专利名称：含有氨基磺酸盐减水剂的水泥基灌浆材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑材料及其制备方法，尤其涉及一种含有特殊种类氨基磺酸类减水剂的水泥基灌浆材料及其制备方法。
背景技术：
混凝土结构因其脆性大，在工程应用中往往会发生开裂现象，而混凝土开裂又会导致混凝土结构水密性下降、渗漏，进而影响工程的使用寿命。因而在施工和使用阶段，许多工程如水利、铁路、公路、桥梁等不可避免地需要灌浆材料对裂缝进行修补与加固。而许多大型仪器的安装也需要用高性能灌浆材料灌注地脚螺栓和机器底座或钢结构与基础的结合部位等。常用的混凝土裂缝修补与加固的灌浆材料很多，从材料类型来分，主要有化学灌浆材料和水泥基灌浆材料两大类。化学灌浆材料具有颗粒细、强度高、粘度低，以及流动性、 稳定性和可灌性好，胶凝或固化时间能按工程需要进行调节等优点，但它成本高、运输和贮存不便、施工工艺复杂，大多具有不同程度的毒性，包括刺激性、腐蚀性、致敏性及易燃易爆等缺点，同时，因试验、施工操作和排放废弃料等引起环境污染以及对地下水的污染，化学灌浆材料的应用也越来越受到限制。水泥基水泥灌浆材料具有使用方便、强度高、耐久性好、无污染、成本低、来源广等特点，因而，越来越得到了广泛的使用。但普通水泥基灌浆材料颗粒较粗，浆液的稳定性差、易沉淀析水，且硬化时有体积收缩。此外，基础加固灌浆以后，浆体具有一定的收缩，容易再次开裂。因此，本领域技术人员近年来致力于通过添加外加剂等途径来克服水泥基灌浆材料的上述缺陷。其中，常用的水泥外加剂，也即混凝土外加剂例如减水剂的加入有助于改善上述缺陷，但是，仍然有再提高的必要性，尤其是冬季严寒条件下水泥基灌浆材料强度的提高一直是本领域人员想要解决又很难解决的问题。减水剂又称为分散剂或塑化剂，由于使用时可使新拌混凝土的用水量减小，因此而得名。在现代混凝土技术领域里，减水剂是改善混凝土流变性能的外加剂之一，已被当作混凝土除水泥、砂、石和水之外的第五组份。选择恰当的减水剂，不仅可以改善混凝土的流变性能，而且也可以使得混凝土 /水泥中的用水量减少，进而提高混凝土 /水泥固化后的强度，减小泌水率。常见的减水剂主要有木质素环酸盐系、萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐系和聚羧酸系等。20世纪30年代到60年代是普通减水剂的应用和发展时期，早期使用的减水剂主要为松香酸钠、木质素磺酸钠、硬脂酸盐等有机化合物，其主要是用于改善混凝土的施工性， 解决混凝土路面的抗冻融等耐久性问题。但是，随着施工要求的不断提高，这些早期的减水剂的减水效果已经不能满足现代工程建设的需要。从1962年日本首先开发萘磺酸甲醛缩合物高效减水剂和1964年西德开发三聚氰胺系高效减水剂以来，进入了高效减水剂的开发与应用时期，有利地推动了混凝土技术的发展，这两个系列高效减水剂的突出特点是减水率高，水泥分散效果好，其主要作用是大幅度降低单位用水量或单位水泥用量，用于配制高强、超高强、高耐久性混凝土，但其致命缺点是坍落度损失大，制备过程中甲醛挥发对环境污染严重。而聚羧酸系高效减水剂掺混量低，但对混凝土(水泥)的分散性好，保坍性好，并且易改性，故其高性能化潜力大，被认为是高效减水剂的换代产品，但其成本较高，因此应用受到一定的局限性。氨基磺酸系减水剂也被认为是一类高效减水剂，而且其成本相对于聚羧酸系减水剂低，因此，也被广泛应用。但是，传统的氨基磺酸系减水剂生产过程中需要消耗大量的热能，或者反之容易引起爆聚，因此工业氨基磺酸系减水剂的生产造成了严重的环境污染或者存在由于反应原料发生爆聚引起的安全隐患。
