CN112551935A - 一种混凝土水化热抑制材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种混凝土水化热抑制材料，包含：水泥物相选择性水化调控材料和载体材料，其中以所述水泥物相选择性水化调控材料和所述载体材料的总质量计，所述水泥物相选择性水化调控材料占30％～80％，所述载体材料占20％～70％。本发明提供的混凝土水化热抑制材料，是基于原始创新性原理—水泥物相选择性水化调控理论设计，可延长混凝土水化放热过程，解决混凝土水化热集中释放问题，达到大幅度降低混凝土构造温升峰值的目的。
Description
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种混凝土水化热抑制材料及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土水化是放热化学反应过程，其水化热导致混凝土构造内表温差是导致混凝土开裂的主要原因之一。混凝土在浇筑完成后，水化热在短时间内集中释放，使混凝土构造内部温度急剧上升，通常可达70℃～80℃。因热传导路径长和热传导速率低等原因，混凝土构造内部热量无法及时传导至表面释放，导致构造内部温升显著高于表层，形成不均匀温度场，产生温度应力，尤其大体积混凝土构造内部与表层温差可达30℃以上。当混凝土温度应力超过其抗拉强度时产生温度裂缝。分析上述混凝土温度裂缝成因可知，控制混凝土水化放热量和放热速率(包括化学外加剂、低热水泥和大掺量粉煤灰等)，或辅助构造内部热能释放(包括预冷却原材料、冷却水管等)，以降低混凝土构造温升，是防治混凝土温度裂缝的有效途径，国内外现有技术均遵循该技术路线。
采用化学外加剂来调控水泥水化过程，以降低混凝土温度开裂风险，是近年来备受关注的一项关键技术。截至目前，授权和公开专利情况如下：专利JP3729340B2、EP1233008A1和JP4905977B2采用冷水中溶解度较低、无改性处理的糊精作为水化热抑制材料，可使混凝土温升降低1℃，且显著延长凝结时间。专利CN103739722A中水化热调控材料是通过交联反应制备的表面交联改性糊精，制备过程包括分散、交联、分离干燥等工艺，作用效果与糊精表面交联程度、原始尺寸和分子量等密切相关。专利CN104592403A公开了一种水泥水化调控剂，其制备方法是在氧化还原引发剂下，于微波辐射作用中，由糊精、交联剂聚合交联反应制得，制备涉及升温、洗涤、浓缩、干燥和筛分等工艺过程。专利CN1810703A公开了一种混凝土水化热降低剂的制备方法，该方法选用羟基羧酸—淀粉接枝物、改性淀粉等共聚物，在特定温度下进行水解反应制得，制备涉及固液分离、干燥等工艺过程。
综上可知，在已授权和公开的专利中，混凝土水化热抑制材料主要由淀粉类、糊精类原材料直接应用或将其水解、高温糊化等方法改性制得。未改性的淀粉类、糊精类材料对混凝土水化热的抑制成效有限，并易导致延长凝结、降低强度等问题。改性的淀粉类、糊精类材料存在制备工艺复杂、制成物的匀质性不易控制及经济性、环保性尚需提高等问题。
发明内容
本发明提供一种混凝土水化热抑制材料及其制备方法。该材料基于原始创新性原理—水泥物相选择性水化调控理论设计，可实现混凝土中水泥物相的选择性水化，即水泥水化热的主要产生物相—铝酸三钙和硅酸三钙的分开水化，以降低二者水化反应放热叠加。可延长混凝土水化放热过程，解决混凝土水化热集中释放问题，达到降低混凝土构造温升峰值的目的。同时，水化放热均匀分布于更长时间，不降低混凝土总放热量，具备改善混凝土水化微观结构、提高混凝土强度的优异性能。
本发明一方面提供一种混凝土水化热抑制材料，包含：水泥物相选择性水化调控材料和载体材料，其中以所述水泥物相选择性水化调控材料和所述载体材料的总质量计，所述水泥物相选择性水化调控材料占30％～80％，所述载体材料占20％～70％。
根据本发明的一实施方式，所述水泥物相选择性水化调控材料为磷酸盐类材料、羟基羧酸类材料、多羟基糖类材料、氟硅酸盐类材料、醇胺类材料中一种或多种。
