一种早强型减水剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种早强型减水剂及其制备方法和应用。其中，早强型减水剂为改性纳米氧化铝修饰的聚羧酸减水剂；改性纳米氧化铝的重量占早强型减水剂重量的0.36％

【技术实现步骤摘要】
一种早强型减水剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于混凝土外加剂
，具体涉及一种早强型减水剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在混凝土领域，减水剂有利于减少混凝土用水量、提高工作性能、提升力学性能和提升耐久性的综合作用。在建筑材料的发展过程中，具有减水作用的外加剂主要包括：木质素磺酸盐类物质、萘系磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺甲醛缩聚物、丙酮磺酸盐甲醛缩合物、氨基磺酸盐甲醛缩合物，以及第三代的聚羧酸外加剂。
[0003]其中聚羧酸外加剂是一系列具有特定分子结构和性能聚合物的总称，一般由含有不饱和双键的单体及其衍生物经自由基反应聚合而成的线型主链联结多个支链的梳形共聚物，主链上联结羧基、羟基、磺酸基、氨基等亲水性官能团，同时接枝不同聚合度的聚氧乙烯(聚氧丙烯)作为侧链。与其他种类的外加剂相比，聚羧酸外加剂具有掺量低、保坍性能好、混凝土收缩率低、耐久性高、分子结构上可调性强、高性能化的潜力大、生产过程中环保等突出优点，因此在混凝土外加剂中的占比越来越高。
[0004]虽然聚羧酸减水剂与传统混凝土体系相容性、匹配性良好，但是随着河砂、卵石被的供应紧张，建筑行业基本上都只能使用机制砂石料，聚羧酸减水剂对包含机制砂石料等的新型混凝土的适应性不够，致使其应用受到极大的限制。
[0005]此外，随着建筑行业技术的革新，装配式建筑逐步发展，这就要求混凝土具有早强性能。传统技术中，混凝土的早期强度只能使用复配无机盐早强剂、复配有机物早强剂、纳米晶核型早强剂，或通过蒸汽养护等方法提升，但是上述方法存在诸多实用性问题。例如，无机盐早强剂掺入量过多还会对混凝土造成不良影响，特别是当引入了氯离子时，容易造成建筑物中钢筋生锈，当引入了硫酸盐时可能会引起碱集料反应。再例如，复配醇胺类有机早强剂与水泥的匹配性低，且其提高早强强度的效果有限。又例如，纳米晶核型早强剂会使混凝土的后期强度损失明显增大，因此也并未得到大规模的推广应用。
[0006]由于混凝土制备过程中通常需要添加减水剂，若能使减水剂兼具早强性能，则可避免传统早强剂对混凝土性能的影响，还能减少投入早强剂的步骤，进而节约混凝土的制备流程。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种早强型减水剂，其同时具有减水和早强两种作用。
[0008]本专利技术还提出一种上述早强型减水剂的制备方法。
[0009]本专利技术还提出一种上述早强型减水剂的应用。
[0010]根据本专利技术的一个方面，提出了一种早强型减水剂，所述早强型减水剂为改性纳米氧化铝修饰的聚羧酸减水剂；
[0011]所述改性纳米氧化铝的重量占所述早强型减水剂重量的0.36％
‑
1.5％；
[0012]所述改性纳米氧化铝为不饱和酯改性的纳米氧化铝。
[0013]根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0014](1)本专利技术提供的早强型减水剂中，含有改性纳米氧化铝，因此增加了早强型减水剂的空间位阻作用、静电斥力分散作用、润滑作用(改性纳米氧化铝带来的滚珠作用)和填充作用，大大提高了上述早强型减水剂对各种材质混凝土的适应性。
[0015](2)水泥(混凝土的主要成分之一)水化过程中会生成六方片状氢氧化钙，其会在混凝土微观界面过渡薄弱区中富集，进而混凝土的综合性能，特别是强度产生一定的负面影响。
[0016]当混凝土中添加本专利技术提供的早强型减水剂后，上述氢氧化钙可在改性纳米氧化铝表面形成水化铝酸钙，即氢氧化钙被消耗，氢氧化钙晶体被细化，由此弱化了氢氧化钙带来的负面作用，同时还提升了微观界面过渡薄弱区中水化产物的含量，界面性质得到优化，水泥硬化浆体的密实度提高，进而混凝土强度和韧性得到明显改善(早期和后期强度都有所增加)。
