一种复合可调控水化热水泥基材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种复合可调控水化热水泥基材料及其在降低水泥水化反应速度中的应用，该复合可调控水化热水泥基材料包括交联剂、有机酸以及淀粉基高分子有机物。该复配水泥水化调控材料制备工艺简单、成本低廉，其对水泥水化速率可实现分阶段调控，相对于现有技术具有很大提升，能降低水泥水化最大放热速率峰值。同时还可以降低水泥水化过程中水化放热量，有效的减少因为温度应力造成的大体积混凝土开裂现象，提高大体积混凝土构件的耐久性和安全性。

A Compound Regulatory Hydration Cement Material and Its Application

The invention discloses a compound adjustable hydration cement-based material and its application in reducing the hydration reaction speed of cement. The compound adjustable hydration cement-based material includes crosslinking agent, organic acid and starch-based macromolecule organic matter. The compound cement hydration control material has the advantages of simple preparation process and low cost. It can control the hydration rate of cement in stages. Compared with the existing technology, it has a great improvement and can reduce the peak value of the maximum exothermic rate of cement hydration. At the same time, it can also reduce the heat release from hydration in the process of cement hydration, effectively reduce the cracking phenomenon of mass concrete caused by temperature stress, and improve the durability and safety of mass concrete components.

【技术实现步骤摘要】
一种复合可调控水化热水泥基材料及其应用
本专利技术涉及一种复合可调控水化热水泥基材料及其应用，属于水泥调控材料

技术介绍
大体积混凝土结构裂缝中，由于荷载引起的裂缝仅占总量的20％，而另外约80％的裂缝是由于混凝土变形引起的。胶凝材料水化热是引起混凝土内外温差的主要原因，由于温度引起的温度梯度导致了混凝土内部出现巨大的应力，最终导致裂缝的产生。水泥的水化反应会产生大量水化热，由于大体积混凝土结构截面尺寸大，而混凝土材料本身为热的不良导体，结构内部温度场对于外界环境的温度变化不会发生即时的温度波动，所以大量的热聚集在内部无法释放，而结构表面混凝土的散热则较快，产生了较大的内外温差。根据物理中的热胀冷缩原理，混凝土内外热胀冷缩程度不同，进而在混凝土表面产生拉应力。混凝土中心部分膨胀的速度要比表面混凝土的膨胀速率快，而混凝土的中心属于约束膨胀，不会开裂；但混凝土的表面属于约束收缩，当混凝土的表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。一旦裂缝产生，将会严重影响混凝土结构的安全性、美观性、渗透性和耐久性，甚至能造成很大的安全隐患。为了降低开裂风险，必须有效控制混凝土内外温度变化并降低内外温差，因此需要调控水泥的水化过程，尽量降低水泥加速期的水化速度，使得水泥水化所产生的热量不要集中释放，为混凝土散热争取时间，减小内外温差，进而防止混凝土裂缝的产生或者降低混凝土温度裂缝产生的几率。专利CN201410009447公开了一种中热硅酸盐水泥水化历程调控材料，公开的结果显示最优的配比能降低水泥水化最大速率峰值,但其制备过程也较复杂。专利CN201610614229采用硅酸二钙、硫铝酸钙等原料制备而成，在锻烧制备水泥熟料的过程中，会产生大量的硫化物，不利于废气和废渣处理，且增大成本。综上所述，已有研究虽然有一定的水化速率调控方法，但仍存在不环保、制备繁琐、水化调控性能有限等问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合可调控水化热水泥基材料及其应用。本专利技术提供的可调控水化热水泥基材料能较好地降低水化反应速度，分阶段控制水泥水化放热，降低累积放热总量，从而降低混凝构件土内部最高温升，减小其内外温差，以达到减少混凝土早期温度收缩裂缝的目的。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种复合可调控水化热水泥基材料，其包括交联剂、有机酸以及淀粉基高分子有机物，工艺简单并有效降低水化热速率峰值从而调控水化热，降低水化热。所述复合可调控水化热水泥基材料可根据改变交联剂、有机酸以及淀粉基高分子有机物比例及掺量调控水化热速率，降低水化热。作为优选：按质量百分比计，所述交联剂用量为水泥质量的0.05～0.8％，优选0.05～0.1％。所述交联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，缩水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，乙烯基三乙氧基硅烷(A151)，乙烯基三乙氧基硅烷(A171)，巯丙基三甲(乙)氧基硅烷(KH580,KH590)，乙二胺丙基三乙氧基硅烷(KH792)，乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷(KBM602)等硅烷类中的一种或几种，两种以上时，各组分采用任意比例进行混合。