根据本发明的另一实施方式，所述磷酸盐类材料包括磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠；所述羟基羧酸类材料包括酒石酸、柠檬酸、苹果酸；所述多羟基糖类材料包括葡萄糖、蔗糖、糖醇；所述氟硅酸盐类材料包括氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸锌；所述醇胺类材料包括三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇胺单异丙醇胺。
根据本发明的另一实施方式，所述载体材料为聚乙烯醇类材料、聚乙二醇类材料、壳聚糖类材料、硬脂酸酯类材料、棕榈酸酯类材料中一种或多种。
根据本发明的另一实施方式，所述聚乙烯醇类材料包括聚乙烯醇1788、聚乙烯醇0588、聚乙烯醇2588；所述聚乙二醇类材料包括聚乙二醇6000、聚乙二醇8000、聚乙二醇10000；所述壳聚糖类材料包括壳聚糖20000、壳聚糖120000、壳聚糖200000；所述硬脂酸酯类材料包括硬脂酸甘油酯、硬脂酸蔗糖酯、山梨糖醇酐硬脂酸脂；所述棕榈酸酯类材料包括单棕榈酸甘油酯、抗坏血酸棕榈酸酯。
根据本发明的另一实施方式，所述水泥物相选择性水化调控材料和所述载体材料的颗粒粒径为0.1mm～2.0mm。
本发明另一方面提供一种混凝土水化热抑制材料的制备方法，包括：将水泥物相选择性水化调控材料和载体材料，按所述水泥物相选择性水化调控材料和所述载体材料的总质量计，所述水泥物相选择性水化调控材料占30％～80％、所述载体材料占20％～70％的比例，将二种原材料加热混合、冷却至室温、粉碎和筛分。
根据本发明的一实施方式，所述加热混合的温度控制为40℃～290℃、混合速度为0.1转/分钟～3000转/分钟和混合时间为5分钟～90分钟。
本发明提供的混凝土水化热抑制材料，是基于原始创新性原理—水泥物相选择性水化调控理论设计，可延长混凝土水化放热过程，解决混凝土水化热集中释放问题，达到大幅度降低混凝土构造温升峰值的目的。其次，水化放热均匀分布于更长时间，不降低混凝土总放热量，具有改善混凝土水化微观结构、提高混凝土强度的优异性能。最后，本发明材料的制备工艺简单、成本低廉、均质性易控，并可降低改性过程的环境污染问题。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是铝酸三钙+石膏水化微量热曲线。
图2是硅酸三钙水化微量热曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中权利要求和实施例，其他人员在未做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
图1和图2给出了本发明中水化热抑制材料对水泥水化热关键物相—铝酸三钙和硅酸三钙的水化作用规律(TAM AIR等温微量热仪测试得到)，测试温度为20℃，测试样为净浆，水胶比为0.45。其中，铝酸三钙测试样中铝酸三钙和二水石膏的质量比为3:1。由图1和图2可知，本发明中水化热抑制材料加速铝酸三钙水化速率，显著延缓硅酸三钙水化速率，实现了水泥物相选择性水化，可降低二者水化热叠加、减小温升峰值。基于该原始创新性原理，设计了一种混凝土水化热抑制材料及其制备方法。
本发明的混凝土水化热抑制材料，包含：水泥物相选择性水化调控材料和载体材料，其中以水泥物相选择性水化调控材料和载体材料的总质量计，水泥物相选择性水化调控材料占30％～80％，载体材料占20％～70％。
水泥物相选择性水化调控材料可实现混凝土中水泥物相的选择性水化，即水泥水化热的主要产生物相—铝酸三钙和硅酸三钙的分开水化。水泥物相选择性水化调控材料可以是磷酸盐类材料、羟基羧酸类材料、多羟基糖类材料、氟硅酸盐类材料、醇胺类材料中一种或多种。具体而言，磷酸盐类材料包括磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠。羟基羧酸类材料包括酒石酸、柠檬酸、苹果酸；多羟基糖类材料包括葡萄糖、蔗糖、糖醇。氟硅酸盐类材料包括氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸锌；醇胺类材料包括三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇胺单异丙醇胺。