发明内容
本发明为了克服现有技术中的上述不足，提供了一种新型的减水剂，该减水剂环保、坍落度损失小、减水率高，并且制备工艺简单，成本低廉，尤其是反应过程中无需提供外加热源，从而大大节约了能源，减小了环境污染。进一步地，本发明提供一种含有该减水剂的水泥基灌浆材料及其制备方法，该灌浆材料强度高，泌水率低。本发明的含有氨基磺酸盐减水剂的水泥基灌浆材料按重量份数包含水泥熟料 350 500，粉煤灰80 130，膨胀剂20 30，石膏80 120，pH值调节剂1 2，氨基磺酸盐减水剂8 15，石英砂300 500，其中所述氨基磺酸盐减水剂由下述原料按下述重量比例制备而成苯酚氢氧化钠甲醛氨基磺酸对氨基苯磺酸为15 25 9 13 20 3 20 35 10 15。优选地，所述水泥熟料的重量份数为380 420，所述减水剂的重量份数为9 11。优选地，所述水泥熟料为硅酸盐水泥熟料。优选地，所述膨胀剂包含硫铝酸盐，进一步优选地，所述膨胀剂为硫铝酸盐，更优选为硫铝酸钙。优选地，所述PH值调节剂为硼酸与三聚磷酸钠按照12的比例得到的混配物。优选地，所述石英砂包含粗石英砂、中石英砂和细石英砂三种级分，三种级分的用量比为45 60 35 50 10 20，其中粗石英砂的粒径范围为> 3mm 5mm，中石英砂的粒径范围为2 3mm，细石英砂的粒径范围为> Omm 2mm。本发明人意料不到地发现， 按照将满足上述限定的三种石英砂配合使用可以进一步提高混凝土的强度，降低泌水率。优选地，本发明所述氨基磺酸盐减水剂由下述原料按下述比例制备而成苯酚 氢氧化钠甲醛氨基磺酸对氨基苯磺酸为18 21 9 10 观 31 28 31 10 12。本发明另外提供一种含有氨基磺酸盐减水剂的水泥基灌浆材料的制备方法，其中包括将下述原料按照如下重量份数混合均勻的步骤水泥熟料350 500，粉煤灰80 130，膨胀剂20 30，石膏80 120，pH值调节剂1 2，氨基磺酸盐减水剂8 15，石英砂 300 400，其中所述氨基磺酸盐减水剂由下述原料按下述重量比例制备而成苯酚氢氧化钠甲醛氨基磺酸对氨基苯磺酸为15 25 9 13 20 3 20 35 10 15。所述氨基磺酸盐减水剂的制备步骤包括将苯酚加入到氢氧化钠水溶液中，搅拌均勻后加入氨基磺酸，继续搅拌，到混合溶液均勻后加入部分甲醛，反应一段之间后加入对氨基苯磺酸，接着，将剩余甲醛加入，继续反应得到液体产品。其中反应过程中无需外加热源供热，反应初期所需热量来自反应后期放出的热量循环得到。
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优选地，所述部分甲醛和所述剩余甲醛的加入都采用滴加的方式加入。优选地，初期加入的所述部分甲醛的量为所加甲醛总量的0. % 0. 4倍。优选地，所述部分甲醛的加入时间为5 15分钟，所述剩余甲醛的加入时间为2 4个小时。优选地，所得液体产品可进一步干燥为固体，例如通过喷雾干燥。本发明出人意料地发现，用氨基磺酸与对氨基苯磺酸复配代替现有技术中的对氨基苯磺酸作为原料生产氨基磺酸盐减水剂其生产过程中产生的热量经回收，循环后能够满足反应初期所需的热量要求，并且调节加料步骤和加料时间，能够使得反应生成的热量满足自身需要，而且能够使得反应过程顺利进行，反应中不会发生爆聚和粘釜。另外，本发明人进一步发现，使用本发明的减水剂，可以使得水泥基灌浆材料使用过程中所需的水量减少20%以上，从而提高了所述水泥基灌浆材料凝固后的强度，降低了泌水率，尤其是改善了冬季施工后的性能。
