本发明涉及水泥外掺剂，特别涉及一种混凝土早强剂及其制备方法。
背景技术：
一般来说，混凝土工程大约占整个土建工程的一半，因此，混凝土的硬化速度对于缩短土建工程的工期具有十分重要的作用。目前国内有较多在10-40℃时使用的提高混凝土早期强度的外掺剂，比如水泥-水玻璃浆液早强剂，具有凝结时间短，结实率高的优点。多年来，混凝土早强剂在软土加固、井壁注浆、透水事故处理等方面都有广泛应用，解决了许多关键问题。因为混凝土混胶固化主要是靠硅酸钠中的硅酸根和水泥水化产生的ca2+发生反应生成c-s-h凝胶来维持，所以水泥-水玻璃浆液存在低温强度低和结石体耐久性差的问题。当在近似4℃的低温环境下，普通水泥几乎停止了水化反应，硅酸钠中的硅酸根和ca2+发生反应生成c-s-h凝胶量严重不足，导致混凝土低温强度低。同时水泥中钙的含量是固定的，其水化生成的氢氧化钙以及硅酸钠与氢氧化钙反应的量也是一定的，过多硅酸钠对结石体的强度无益，反而可能会让体系强度下降。这是因为c-s-h凝胶需要高碱性才能维持其稳定存在，naoh的溶出会导致c-s-h凝胶分解，导致结构体破坏。当混凝土材料处于低温干燥条件下时，硅凝胶会脱水，结石体体积收缩产生裂纹，造成结石体粉化无法形成有效强度。因此寻找低于10℃或接近4℃的低温环境下所使用的低温、超低温早强剂是建筑行业混凝土工程今后发展的方向。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种混凝土早强剂，其具有在低温环境下也能够让混凝土快速干燥的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种混凝土早强剂，包括如下重量份的组分：氯化钠1-3份、亚硝酸钠1-3份、硫酸钠10-20份、氯化钙3-6份、尿素2-6份、甲基丙烯酸5-15份、硅烷1-3份、葡萄糖酸钙1-5份、三异丙醇胺1-5份、脂肪酸甘油酯5-10份、聚羧酸减水剂50-80份、细磨水泥石2-4份。
通过采用上述技术方案，三异丙醇胺由于n原子的一对未共用电子，可以与ca2+和fe3+等生成易溶于水的络合离子，提高了水泥颗粒表面的可溶性，阻碍了c3a表面形成水化初期不渗透层，促进了c3a和c4af的溶解，加速其与石膏反应生成硫铝酸钙。同时这个反应也降低了液相中钙离子和铝离子的浓度，进一步促进了c3s的水化，从而促使混凝土早期强度增长。fe3+是高价阳离子，能够压缩c-s-h胶体粒子的扩散双电层，从而加速c-s-h胶体粒子的凝聚，降低其在液相中的浓度，以加速c3s和c2s水化，提高早期强度。强酸弱碱盐可以降低系ph值，加速c3s的水化，提高水泥的凝结及硬化速度。
本发明进一步设置为：所述聚羧酸减水剂由甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯按照摩尔比为0.05:0.3:0.1合成。
通过采用上述技术方案，由甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯合成的减水剂，能够让水泥颗粒表面形成吸附膜，影响水泥的水花速度，让水泥石生长的更为紧密，减少水分蒸发的毛细空隙，提高了水泥砂浆的硬度和结构致密性。顺丁烯二酸酐能够降低ph值。甲基烯丙基聚氧乙烯醚中含有不饱和键，在水泥系统中可以发生断裂，相互连接搭桥，从而缩短硬化时间，提高混凝土的强度。
本发明进一步设置为：将甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯混合放置于反应釜中，加入5%的过氧化氢，并处于80℃和3mpa的条件下反应5小时制得羧酸聚羧酸减水剂。
通过采用上述技术方案，利用这种方法可以制得聚羧酸减水剂。
本发明进一步设置为：所述细磨水泥石的粒径为0.3μm。
通过采用上述技术方案，细磨水泥石提供了原始成核条件，降低水化产物析出的能量障碍，使早期增多的水化产物充分生长结晶，从而使水泥石的整体结构强度得到提高。
本发明进一步设置为：所述细磨水泥石在质量分数为20%的氯化盐溶液中浸泡5h。
通过采用上述技术方案，使得细磨水泥石的表面附着有氯离子。细磨水泥石与水接触后，氯离子将分散在水中进而让氯离子被熟料矿物及水化产物微粒吸附在表面上，因此避免水泥颗粒之间相互聚集成团，增大了分散性。
本发明进一步设置为：包括如下重量份的组分：氯化钠2份、亚硝酸钠2份、硫酸钠15份、氯化钙4份、尿素6份、甲基丙烯酸12份、硅烷3份、葡萄糖酸钙5份，三异丙醇胺5份，脂肪酸甘油酯8份、聚羧酸减水剂80份、细磨水泥石4份。