载体材料辅助调节水泥物相选择性水化调控材料选择性水化作用过程，同时调节水泥物相选择性水化调控材料有效浓度。载体材料为聚乙烯醇类材料、聚乙二醇类材料、壳聚糖类材料、硬脂酸酯类材料、棕榈酸酯类材料中一种或多种。具体而言，聚乙烯醇类材料包括聚乙烯醇1788、聚乙烯醇0588、聚乙烯醇2588。聚乙二醇类材料包括聚乙二醇6000、聚乙二醇8000、聚乙二醇10000。壳聚糖类材料包括壳聚糖20000、壳聚糖120000、壳聚糖200000。硬脂酸酯类材料包括硬脂酸甘油酯、硬脂酸蔗糖酯、山梨糖醇酐硬脂酸脂。棕榈酸酯类材料包括单棕榈酸甘油酯、抗坏血酸棕榈酸酯。
优选，水泥物相选择性水化调控材料和载体材料的颗粒粒径为0.1mm～2.0mm。
本发明的混凝土水化热抑制材料的制备方法，包括：将水泥物相选择性水化调控材料和载体材料，按水泥物相选择性水化调控材料和载体材料的总质量计，水泥物相选择性水化调控材料占30％～80％、载体材料占20％～70％的比例，将二种原材料加热混合、冷却至室温、粉碎和筛分。
加热混合的温度控制为40℃～290℃、混合速度为0.1转/分钟～3000转/分钟和混合时间为5分钟～90分钟
以下结合实施例，详细解释说明本发明。在实施例中，若非特指，所用设备和原料均可从市场上购买；所用方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
将水泥水化调控材料磷酸盐类材料(三聚磷酸钠、焦磷酸钠)、醇胺类材料(三乙醇胺、三异丙醇胺)中的一种或两种30份，载体材料聚乙烯醇类材料(聚乙烯醇1788、聚乙烯醇2588)、聚乙二醇类材料(分子量6000聚乙二醇、分子量10000聚乙二醇)中的一种或两种70份，置于电动混合机中，保持机内温度40℃、混合速度0.1转/分钟，混合90分钟后，冷却至室温。机械粉碎并过筛，制备粒径0.1～1.0mm的颗粒。
实施例2
将水泥水化调控材料羟基羧酸类材料(酒石酸、柠檬酸)、醇胺类材料(三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或两种)50份，载体材料聚乙二醇类材料(分子量6000聚乙二醇、分子量10000聚乙二醇)、壳聚糖类材料(分子量20000壳聚糖、分子量200000壳聚糖)中的一种或两种50份，置于电动混合机中，保持机内温度100℃、混合速度190转/分钟，混合60分钟后，冷却至室温。机械粉碎并过筛，制备粒径0.5～1.0mm的颗粒。
实施例3
将水泥水化调控材料多羟基糖类材料(葡萄糖、蔗糖)、醇胺类材料(三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或两种)70份，载体材料壳聚糖类材料(分子量20000壳聚糖、分子量200000壳聚糖)、硬脂酸酯类材料(硬脂酸甘油酯、硬脂酸蔗糖酯)中的一种或两种30份，置于电动混合机中，保持机内温度190℃、混合速度1700转/分钟，混合35分钟后，冷却至室温。机械粉碎并过筛，制备粒径1.0～1.5mm的颗粒。
实施例4
将水泥水化调控材料氟硅酸盐类材料(氟硅酸钠、氟硅酸钾)、醇胺类材料(三乙醇胺、三异丙醇胺)中的一种或两种80份，载体材料硬脂酸酯类材料(硬脂酸甘油酯、硬脂酸蔗糖酯)、棕榈酸酯类材料(单棕榈酸甘油酯、抗坏血酸棕榈酸酯)中的一种或两种20份，置于电动混合机中，保持机内温度290℃、混合速度3000转/分钟，混合5分钟后，冷却至室温。机械粉碎并过筛，制备粒径1.5～2.0mm的颗粒。
将实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制备的混凝土水化热抑制材料，按照下述方法测试、评价其对混凝土水化温升和抗压强度的影响作用。
混凝土水化温升采用预埋温度传感器法测试，混凝土浇筑体为边长1.0米的立方体，模板采用16mm钢模板和外贴50mm挤塑聚苯乙烯保温板，温度传感器预埋于立方体中心点。温度传感器采用实时数据采集方式，数据采集频率为1个/秒。混凝土抗压强度参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081—2002)执行。