[0017](3)改性纳米氧化铝表面含有较多羟基，比表面积较大且具有较强的吸附能力和催化活性，且由于小粒径和早强型减水剂固有的分散作用，可均匀分布在混凝土的各个微孔中，易与水泥中的水化产物产生化学键合，由此可在混凝土中水泥硬化浆体原有网状结构的基础上，发生二次水化反应，形成新的致密网状结构，由此进一步提升混凝土各个阶段的强度。
[0018](4)在水泥水化过程中，早强型减水剂分子链中的改性纳米氧化铝，随溶剂移动，和氧化钙及三氧化二铁反应生成铝酸三钙矿物和铁铝酸四钙，促进硅酸三钙水合，对混凝土早期强度有至关重要的作用。
[0019]改性纳米氧化铝对聚羧酸减水剂的修饰，并不是简单的物理混合，而是通过化学键的作用将改性纳米氧化铝接枝在了聚羧酸减水剂的分子链中。如此，相较于将纳米氧化铝和聚羧酸减水剂物理混合的方法，本专利技术提供的早强型减水剂中，由于化学键的作用，改性纳米氧化铝被定为在聚羧酸减水剂的分子链上，不容易发生团聚，也不容易产生局部氧化铝含量过高、粘度大的问题；上文提到的二次水化反应也更均匀，形成的网状结构更加致密均匀，进而提升了混凝土各时间段的强度。
[0020]若局部粘度增大，影响硅酸二钙吸收氧化钙生成硅酸三钙，影响混凝土强度。局部含量过低(与局部含量高粘度大相对应)则会影响硅酸钙矿物形成，影响混凝土强度。
[0021](5)本专利技术提供的早强型减水剂，需控制其分子链中改性纳米氧化铝的密度，用量不在本专利技术限定的范围内，就会导致早强型减水剂综合性能的下降。若出现上述问题，则因此，不会影响硅酸二钙吸收氧化钙生成硅酸三钙的过程；
[0022](6)由于氧化铝是两性氧化物，通常认为其在酸性条件下会发生一定程度的溶解，由此传统技术中鲜有将其接枝到减水剂分子链中的研究；相反的，由于二氧化硅的惰性，倒是有研究以二氧化硅修饰聚羧酸减水剂。
[0023]但是正是由于二氧化硅的惰性，其仅能起到位阻作用和填充作用，而不能和聚羧酸减水剂协同，提升早强性能。
[0024]本专利技术克服了传统技术中的偏见，创新性的将改性纳米氧化铝引入早强型聚羧酸
减水剂的分子链中；并通过限定改性纳米氧化铝的用量，显著提升了混凝土各个阶段的强度和韧性。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，所述改性纳米氧化铝的合成方法为：
[0026]将纳米氧化铝、偶联剂和不饱和酯混合反应。
[0027]由此可将纳米氧化铝中引入不饱和键，进而该不饱和键可将纳米氧化铝引入早强型减水剂的分子链中。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，所述纳米氧化铝的粒径≤20nm。
[0029]在本专利技术的一些实施方式中，所述偶联剂包括KH550和KH560中的至少一种。
[0030]在本专利技术的一些实施方式中，所述纳米氧化铝和偶联剂的摩尔比为1～1.8:1～2.5。
[0031]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述纳米氧化铝和偶联剂的摩尔比约为1:1。
[0032]其中纳米氧化铝的物质的量是指其质量与Al2O3式量之比。
[0033]在本专利技术的一些实施方式中，所述纳米氧化铝和不饱和酯的摩尔比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种早强型减水剂，其特征在于，所述早强型减水剂为改性纳米氧化铝修饰的聚羧酸减水剂；所述改性纳米氧化铝的重量占所述早强型减水剂重量的0.36％
‑
1.5％；所述改性纳米氧化铝为不饱和酯改性的纳米氧化铝。2.根据权利要求1所述的早强型减水剂，其特征在于，所述改性纳米氧化铝的合成方法为：将纳米氧化铝、偶联剂和不饱和酯混合反应。3.根据权利要求1或2所述的早强型减水剂，其特征在于，所述早强型减水剂的制备原料包括：乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚、小单体、改性纳米氧化铝、链转移剂、亚铁盐、双氧水、还原剂E51和中和剂。4.根据权利要求3所述的早强型减水剂，其特征在于，按重量百分数计，所述早强型减水剂的制备原料包括：5.根据权利要求4所述的早强型减水剂，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭亮，王君，贺治权，杨洪，陈志豪，田明，贺任，刘雅卓，
申请(专利权)人：湖南中岩建材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：