CN107651876B - 一种混凝土热养护增效剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混凝土热养护增效剂及其制备方法和应用，该增效剂的原料包括马来酸‑三乙醇胺酯、丙烯酸‑烷撑烯基聚氧乙烯醚‑丙烯酸羟乙酯共聚物、纤维素醚和水。其制备方法是将马来酸‑三乙醇胺酯、丙烯酸‑烷撑烯基聚氧乙烯醚‑丙烯酸羟乙酯共聚物、纤维素醚和水混合后制得。该增效剂作为热养护增效剂采用热养护的混凝土制品中，通过促进胶凝材料水化，改善水泥石微观结构，使热养护结束时的混凝土抗压强度提高40%~70%，混凝土28天抗压强度提高20%~35%，从而缩短生产周期，适用于装配式建筑部品件、混凝土砖等水泥制品的热养护增效，尤其对提升大掺量矿物外掺料混凝土制品的热养护效率效果明显。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土热养护增效剂及其制备方法和应用。
背景技术
热养护是混凝土预制件、混凝土砖等混凝土制品不可或缺的工艺过程。通常，为防止过高的热养护温度导致水泥水化产物钙矾石在热养护过程中分解及混凝土制品在应用过程中形成二次钙矾石，对混凝土结构造成破坏，混凝土常压热养护温度控制在80℃以下。为使混凝土在热养护结束时达到预定的力学性能，现有工艺采用的热养护时间均较长，从而使模具和养护设施的周转时间也相应延长。
混凝土常压热养护包括干热养护、湿热养护和热介质定向循环养护，热源包括锅炉供汽、太阳能利用、空气能利用等，但是无论采用何种养护形式与用能方式，都不能提高混凝土热养护效率。
CN106003397A公开了“一种混凝土预制件养护方法及混凝土预制件养护***”，通过向养护室内通入二氧化碳提高混凝土预制件热养护效率，加快混凝土预制件早强强度发展，但存在工艺复杂，不宜大规模推广应用的问题，尤其在混凝土中含有大掺量矿物外掺料时，碳化消耗了火山灰反应所需的氢氧化钙，并使水化体系碱度降低，会促进混凝土中的钢筋锈蚀。
CN105198264A公开了“一种高效节能混凝土增效剂及其制备方法”，该增效剂能通过促进水泥中后期水化，减少混凝土水泥用量，其主要制备方法是将10～25份UFD高分子共聚物(由尿素、甲醛、十二烷基苯磺酸钠组成)、10～15份减水剂母液、3～5份三聚磷酸钠、2～7份葡萄糖酸钠、10～15份稳定剂和33～65份水混合。但是该增效剂含有缓凝组分，不适用于热养护混凝土制品，且由于含有尿素、甲醛等有害物质，限制了其在建筑工程中的应用。
CN106116224A公开了“一种多功能混凝土增效剂”，该增效剂能使混凝土中20％～30％不能发挥正常功效的水泥水化，其配方是：二异丙基乙醇胺26～42份，季戊四醇2～8份，木质磺酸钠15～26份，十六烷基三甲基氢氧化铵8～16份，黄原胶1～6份，烷基糖苷5～13份，水40～80份。该增效剂中的木质磺酸钠具有引气及延缓水泥水化的作用，不能促进水泥早期水化，对热养护混凝土强度发展不利。
上述发明均能通过物理、化学作用，促进水泥水化体系强度发展，但没有考虑热养护混凝土对增效剂的需求及增效剂组分对混凝土微观结构的影响。
发明内容
本发明针对现有混凝土增效剂的不足之处，旨在提供一种高效、易得的混凝土热养护增效剂，该增效剂具有生产工艺简单，掺量低，热养护增效明显，混凝土强度发展快等特点，且不会降低混凝土后期强度。
一种混凝土热养护增效剂，原料以重量份计包括：马来酸-三乙醇胺酯2-3份，丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物15-20份，纤维素醚1.5-2份，水70-80份。
优选地，所述丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将30份水、30份烷撑烯基聚氧乙烯醚和5份丙烯酸羟乙酯加至反应釜中，搅拌至烷撑烯基聚氧乙烯醚和丙烯酸羟乙酯全部溶解；
步骤2，以重量份计，将0.35份质量浓度为27％的过氧化氢溶液加到反应釜中，升温到45-55℃；