试验用混凝土配合比见表1。其中，所用原材料为P·I型硅酸盐水泥、一级粉煤灰、河砂(细集料，细度模数2.50)、碎石(粗集料，5～20mm连续集配)、拌合水和聚羧酸减水剂。原材料性能均符合国家现行技术标准要求。
表1混凝土基础配合比(kg/m3)
| 水泥 | 粉煤灰 | 河砂 | 碎石 | 拌合水 | 减水剂 |
| 240 | 160 | 771 | 1065 | 165 | 4.0 |
本发明中混凝土水化热抑制材料对混凝土水化温升、抗压强度的试验结果见表2。可见，在掺加实施例1～4制备的水化热抑制材料时，混凝土温峰值显著低于参比组，温升时间明显延长。相比入模初始温度，参比组浇筑体温升值为19.3℃；掺加实施例1～4材料时，混凝土温升值仅为7.3℃～11.0℃，降低幅度达43.0％～62.2％。同时，在28天抗压强度方面，参比组抗压强度为38.0MPa，掺加实施例1～4材料时，混凝土抗压强度为40.2MPa～43.1MPa，提高幅度达5.8％～13.4％。综上可知，实施例1～4所代表的水化热抑制材料可大幅度降低混凝土浇筑体水化热温升，并明显提高混凝土抗压强度。对控制混凝土温度裂缝、提高混凝土工程建造质量十分有益。
表2混凝土水化温升和抗压强度的测试结果
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种混凝土水化热抑制材料，包含：水泥物相选择性水化调控材料和载体材料，其中以所述水泥物相选择性水化调控材料和所述载体材料的总质量计，所述水泥物相选择性水化调控材料占30％～80％，所述载体材料占20％～70％。
2.根据权利要求1所述的混凝土水化热抑制材料，其中所述水泥物相选择性水化调控材料为磷酸盐类材料、羟基羧酸类材料、多羟基糖类材料、氟硅酸盐类材料、醇胺类材料中一种或多种。
3.根据权利要求2所述的混凝土水化热抑制材料，其中，所述磷酸盐类材料包括磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠；所述羟基羧酸类材料包括酒石酸、柠檬酸、苹果酸；所述多羟基糖类材料包括葡萄糖、蔗糖、糖醇；所述氟硅酸盐类材料包括氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸锌；所述醇胺类材料包括三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇胺单异丙醇胺。
4.根据权利要求1所述的混凝土水化热抑制材料，其中所述载体材料为聚乙烯醇类材料、聚乙二醇类材料、壳聚糖类材料、硬脂酸酯类材料、棕榈酸酯类材料中一种或多种。
5.根据权利要求4所述的混凝土水化热抑制材料，其中，所述聚乙烯醇类材料包括聚乙烯醇1788、聚乙烯醇0588、聚乙烯醇2588；所述聚乙二醇类材料包括聚乙二醇6000、聚乙二醇8000、聚乙二醇10000；所述壳聚糖类材料包括壳聚糖20000、壳聚糖120000、壳聚糖200000；所述硬脂酸酯类材料包括硬脂酸甘油酯、硬脂酸蔗糖酯、山梨糖醇酐硬脂酸脂；所述棕榈酸酯类材料包括单棕榈酸甘油酯、抗坏血酸棕榈酸酯。
6.根据权利要求1-5任一所述的混凝土水化热抑制材料，其中所述水泥物相选择性水化调控材料和所述载体材料的颗粒粒径为0.1mm～2.0mm。
7.一种混凝土水化热抑制材料的制备方法，包括：
将水泥物相选择性水化调控材料和载体材料，按所述水泥物相选择性水化调控材料和所述载体材料的总质量计，所述水泥物相选择性水化调控材料占30％～80％、所述载体材料占20％～70％的比例，将二种原材料加热混合、冷却至室温、粉碎和筛分。
8.根据权利要求7所述的混凝土水化热抑制材料的制备方法，其中所述加热混合的温度控制为40℃～290℃、混合速度为0.1转/分钟～3000转/分钟和混合时间为5分钟～90分钟。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210326 |