具体实施例方式测试方法说明坍落度的测试方法用一个上口 100mm、下口 200mm、高300mm喇叭状的坍落度桶， 灌入混凝土后捣实，然后拔起桶，混凝土因自重产生塌落现象，用桶高(300mm)减去塌落后混凝土最高点的高度，称为塌落度，单位为mm。减水率按照GB8076-2008中规定的方法测试。抗压强度按照GB/T 50448-2008测试；泌水率按照GB/T 50080第5. 1节的规定测
试ο制备实施例1将3000kg水和约300Kg的氢氧化钠加入到反应釜中，搅拌均勻后加入600Kg苯酚，然后继续搅拌均勻，加入1050Kg氨基磺酸，搅拌40分钟，将300Kg甲醛滴加到反应体系中反应1小时左右，加入350Kg对氨基苯磺酸，接着将700Kg甲醛滴加到反应体系中，继续反应半小时，得到液体产物。反应过程中无需提供外加热量，仅将反应产生的热量收集后通过循环管路返回到反应釜。经测量，其中所得缩合产物的分子量为6000左右。制备实施例2将3000kg水和约300Kg的氢氧化钠加入到反应釜中，搅拌均勻后加入600Kg苯酚，然后继续搅拌均勻，加入IOOOKg氨基磺酸，搅拌40分钟，将300Kg甲醛滴加到反应体系中反应1小时左右，加入450Kg对氨基苯磺酸，接着将700Kg甲醛滴加到反应体系中，继续反应半小时，得到液体产物。反应过程中无需提供外加热量，仅将反应产生的热量收集后通过循环管路返回到反应釜。经测量，其中所得缩合产物的分子量为6200左右。制备实施例3将3000kg水和约300Kg的氢氧化钠加入到反应釜中，搅拌均勻后加入600Kg苯酚，然后继续搅拌均勻，加入1050Kg氨基磺酸，搅拌40分钟，将350Kg甲醛滴加到反应体系中反应1小时左右，加入350Kg对氨基苯磺酸，接着将600Kg甲醛滴加到反应体系中，继续反应半小时，得到液体产物。反应过程中无需提供外加热量，仅将反应产生的热量收集后通过循环管路返回到反应釜。经测量，其中所得缩合产物的分子量为6100左右。制备对比例1
将3000kg水和约300Kg的氢氧化钠加入到反应釜中，搅拌均勻后加入600Kg苯酚，然后继续搅拌均勻，加入HOOKg对氨基苯磺酸，搅拌40分钟，将IOOOKg甲醛滴加到反应体系中反应2小时左右，得到液体产物。反应过程中需提供外加热量，才能使得反应得以顺利进行。经测量，其中所得缩合产物的分子量为6000左右。制备对比例2将3000kg水和约300Kg的氢氧化钠加入到反应釜中，搅拌均勻后加入600Kg苯酚，然后继续搅拌均勻，加入1050Kg氨基磺酸和350Kg对氨基苯磺酸，搅拌1小时左右，将 IOOOKg甲醛滴加到反应体系中反应2小时左右，得到液体产物。反应过程中无需提供外加热量，仅将反应产生的热量收集后通过循环管路返回到反应釜。经测量，其中所得缩合产物的分子量为8000左右。制备对比例3将3000kg水和约300Kg的氢氧化钠加入到反应釜中，搅拌均勻后加入600Kg苯酚，然后继续搅拌均勻，加入1050Kg氨基磺酸和350Kg对氨基苯磺酸，搅拌1小时左右，将 IOOOKg甲醛一次性加入到反应体系中，很快发生爆聚。关于本发明减水剂的应用实施例为了说明本发明所述减水剂的效果，下表提供将本发明减水剂和对比例所述减水剂分别添加到拉法基水泥中，水泥性能的对比表。表1 将本发明减水剂和对比例所述减水剂分别添加到拉法基水泥中后的性能比较
权利要求