通过采用上述技术方案，按照氯化钠2份、亚硝酸钠2份、硫酸钠15份、氯化钙4份、尿素6份、甲基丙烯酸12份、硅烷3份、葡萄糖酸钙5份，三异丙醇胺5份，脂肪酸甘油酯8份、聚羧酸减水剂80份、细磨水泥石4份的配比将得到最佳性价比的混凝土早强剂。
本发明的另一发明目的在于提供一种混凝土早强剂的制备方法，包括如下步骤：
将氯化钠1-3份、亚硝酸钠1-3份、硫酸钠10-20份、氯化钙3-6份、尿素2-6份、甲基丙烯酸5-15份、硅烷1-3份、葡萄糖酸钙1-5份，三异丙醇胺1-5份，脂肪酸甘油酯5-10份、聚羧酸减水剂50-80份、细磨水泥石2-4份混合即可得到成品。
通过采用上述技术方案，使得人们可以制得混凝土早强剂的成品。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的尿素为表面活性物质，对混凝土拌合物起塑化作用，它与钙盐生成可溶性复盐以调节难溶物结晶速度，从而加速水泥的水化过程。另外尿素可使液相物的冰点下降，达到抗冻效果；
2、本发明中的甲基丙烯酸中含有不饱和键，在水泥系统中可以发生断裂，相互连接搭桥，从而缩短硬化时间，提高混凝土的强度；
3、本发明中的脂肪酸甘油酯降低了混凝土水灰比的作用，提高了混凝土的强度，而细磨水泥石提供了原始成核条件，降低水化产物析出的能量障碍，使早期增多的水化产物充分生长结晶，从而使水泥石的整体结构强度得到提高。脂肪酸甘油酯和细磨水泥石组合后产生了协同作用，并增强了混凝土前期抗冻的作用。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1
一种混凝土早强剂，包括氯化钠1份、亚硝酸钠1份、硫酸钠10份、氯化钙3份、尿素2份、甲基丙烯酸5份、硅烷1份、葡萄糖酸钙1份、三异丙醇胺1份、脂肪酸甘油酯5份、聚羧酸减水剂50份、0.3μm的细磨水泥石2份。
上述混凝土早强剂通过如下步骤制备获得：
步骤1：按照摩尔比，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯=0.05:0.3:0.1称取甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯，放置于反应釜内并加入质量分数为5%的过氧化氢作为引发剂；
步骤2：让反应釜内的物质处于80℃和3mpa的条件下反应得到聚羧酸减水剂；
步骤3：按照重量份数称取0.3μm的细磨水泥石2份，所述0.3μm的细磨水泥石在质量分数为20%的氯化钠溶液中浸泡5h，再按照重量份数称取浸泡后的0.3μm的细磨水泥石2份，氯化钠1份、亚硝酸钠1份、硫酸钠10份、氯化钙3份、尿素2份、甲基丙烯酸5份、硅烷1份、葡萄糖酸钙1份、三异丙醇胺1份、脂肪酸甘油酯5份、聚羧酸减水剂50份。随后将称取的物质全部混合放入反应釜内，经充分混合后即可得到成品。
实施例2
一种混凝土早强剂，包括氯化钠1.5份、亚硝酸钠1.5份、硫酸钠13份、氯化钙4份、尿素3份、甲基丙烯酸8份、硅烷1.5份、葡萄糖酸钙2份、三异丙醇胺2份、脂肪酸甘油酯6份、聚羧酸减水剂60份、0.3μm的细磨水泥石2.5份。
上述混凝土早强剂通过如下步骤制备获得：
步骤1：按照摩尔比，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯=0.05:0.3:0.1称取甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯，放置于反应釜内并加入质量分数为5%的过氧化氢作为引发剂；
步骤2：让反应釜内的物质处于80℃和3mpa的条件下反应得到聚羧酸减水剂；
步骤3：按照重量份数称取0.3μm的细磨水泥石2.5份，所述0.3μm的细磨水泥石在质量分数为20%的氯化钠溶液中浸泡5h，再按照重量份数称取浸泡后的0.3μm的细磨水泥石2.5份，氯化钠1.5份、亚硝酸钠1.5份、硫酸钠13份、氯化钙4份、尿素3份、甲基丙烯酸8份、硅烷1.5份、葡萄糖酸钙2份、三异丙醇胺2份、脂肪酸甘油酯6份、聚羧酸减水剂60份。随后将称取的物质全部混合放入反应釜内，经充分混合后即可得到成品。
实施例3
一种混凝土早强剂，包括氯化钠2份、亚硝酸钠2份、硫酸钠15份、氯化钙4份、尿素6份、甲基丙烯酸12份、硅烷3份、葡萄糖酸钙5份、三异丙醇胺5份、脂肪酸甘油酯8份、聚羧酸减水剂80份、0.3μm的细磨水泥石4份。
上述混凝土早强剂通过如下步骤制备获得：