步骤3，以重量份计，将8份质量浓度为25％的丙烯酸水溶液、3份质量浓度为5％的甲基丙烯磺酸钠水溶液、4份质量浓度为5％的硫代硫酸钠水溶液滴加到反应釜中，丙烯酸溶液滴加时间为3-4小时，甲基丙烯磺酸钠水溶液、硫代硫酸钠水溶液滴加时间4-5小时，45-55℃保温反应1h；
步骤4，以重量份计，将15.95份水和3.7份质量浓度为30％的氢氧化钠水溶液加到反应釜中，调节pH至6，得到丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物。
优选地，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚中的一种或两种的混合物。
优选地，所述纤维素醚的2％水溶液粘度规格为200000。
优选地，所述烷撑烯基聚氧乙烯醚的分子量为600-5000，优选1200-2400。
上述混凝土热养护增效剂的制备方法，是将马来酸-三乙醇胺酯、丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物、纤维素醚和水混合后制得。
上述混凝土热养护增效剂作为热养护增效剂在混凝土中的应用。
本发明的混凝土热养护增效剂可以直接作为热养护增效剂掺入到混凝土中使用，或者制成粉剂使用；使用时按照混凝土热养护增效剂中固体质量占胶凝材料质量的0.1％-0.2％添加。
本发明将马来酸-三乙醇胺酯、丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物、纤维素醚和水按一定质量份充分混合，可得到混凝土热养护增效剂。其增效原理是：利用马来酸-三乙醇胺酯促进水泥中C3A水化及铝胶与C2S反应生成水化钙黄长石相，利用丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物和纤维素醚，提高热养护混凝土内部相对湿度，并加速火山灰反应进程，其有益作用是使水泥石微观结构分形维数增加，从而提高混凝土热养护效率。
有益效果：
1.本发明的制备工艺简单，所采用的原材料无毒无害，容易制得，且由于丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物合成时不需要加热，故整个反应过程易于控制。
2.本发明在掺量较低的情况下有良好的热养护增效能力。与以往的增效剂相比，掺量由0.5％～0.6％降低到0.1％～0.2％，同基准混凝土材料相比，热养护结束时的抗压强度提高30％～40％，28天抗压强度提高20％～35％，可缩短生产周期30％以上。
3.本发明改善了水泥石微观结构，同基准混凝土材料相比，蒸养结束时水泥石胶空比增加15％以上，从而可显著提升混凝土长期性能和耐久性。
具体实施方式
以下实例更详细的描述了根据本发明的方法制备的混凝土热养护增效剂及应用，在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，但这些实例绝不限制本发明的范围。
本发明所述的丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将30份水、30份烷撑烯基聚氧乙烯醚和5份丙烯酸羟乙酯加至反应釜中，搅拌至烷撑烯基聚氧乙烯醚和丙烯酸羟乙酯全部溶解；
步骤2，以重量份计，将0.35份质量浓度为27％的过氧化氢溶液加到反应釜中，升温到45-55℃；
步骤3，以重量份计，将8份质量浓度为25％的丙烯酸水溶液、3份质量浓度为5％的甲基丙烯磺酸钠水溶液、4份质量浓度为5％的硫代硫酸钠水溶液滴加到反应釜中，丙烯酸溶液滴加时间为3-4小时，甲基丙烯磺酸钠水溶液、硫代硫酸钠水溶液滴加时间4-5小时，45-55℃保温反应1h；
步骤4，以重量份计，将15.95份水和3.7份质量浓度为30％的氢氧化钠水溶液加到反应釜中，调节pH至6，得到丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物。
实施例1
按重量份计，将马来酸-三乙醇胺酯3份、丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚1200-丙烯酸羟乙酯共聚物20份、羟乙基甲基纤维素醚2份和水75份在反应釜内搅拌30分钟至均匀混合，得到混凝土热养护增效剂H1。