1.一种含有氨基磺酸盐减水剂的水泥基灌浆材料，其按重量份数包含下述组分水泥熟料350 500，粉煤灰80 130，膨胀剂20 30，石膏80 120，pH值调节剂 1 2，氨基磺酸盐减水剂8 15，石英砂300 500，其中所述氨基磺酸盐减水剂由下述原料按下述重量比例制备而成苯酚氢氧化钠甲醛氨基磺酸对氨基苯磺酸为15 25 9 13 20 3 20 ；35 10 15，优选地，所述水泥熟料的重量份数为380 420，所述减水剂的重量份数为9 11。
2.权利要求1所述的水泥基灌浆材料，其中所述水泥熟料为硅酸盐水泥熟料，优选地， 所述膨胀剂包含硫铝酸盐，进一步优选地，所述膨胀剂为硫铝酸盐，更优选为硫铝酸钙，以及优选地，所述PH值调节剂为硼酸与三聚磷酸钠按照1 2的比例得到的混配物。
3.权利要求1或2所述的水泥基灌浆材料，其中所述氨基磺酸盐减水剂由下述原料按下述重量比例制备而成18 21 9 10 28 31 28 31 10 12。
4.权利要求1-3任一项所述的水泥基灌浆材料，其中所述石英砂包含粗石英砂、中石英砂和细石英砂三种级分，三种级分的用量比为45 60 35 50 10 20，其中粗石英砂的粒径范围为> 3mm 5mm，中石英砂的粒径范围为2 3mm，细石英砂的粒径范围为 > Omm 2mm。
5.一种含有氨基磺酸盐减水剂的水泥基灌浆材料的制备方法，其中包括将下述原料按照如下重量份数混合均勻的步骤水泥熟料350 500，粉煤灰80 130，膨胀剂20 30， 石膏80 120，pH值调节剂1 2，氨基磺酸盐减水剂8 15，石英砂300 400，其中所述氨基磺酸盐减水剂由下述原料按下述重量比例制备而成苯酚氢氧化钠甲醛氨基磺酸对氨基苯磺酸为15 25 9 13 20 3 20 35 10 15。
6.权利要求5所述的水泥基灌浆材料的制备方法，其中所述氨基磺酸盐减水剂的制备步骤包括1)将苯酚加入到氢氧化钠水溶液中；2)加入氨基磺酸；3)加入部分甲醛反应； 4)加入对氨基苯磺酸，接着，将加入剩余甲醛，继续反应得到液体产品。
7.权利要求6所述的方法，其中所述氨基磺酸盐减水剂的制备步骤具体包括将苯酚加入到氢氧化钠水溶液中，搅拌均勻后加入氨基磺酸，继续搅拌，到混合溶液均勻后加入部分甲醛，反应一段之间后加入对氨基苯磺酸，接着，将剩余甲醛加入，继续反应得到液体产品，其中反应过程中无需外加热源供热，反应初期所需热量来自反应后期放出的热量循环得到。
8.权利要求6或7所述的方法，其中反应过程中无需外加热源供热，反应初期所需热量来自反应后期放出的热量循环得到。
9.权利要求6 8任一项所述的方法，其中所述部分甲醛和所述剩余甲醛的加入都采用滴加的方式允许加入，优选地其中初期加入的所述部分甲醛的量为所加甲醛总量的 0. 25 0. 4 倍。
10.权利要求6 9任一项所述的方法，其中所述部分甲醛的加入时间为5 15分钟， 所述剩余甲醛的加入时间为2 4个小时。
全文摘要
本发明提供一种含有氨基磺酸盐减水剂的水泥基灌浆材料及其制备方法，所述水泥基灌浆材料包括水泥熟料350～500，粉煤灰80～130，膨胀剂20～30，石膏80～120，pH值调节剂1～2，减水剂8～15，石英砂300～500，其中所述氨基磺酸盐减水剂由下述原料按下述重量比例制备而成苯酚∶氢氧化钠∶甲醛∶氨基磺酸∶对氨基苯磺酸为15～25∶9～13∶20～3∶20～35∶10～15。所述水泥基灌浆材料强度高，而泌水率低，并且其中使用的减水剂坍落度损失小、减水率高、制备工艺简单、成本低廉，且反应过程中无需提供外加热源，从而大大节约了能源，减小了环境污染。
文档编号C04B24/22GK102211912SQ201110087539
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者马清浩 申请人:马清浩