按质量百分比计，所述有机酸用量为水泥质量的0.05～0.8％，优选0.05～0.1％。所述有机酸选自苯甲酸、水杨酸、咖啡酸、柠檬酸、酒石酸、草酸、丙烯酸等中的一种或几种，两种以上时，各组分采用任意比例进行混合。按质量百分比计，所述淀粉基高分子有机物用量为水泥质量的0.05～0.8％，优选0.05～0.2％。所述淀粉基高分子有机物(1000-90000g/mol)选自糊精、纤维素、淀粉等中的一种或几种，两种以上时，各组分采用任意比例进行混合。所述的复合可调控水化热水泥基材料在降低水泥水化反应速度中的应用。作为优选：所述复合可调控水化热水泥基材料的掺量为0.1-2％，优选0.15-0.5％，更优选0.15～0.4％。应用时，先将交联剂和有机酸加入水中充分溶解，混合均匀得混合溶剂，淀粉基高分子有机物与水泥粉料充分混合，然后与前述混合溶剂混合，搅拌。本专利技术以交联剂、有机酸以及淀粉基高分子有机物进行复掺混合，控制水泥体系中的离子溶解平衡，控制水泥体系的水化进程。交联剂中烷氧基硅烷通过自身水解得到反应活性很高的硅羟基，再与水泥颗粒表面羟基脱水缩合形成≡Si-O-Si≡键，以化学结合的方式吸附在水泥颗粒及水化产物的表面形成较致密的吸附层，阻碍了矿物相、水以及离子间扩散接触，从而延缓水泥水化放热进程。有机酸分子结构中存在亲水基团羧基与羟基，同时存在憎水基团烷基，羧基与羟基易与水泥颗粒表面的Si-O键产生化学吸附。羟基羧酸能与Ca2+形成络合物，抑制钙离子的溶出，从而降低的溶液中钙离子的浓度，从而抑制水化。淀粉基高分子有机物中的羟基吸附在水泥颗粒表面与水化产物表面上的O2-形成氢键，同时，其他羟基又与水分子通过氢键缔合，使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜，从而抑制水泥的水化进程，减缓水化放热速率，降低水化热。随着反应的进行，生成的络合物又会分解，水化反应又继续进行，所以，交联剂、有机酸以及淀粉基高分子有机物对混凝土后期的性能不会产生影响。本专利技术提供的复合可调控水化热复合水泥基材料的具体原理为：本专利技术采用交联剂、有机酸以及淀粉基高分子有机物复合后加入硅酸盐水泥，利用三种外加剂不同的吸附成键机理可以有效分阶段调控水泥水化历程，减缓水泥水化反应的速率，避免水化热量的集中释放，减少混凝土因水化放热而导致的开裂现象。技术效果：相对于现有技术，本专利技术提供的水泥水化调控材料制备工艺简单，原料易得，只需将原料简单混合均匀即得产品，无须锻烧耗费燃煤，安全无污染，而且使用方便，利于水泥生产企业在当前阶段去产能、产品升级转型，实现可循环经济和可持续发展。本专利技术提供的水泥水化调控材料具有水化速率调控性能好，抑制水化热效果好，能降低水泥水化放热速率峰值。有效的减少因内外温差产生温度应力造成的混凝土表面收缩开裂，提高混凝土构件的耐久性和安全性。附图说明图1：本专利技术方法制备的水泥水化放热曲线和对比例所得的水化热曲线比较。具体实施方式下面结合具体实例，进一步阐明本专利技术。本专利技术实施例中，水泥水化放热过程监测采用美国TA公司TAMAIR等温量热仪，测试温度为20℃，水胶比为0.35，水泥水化调控材料的添加百分比相对于胶材的质料。以最大放热速率峰值降低幅度作为本专利技术水化调控材料性能的判定标准，相同条件下放热速率峰值降低幅度越大则表明水泥水化速率调控材料性能越好，更能避免水泥水化的集中放热。实施例1本实施例提供该可调控水化热复合水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将一定比例的交联剂和有机酸加入水中充分溶解，混合均匀得混合溶剂。(2)将一定比例的淀粉基高分子有机物与硅酸盐水泥粉料充分混合得混合粉料。(3)将上述混合溶剂和混合粉料混合，高速搅拌120s后称取适量浆体，进行水化热测试。其中，步骤(1)中，所述交联剂和有机酸分别为kh550硅烷偶联剂和柠檬酸，掺加质量按硅酸盐水泥质量百分比，含量均为0.05％。其中，步骤(2)中，所述淀粉基高分子有机物为糊精(12300g/mol)，掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合可调控水化热水泥基材料，其特征在于，其包括交联剂、有机酸以及淀粉基高分子有机物。

【技术特征摘要】
1.一种复合可调控水化热水泥基材料，其特征在于，其包括交联剂、有机酸以及淀粉基高分子有机物。2.根据权利要求1所述的复合可调控水化热水泥基材料，其特征在于，按质量百分比计，所述交联剂用量为水泥质量的0.05～0.8％。3.根据权利要求1所述的复合可调控水化热水泥基材料，其特征在于，所述交联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，缩水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，乙烯基三乙氧基硅烷(A151)，乙烯基三乙氧基硅烷(A171)，巯丙基三甲(乙)氧基硅烷(KH580,KH590)，乙二胺丙基三乙氧基硅烷(KH792)，乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷(KBM602)中的一种或几种，两种以上时，各组分采用任意比例进行混合。4.根据权利要求1所述的复合可调控水化热水泥基材料，其特征在于，按质量百分比计，所述有机酸用量为水泥质量的0.05～0.8％。5.根据权利要求1所述的复合可调控水化热水泥基材料，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋金洋，王立国，琚思懿，王兰心，王凤娟，张傲宁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32