实施例2
按重量份计，将马来酸-三乙醇胺酯2.5份、丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚2400-丙烯酸羟乙酯共聚物18份、羟乙基甲基纤维素醚1.5份和水78份在反应釜内搅拌35分钟至均匀混合，得到混凝土热养护增效剂H2。
实施例3
按重量份计，将马来酸-三乙醇胺酯3份、丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚1200-丙烯酸羟乙酯共聚物15份、羟丙基甲基纤维素醚2份和水80份在反应釜内搅拌40分钟至均匀混合，得到混凝土热养护增效剂H3。
实施例4
按重量份计，将马来酸-三乙醇胺酯2份、丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚2400-丙烯酸羟乙酯共聚物19份、羟丙基甲基纤维素醚2份和水77份在反应釜内搅拌30分钟至均匀混合，得到混凝土热养护增效剂H4。
实施例5
按重量份计，将马来酸-三乙醇胺酯2.5份、丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚2400-丙烯酸羟乙酯共聚物16份、羟乙基甲基纤维素醚1份、羟丙基甲基纤维素醚1份、水79.5份在反应釜内搅拌30分钟至均匀混合，得到混凝土热养护增效剂H5。
根据GB 25779-2010《承重混凝土多孔砖》标准，配制孔洞率30％、强度等级MU20的承重混凝土砖，对比掺热养护增效剂的混凝土砖60℃热养护5-9小时与60℃热养护9小时的混凝土砖强度增长及28d抗压强度。
根据GB/T 24492-2009《非承重混凝土空心砖》标准，配制密度等级1100kg/m3、强度等级MU7.5的承重混凝土砖，对比掺热养护增效剂的混凝土砖60℃热养护5-9小时与60℃热养护9小时的混凝土砖强度增长及28d抗压强度。
根据JGJ 1-2014《装配式混凝土结构技术规程》，配制坍落度16～18cm用于生产钢筋混凝土预制件的C35混凝土，对比70℃热养护6～10小时与70℃热养护10小时的混凝土强度增长及28d抗压强度。
根据JGJ 1-2014《装配式混凝土结构技术规程》，配制坍落度16～18cm用于生产预应力混凝土预制件的C50混凝土，对比70℃热养护6-10小时与70℃热养护10小时的混凝土强度增长及28d抗压强度。
应用例1
为了定量分析混凝土热养护增效剂对水泥石微观结构和强度的影响，本试验配制了水胶比为0.35和0.42的混凝土试样，增效剂的掺量以固体份计为胶凝材料(由60份P.Ⅱ42.5级硅酸盐水泥和40份低钙Ⅰ级粉煤灰组成)质量的0.1％-0.2％，混凝土养护制度为：20℃静停5小时后1小时升温到60℃再恒温热养护8小时，评价实施例中的H1、H3、H5分别对混凝土微观结构和强度的影响。试验结果汇总于表1。
表1掺热养护增效剂的混凝土微观结构和强度
从表1可以看出，在混凝土中掺用占胶凝材料质量0.10％-0.20％的热养护增效剂，均显著提高了热养护后及热养护后继续养护至28d时的混凝土中水泥石的胶空比和抗压强度。水胶比为0.35时，掺热养护增效剂的混凝土与基准混凝土热养护后的抗压强度比达到185％以上，28d抗压强度提高约30％，且掺热养护增效剂的混凝土在热养护结束时的抗压强度接近于基准混凝土28d的抗压强度；水胶比为0.42时，热养护结束时及28d的抗压强度比分别大于165％和133％，增效剂掺量较高时，热养护结束时的混凝土抗压强度达到基准混凝土28d的抗压强度。试验结果表明，热养护增效剂促进了水泥水化和粉煤灰火山灰在热养护过程中的火山灰反应，从而提高水泥石致密度，获得早强和增强双重作用效果。
应用例2
配制粉煤灰掺量为50％的混凝土，水胶比为0.42，热养护增效剂掺量以固体份计为水泥和粉煤灰总重的0.15％，分别测量混凝土砖在20℃静停5小时后1小时升温到60℃再恒温热养护5-9小时条件下，混凝土热养护增效剂对混凝土砖强度的影响。试验结果如表2所示。
表2热养护剂和恒温时间对MU20混凝土砖抗压强度的影响