步骤1：按照摩尔比，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯=0.05:0.3:0.1称取甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯，放置于反应釜内并加入质量分数为5%的过氧化氢作为引发剂；
步骤2：让反应釜内的物质处于80℃和3mpa的条件下反应得到聚羧酸减水剂；
步骤3：按照重量份数称取0.3μm的细磨水泥石4份，所述0.3μm的细磨水泥石在质量分数为20%的氯化钠溶液中浸泡5h，再按照重量份数称取浸泡后的0.3μm的细磨水泥石4份，氯化钠2份、亚硝酸钠2份、硫酸钠15份、氯化钙4份、尿素6份、甲基丙烯酸12份、硅烷3份、葡萄糖酸钙5份、三异丙醇胺5份、脂肪酸甘油酯8份、聚羧酸减水剂80份。随后将称取的物质全部混合放入反应釜内，经充分混合后即可得到成品。
实施例4
一种混凝土早强剂，包括氯化钠2.5份、亚硝酸钠2.5份、硫酸钠17份、氯化钙5.5份、尿素4份、甲基丙烯酸10份、硅烷2份、葡萄糖酸钙3份、三异丙醇胺3份、脂肪酸甘油酯9份、聚羧酸减水剂80份、0.3μm的细磨水泥石3份。
上述混凝土早强剂通过如下步骤制备获得：
步骤1：按照摩尔比，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯=0.05:0.3:0.1称取甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯，放置于反应釜内并加入质量分数为5%的过氧化氢作为引发剂；
步骤2：让反应釜内的物质处于80℃和3mpa的条件下反应得到聚羧酸减水剂；
步骤3：按照重量份数称取0.3μm的细磨水泥石3份，所述0.3μm的细磨水泥石在质量分数为20%的氯化钠溶液中浸泡5h，再按照重量份数称取浸泡后的0.3μm的细磨水泥石3份，氯化钠2.5份、亚硝酸钠2.5份、硫酸钠17份、氯化钙5.5份、尿素4份、甲基丙烯酸10份、硅烷2份、葡萄糖酸钙3份、三异丙醇胺3份、脂肪酸甘油酯9份、聚羧酸减水剂70份。随后将称取的物质全部混合放入反应釜内，经充分混合后即可得到成品。
实施例5
一种混凝土早强剂，包括氯化钠3份、亚硝酸钠3份、硫酸钠20份、氯化钙6份、尿素5份、甲基丙烯酸15份、硅烷2.5份、葡萄糖酸钙4份、三异丙醇胺4份、脂肪酸甘油酯10份、聚羧酸减水剂75份、0.3μm的细磨水泥石3.5份。
上述混凝土早强剂通过如下步骤制备获得：
步骤1：按照摩尔比，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯=0.05:0.3:0.1称取甲基烯丙基聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐和丙酸乙烯酯，放置于反应釜内并加入质量分数为5%的过氧化氢作为引发剂；
步骤2：让反应釜内的物质处于80℃和3mpa的条件下反应得到聚羧酸减水剂；
步骤3：按照重量份数称取0.3μm的细磨水泥石3.5份，所述0.3μm的细磨水泥石在质量分数为20%的氯化钠溶液中浸泡5h，再按照重量份数称取浸泡后的0.3μm的细磨水泥石3.5份，氯化钠3份、亚硝酸钠3份、硫酸钠20份、氯化钙6份、尿素5份、甲基丙烯酸15份、硅烷2.5份、葡萄糖酸钙4份、三异丙醇胺4份、脂肪酸甘油酯10份、聚羧酸减水剂75份。随后将称取的物质全部混合放入反应釜内，经充分混合后即可得到成品。
对比例1
与实施例3的区别在于去除0.3μm的细磨水泥石，其他不变。
对比例2
与实施例3的区别在于去除脂肪酸甘油酯，其他不变。
对比例3
与实施例3的区别在于同时去除脂肪酸甘油酯和0.3μm的细磨水泥石，其他不变。
混凝土强度试验
参照国标gb/t50107-2010和gb/t11969-2008分别测定实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、对比例1、对比例2和对比例3。
表1为本发明的混凝土早强剂的性能指标
从表1中可以看出，结合对比例1、对比例2、对比例3和实施例3中的脂肪酸甘油酯和0.3μm的细磨水泥石均能够起到增强抗压强度的作用，但是两个结合在一起后，脂肪酸甘油酯让0.3μm的细磨水泥石在混凝土中分散，进一步降低了水化产物析出的能量障碍，起到协同增强整体抗压强度和抗冻性能的作用。
上述的结果的理论分析：0.3μm的细磨水泥石浸在水中后能产生大量的ca2+离子，同时cl-离子被熟料矿物及水化产物微粒吸附在表面上，因此避免水泥颗粒之间相互聚集成团，增强分散性，使得水泥熟料矿物成分的溶解速度变大，加速水泥初期反应，加快结晶产物的形成。