂中，多元醇具体是指甘油和二甘醇的混合物。
上述的混凝土增强剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先将三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺按设定的上述质量分数配比混合配制成异丙醇胺类复合物；
（2）将上述配制好的异丙醇胺类复合物、三乙醇胺、多元醇、硫代硫酸钠和水按以下质量配比搅拌均匀，配制成成固含量为39.0%的混凝土增强剂母液；
（3）向上述配制好的混凝土增强剂母液中加水稀释，水的添加量与母液的质量比为4:1，充分搅拌均匀15分钟后，得到混凝土增强剂，pH值为9.2，比重为1.10，固含量为7.8%。
将上述本实施例的混凝土增强剂进行应用时，先将混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、减水剂、水、砂子和石子进行混合，混合时的质量配比如下表1所示（以不添加本发明混凝土增强剂的产品作为对照样）：
表1：本实施例混凝土增强剂产品与对照样的配方（每立方C30混凝土配比）
通过测试本发明产品与对照样的性能及强度，测试结果如下表2所示。
表2：本实施例混凝土增强剂产品与对照样的性能（每立方C30混凝土配比）
实施例2（混凝土减水剂选用萘磺酸盐高效减水剂）：
一种本发明的混凝土增强剂，其主要由以下质量份数的组分与水配制而成：
异丙醇胺类复合物由三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺混合配制而成。
上述的混凝土增强剂中，异丙醇胺类复合物中三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺的质量分数配比如下：
三异丙醇胺 95.5%；
二异丙醇胺 1.5%；
一异丙醇胺 3.0%。
上述的混凝土增强剂中，多元醇具体是指甘油和二甘醇的混合物。
上述的混凝土增强剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先将三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺按设定的上述质量分数配比混合配制成异丙醇胺类复合物；
（2）将上述配制好的异丙醇胺类复合物、三乙醇胺、多元醇、硫代硫酸钠和水按以下质量配比搅拌均匀，配制成固含量为39.3%的混凝土增强剂母液；
（3）向上述配制好的混凝土增强剂母液中加水稀释，水的添加量与母液的质量比为4:1，充分搅拌均匀15分钟后，得到混凝土增强剂。该混凝土增强剂pH值为9.5，比重为1.12，固含量为7.85%。
将上述本实施例的混凝土增强剂进行应用时，先将混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、减水剂、水、砂子和石子进行混合，混合时的质量配比如下表3所示（以不添加本发明混凝土增强剂的产品作为对照样）：
表3：本实施例混凝土增强剂产品与对照样的配方（每立方C30混凝土配比）
通过测试本发明产品与对照样的性能及强度，测试结果如下表4所示。
表4：本实施例混凝土增强剂产品与对照样的性能（每立方C30混凝土配比）
实施例3（混凝土减水剂选用脂肪族高效减水剂）：
一种本发明的混凝土增强剂，其主要由以下质量份数的组分与水配制而成：
异丙醇胺类复合物由三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺混合配制而成。
上述的混凝土增强剂中，异丙醇胺类复合物中三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺的质量分数配比如下：
三异丙醇胺 93.5%；
二异丙醇胺 1.5%；
一异丙醇胺 5.0%。
上述的混凝土增强剂中，多元醇具体是指甘油和二甘醇的混合物。
上述的混凝土增强剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先将三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺按设定的上述质量分数配比混合配制成异丙醇胺类复合物；
（2）将上述配制好的异丙醇胺类复合物、三乙醇胺、多元醇、硫代硫酸钠和水按以下质量配比搅拌均匀，配制成固含量为42.0%的混凝土增强剂母液；
（3）向上述配制好的混凝土增强剂母液中加水稀释，水的添加量与母液的质量比为4.5:1，充分搅拌均匀15分钟后，得到混凝土增强剂。增强剂pH值为9.0，比重为1.08，固含量为7.63%。
将上述本实施例的混凝土增强剂进行应用时，先将混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、减水剂、水、砂子和石子进行混合，混合时的质量配比如下表5所示（以不添加本发明混凝土增强剂的产品作为对照样）：
表5：本实施例混凝土增强剂产品与对照样的配方（每立方C30混凝土配比）
通过测试本发明产品与对照样的性能及强度，测试结果如下表6所示。
表6：本实施例混凝土增强剂产品与对照样的性能（每立方C30混凝土配比）
Claims (6)
1.一种混凝土增强剂，其特征在于，所述混凝土增强剂主要由以下质量份数的组分与水配制而成：
异丙醇胺类复合物 30～40份；
三乙醇胺 10～12份；
多元醇 1～5份；和
硫代硫酸钠 3～5份；
所述异丙醇胺类复合物主要由三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺混合配制而成；
所述异丙醇胺类复合物中三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺的质量分数配比如下：
三异丙醇胺 93.5%～98.0%；
二异丙醇胺 1.5%～1.7%；
一异丙醇胺 0.3%～5.0%。
2.根据权利要求1所述的混凝土增强剂，其特征在于，所述多元醇是以甘油和二甘醇为主要成分的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的混凝土增强剂，其特征在于，所述混凝土增强剂的pH值控制在8.5～10.5，比重控制在1.02～1.15，固含量控制在6.0%～8.0%。
4.一种如权利要求1～3中任一项所述的混凝土增强剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先将所述三异丙醇胺、二异丙醇胺和一异丙醇胺按设定的质量分数配比混合配制成异丙醇胺类复合物；
（2）将上述配制好的异丙醇胺类复合物、三乙醇胺、多元醇、硫代硫酸钠和水按以下质量配比搅拌均匀，配制成固含量为33.0%～44.0%的混凝土增强剂母液；
异丙醇胺类复合物 30～40份；
三乙醇胺 10～12份；
多元醇 1～5份；和
硫代硫酸钠 3～5份；和
水 38～56份；
（3）向上述配制好的混凝土增强剂母液中加水稀释，水的添加量与母液的质量比为4～5:1，充分搅拌均匀后，得到固含量控制在6.0%～8.0%的混凝土增强剂。
5.一种如权利要求1～3中任一项所述的混凝土增强剂的应用，其特征在于：将所述的混凝土增强剂与水泥、矿粉、粉煤灰、减水剂、水、砂子和石子进行混合，混合时的质量份数配比如下：
水泥 200份；
矿粉 100份；
粉煤灰 60份；
减水剂 5~10份；
水 165份；
砂子 875份；
石子 990份；
所述混凝土增强剂的用量占水泥、矿粉和粉煤灰的总质量的0.4%～0.6%。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述矿粉为S95矿粉；所述粉煤灰为II级粉煤灰，所述砂子为细度模数在1.6～3.0的河砂，所述石子为5mm～25mm的碎石。
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