由表2可见，与60℃恒温热养护9小时的基准混凝土砖相比，掺0.15％混凝土热养护增效剂的混凝土砖在60℃恒温热养护5-9小时，热养护结束时的抗压强度均达到MU20要求，因此，可选择恒温时间为5-6小时。这样，养护设施由原来的每天2周转改为每天3周转，生产效率可提高50％。
现配制粉煤灰掺量为60％的混凝土，水胶比为0.50，热养护增效剂掺量以固体份计为水泥和粉煤灰总重的0.20％，分别评价非承重混凝土砖在20℃静停5小时后1小时升温到60℃再恒温热养护5-9小时条件下，混凝土热养护增效剂对混凝土砖强度的影响，结果示于表3。
表3热养护剂和恒温时间对MU7.5混凝土砖抗压强度的影响
由表3知，本发明的热养护增效剂对低强度等级混凝土砖具有更好的作用效果，在60℃恒温热养护5小时，混凝土砖的抗压强度已达到标准值的85％。因此，选择恒温热养护时间为5小时，可超过原养护工艺恒温9小时的强度指标，节省热养护时间4小时，亦使养护设施每天的周转次数由原来的2次提高到3次。
应用例4
现配制粉煤灰掺量为16％、S95矿渣微粉掺量为24％的混凝土，水胶比为0.42，热养护增效剂掺量以固体份计为水泥、粉煤灰和矿渣微粉总重的0.15％，测试分别在20℃静停5小时后1小时升温到70℃再恒温热养护6-10小时条件下，混凝土热养护增效剂对混凝土强度的影响，结果见表4。
表4热养护剂和恒温时间对C35混凝土抗压强度的影响
由表4发现，热养护增效剂加快了C35混凝土在热养护条件下的强度发展，掺热养护增效剂的混凝土恒温热养护6小时的抗压强度比基准混凝土恒温热养护10小时提高了25.4％，28d抗压强度提高1个强度等级。因此，选择恒温6小时热养护，混凝土强度满足标准要求。
应用例5
现配制粉煤灰掺量为16％、S95矿渣微粉掺量为24％的混凝土，水胶比为0.35，热养护增效剂掺量以固体份计为水泥、粉煤灰和矿渣微粉总重的0.20％，测试分别在20℃静停5小时后1小时升温到60℃再恒温热养护6-10小时条件下，热养护增效剂对混凝土强度的影响，测试结果列于表5。
表5热养护剂和恒温时间对C50混凝土抗压强度的影响
由表5可以发现，热养护增效剂对本发明配制的C50混凝土增强效果显著，恒温热养护10小时，混凝土强度等级基本达到C70；恒温热养护6小时，混凝土强度等级达到C60。
Claims (3)
1.一种混凝土热养护增效剂，其特征在于：原料以重量份计包括：马来酸-三乙醇胺酯2-3份，丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物15-20份，纤维素醚1.5-2份，水70-80份；
所述丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以重量份计，将30份水、30份烷撑烯基聚氧乙烯醚和5份丙烯酸羟乙酯加至反应釜中，搅拌至烷撑烯基聚氧乙烯醚和丙烯酸羟乙酯全部溶解；
步骤2，以重量份计，将0.35份质量浓度为27%的过氧化氢溶液加到反应釜中，升温到45-55℃；
步骤3，以重量份计，将8份质量浓度为25%的丙烯酸水溶液、3份质量浓度为5%的甲基丙烯磺酸钠水溶液、4份质量浓度为5%的硫代硫酸钠水溶液滴加到反应釜中，丙烯酸溶液滴加时间为3-4小时，甲基丙烯磺酸钠水溶液、硫代硫酸钠水溶液滴加时间4-5小时，45-55℃保温反应1h；
步骤4，以重量份计，将15.95份水和3.7份质量浓度为30%的氢氧化钠水溶液加到反应釜中，调节pH至6，得到丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物；
所述增效剂作为热养护增效剂应用于混凝土。
2.根据权利要求1所述的混凝土热养护增效剂，其特征在于：所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚中的一种或两种的混合物。
3.权利要求1所述的混凝土热养护增效剂的制备方法，其特征在于：将马来酸-三乙醇胺酯、丙烯酸-烷撑烯基聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯共聚物、纤维素醚和水混合后制得。
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