一种具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca-Al-聚羧酸减水剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca

【技术实现步骤摘要】
一种具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于使用有机材料作为砂浆、混凝土或人造石的有效成分的混凝土
，具体涉及一种具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着全球气候变暖，可再生资源逐步减少，海洋资源的开发利用成为各国关注的焦点。实现深远海岛礁基础设施建设，对于海洋资源勘探发掘具有重要意义。
[0003]目前，在深远海岛礁基础设施建设中所用的海工混凝土原材料包括砂石骨料等主要来源于内陆运输。不仅运输距离远，影响了海洋工程建设周期，而且优质原料供应紧张，成本昂贵，极大地耗费物力财力。采用海砂、珊瑚砂等当地海洋资源替代陆运骨料是解决此问题的有效途径。然而，海砂、珊瑚砂等骨料引入钢筋混凝土中，其携带的大量自由氯离子将会加速钢筋表面电化学腐蚀，增加钢筋锈蚀风险。
[0004]对此，相关学者提出了淡水清洗脱氯、环氧钢筋主动保护、表面涂层防护、电化学阴极保护等技术，可在一定程度上降低钢筋锈蚀风险，但依然存在耐用性不强，成本及维护费用较高等诸多问题。而氯离子固化技术通过在水泥基材料中添加化学外加剂和矿物外加剂等方式，提升对自由氯离子的吸附和捕捉能力，工艺简单，固化效果显著，被认为是最具潜力的解决方法。该方法通过物理吸附和化学结合等作用方式，提升水泥基材料对于内部自由氯离子的固化能力，使自由氯离子转变为非自由氯离子，有效降低甚至消除自由氯离子导致钢筋锈蚀风险。
[0005]相关研究表明，化学固化是实现氯离子固化最有效的方式。此方式利用水泥基材料水化过程中产生的钙铝结构层([Ca2Al(OH)6·
2H2O]+
)，结合自由氯离子，形成Friedel盐([Ca2Al(OH)6·
2H2O]2·
Cl2·
4H2O)或Kuzel盐([Ca2Al(OH)6·
2H2O]2·
Cl
·
1/2SO4·
4H2O)，显著提高氯离子固化能力。现有化学固化主要通过使用活性富铝掺合料(如无机外加剂氢氧化铝、有机外加剂三异丙醇胺和矿物掺合料偏高岭土、活性粉煤灰等)来实现，能够为体系提供更多的铝相，形成更多的钙铝结构层([Ca2Al(OH)6·
2H2O]+
)，有效结合自由氯离子，促进Friedel盐或Kuzel盐的生成。
[0006]然而，活性富铝掺合料的处理和使用，常以提升混凝土28天前氯离子固化能力为主要目的(如CN 108341606 B)，无法满足混凝土长龄期服役使用的工作需求。此外，富铝掺合料的加入常常伴随有流动性差、凝结时间过快的问题，而聚羧酸减水剂(PCE)因其减水效果显著常用于调节水泥基材料凝结时间。高效减水剂的掺入虽然可以使基准混凝土的坍落度显著提高，却导致了其相比一般混凝土具有更严重的坍落度经时损失，制约了混凝土的高性能化。同时，聚羧酸减水剂的直接加入常伴随着分散不均匀，易被吸附失效的问题。特别是加入偏高岭土等粘土类矿物掺合料中更容易产生吸附失效的问题。这将显著降低PCE减水效力，提升工程成本。聚羧酸减水剂常规掺量使用时，因减水剂作用时间有限，混凝土流动性保持时间因此受限。而直接过高掺量使用时，虽然能够显著降低用水量，但会抑制水
泥基材料的水化，不利于早期强度的发展。
[0007]基于现有技术中存在的上述问题，本申请提供一种Ca
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Al
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聚羧酸减水剂(Ca
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Al
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PCE)，在氯离子存在条件下，利用其Ca
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Al层结构材料的不断转化，最终通过化学结合方式形成Friedel盐，实现对自由氯离子的长效固定。同时，通过插层反应缓慢释放的方式，在保证早强的基础上，能够实现聚羧酸减水剂的高效利用，显著提升其工作性能。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂及其制备方法，以解决海洋工程建设中因内源氯离子侵蚀导致钢筋锈蚀的问题。
[0009]为达到以上技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0010]一种具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂(Ca
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Al
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PCE)，其由四水硝酸钙(Ca(NO3)2·
4H2O)、九水合硝酸铝(Al(NO3)3·
9H2O)、硝酸钠(NaNO3)、聚羧酸减水剂和水通过水热合成法制备得到，聚羧酸减水剂键合于层状结构的钙铝化合物骨架之间。
[0011]按上述方案，所述四水硝酸钙、九水合硝酸铝、硝酸钠、聚羧酸减水剂和水的质量份配比为：四水硝酸钙60
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65份，九水合硝酸铝45
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50份，硝酸钠30
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35份，聚羧酸减水剂20
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25份，水800
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1200份。
[0012]按上述方案，所述聚羧酸减水剂为阴离子型聚羧酸减水剂。
[0013]本专利技术还包括上述具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0014]3)按比例称取原料，备用；
[0015]4)将所述四水硝酸钙、九水合硝酸铝、硝酸钠和聚羧酸减水剂加入所述水中，搅拌均匀，加热进行水热合成反应，反应结束后于15
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35℃陈化15
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18h，随后将固相生成物离心、洗涤、冷冻干燥得到具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂。
[0016]按上述方案，步骤2)所述水热合成反应工艺条件为：在氮气气氛下，于70
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75℃搅拌反应48
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60h。
[0017]按上述方案，步骤2)所述离心工艺条件为：以8000
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8500r/min的速率离心10
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15min。
[0018]本专利技术还包括上述具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂的使用方法：所述Ca
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Al
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聚羧酸减水剂作为外加剂加入海工混凝土中，掺量为胶凝材料的3
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5％。
[0019]本专利技术具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂(Ca
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Al
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PCE)选择PCE作为固化剂阴离子，一方面钙铝层状结构骨架能够作为PCE载体，通过阴离子交换反应，释放PCE，提高分散度，避免了PCE直接加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂，其特征在于，其由四水硝酸钙、九水合硝酸铝、硝酸钠、聚羧酸减水剂和水通过水热合成法制备得到，聚羧酸减水剂键合于层状结构的钙铝化合物骨架之间。2.根据权利要求1所述的具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂，其特征在于，所述四水硝酸钙、九水合硝酸铝、硝酸钠、聚羧酸减水剂和水的质量份配比为：四水硝酸钙60
‑
65份，九水合硝酸铝45
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50份，硝酸钠30
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35份，聚羧酸减水剂20
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25份，水800
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1200份。3.根据权利要求1所述的具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂，其特征在于，所述聚羧酸减水剂为阴离子型聚羧酸减水剂。4.一种权利要求1
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3任一所述的具有早强及缓释固化氯离子功能的Ca
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Al
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聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)按比例称取原料，备用；2)将所述四水硝酸钙、九水合硝酸铝、硝酸钠和聚羧酸减水剂加入所述水中，搅拌均匀，加...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建华，
申请(专利权)人：宜昌鑫特瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：