本发明涉及一种早强型减水剂及其制备方法和应用，属于混凝土外加剂技术领域。
背景技术：
混凝土早强型减水剂对混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能有着至关重要的影响，然而目前市场产品由于技术水平的参差不齐，严重制约了市场应用。
总体而言，存在的问题主要表现为以下几方面：
(1)产品制备方法(尤其是分散稳定措施)不完善，导致产品稳定性差，均匀性不足，长期储存易产生分层；
(2)产品对混凝土早期强度提升不明显或对流动性改善效果不佳，难以满足对流动性能与力学性能同时改善的要求。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述的技术问题而提供一种早强型减水剂，该早强型减水剂不仅可以有效保证水化硅酸钙凝胶在早强型减水剂产品体系中的均匀分散与稳定，充分发挥其早强作用，改善混凝土的力学性能，而且可以最大程度地发挥高效聚羧酸减水剂在早强型减水剂体系中的减水作用，改善混凝土的流动性能。
本发明的技术方案
一种早强型减水剂，通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)、将表面活性剂两等分，分别加入到质量百分比浓度为10-150％的硅质材料溶液与质量百分比浓度为10-120％的钙质材料溶液之中，分别搅拌均匀，得到浓度为25-40g/l的含有表面活性剂的硅质材料溶液与浓度为25-40g/l的含有表面活性剂的钙质材料溶液；
所述的表面活性剂为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙；
所述的硅质材料溶液，按质量比计算，即硅酸钠：水为10-150：100，优选为88-150：100的比例混合而成的硅酸钠水溶液；
所述的钙质材料溶液，按质量比计算，即硝酸钙：水为10-120：100，优选为108-120：100的比例混合而成的硅酸钙水溶液；
(2)、常温下，按体积比计算，即含有表面活性剂的硅质材料溶液：含有表面活性剂的钙质材料溶液为1：0.67-1.25，优选为1：1-1.25的比例，将步骤(1)所得的含有表面活性剂的硅质材料溶液与含有表面活性剂的钙质材料溶液进行混合反应3-5min，所得的反应液为水化硅酸钙凝胶混合液a；
(3)、将步骤(2)所得的水化硅酸钙凝胶混合液a置入压滤机，启动压滤机，控制压力为0.2-0.5mpa进行初次压滤，待水化硅酸钙凝胶混合液a中不再发生溶液滤出为止，记录初次压滤后所得的滤液质量m1，初次压滤后所得的滤饼即水化硅酸钙凝胶a；
(4)、称取质量为m1的专用溶剂，将步骤(3)所得的水化硅酸钙凝胶a加入其中，控制转速为600-800r/min进行搅拌混匀，得到水化硅酸钙凝胶混合液b；
所述的专用溶剂为质量百分比浓度为2-5％，优选为4-5％的氢氧化钙水溶液；
(5)、将水化硅酸钙凝胶混合液b置入压滤机，启动压滤机，控制压力为0.2-0.5mpa进行二次压滤，待水化硅酸钙凝胶混合液b中不再发生溶液滤出为止，记录二次压滤后所得的滤液质量m2，二次压滤后所得的滤饼为水化硅酸钙凝胶b；
(6)、称取质量为m2的水，将步骤(5)所得的水化硅酸钙凝胶b加入其中，控制转速为600-800r/min进行搅拌混匀，得到水化硅酸钙凝胶混合液c；
(7)、按专用稳定剂：水化硅酸钙凝胶混合液c为1g:30-100l，优选为1g:100l的比例，将专用稳定剂加入到步骤(6)所得的水化硅酸钙凝胶混合液c中，控制转速为600-800r/min进行搅拌混匀，得到水化硅酸钙凝胶混合液d；
所述的专用稳定剂为质量百分比浓度为1-2％的变性淀粉水溶液或质量百分比浓度为2-3％的黄原胶水溶液，所述的黄原胶水溶液，即将黄原胶加入到冷水中，以800-1000r/min搅拌5-6min后得到；所述的变性淀粉水溶液，即将变形淀粉加入到水中，升温至80-90℃后控制转速为300-500r/min搅拌2-3min后得到；
(8)、按质量比计算，高效聚羧酸减水剂：水化硅酸钙凝胶混合液d为3-6:100，优选为3-4.5：100的比例，将高效聚羧酸减水剂加入到水化硅酸钙凝胶混合液d中，然后控制转速为500-800r/min进行搅拌混匀，即得一种早强型减水剂。
上述所得的早强型减水剂用于混凝土的制备，可以明显提升所得的混凝土的早期强度，且流动性及其经时损失也得到了明显的改善，本发明的具体实施方式中仅以c20或c50等混凝土的制备为例进行说明，但并不限制其在其他如c10、c30等等混凝土的制备上的应用。
本发明的有益技术效果
本发明的一种早强型减水剂，由于制备过程中钙/硅质材料溶液中掺入了木质素磺酸钠或木质素磺酸钙表面活性剂，从而大大提升压滤后水化硅酸钙凝胶块溶解后的再分散效率，从而使得最终所得的早强型减水剂的后期稳定性增强。
进一步，本发明的一种早强型减水剂，由于制备过程中采用黄原胶或变性淀粉作为专用稳定剂，从而有效保障水化硅酸钙凝胶在体系中的均匀分散，因此所得的早强型减水剂的体系更加稳定。
进一步，本发明的一种早强型减水剂，由于制备过程中专用稳定剂先于高效聚羧酸减水剂的加入，并且高效聚羧酸减水剂的加入量控制在3-6％的范围内，从而可大幅减少高效聚羧酸减水剂在水化硅酸钙凝胶表明的吸附量，充分发挥高效聚羧酸减水剂在本发明的早强型减水剂体系中的减水作用，从而使其应用于混凝土的制备时，可大幅提升混凝土的流动性能。
进一步，本发明的一种早强型减水剂，由于制备过程时通过得到的中间产物水化硅酸钙凝胶中加入高效聚羧酸减水剂，使得最终所得的早强型减水剂用于混凝土制备时可大幅提升混凝土的早期强度，且对其后期强度无不利影响，满足混凝土的力学性能要求。
综上所述，本发明的一种早强型减水剂可同时满足对混凝土的流动性能与力学性能改善的要求。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下通过具体的实施例对本发明进行详细的说明，但并不限制本发明。
本发明的各实施例中所用的压滤机1、2的型号均为xmsj5/500，杭州辛源压滤机有限公司生产。
本发明各实施例中所用的各种原料或试剂的规格及生产厂家的信息如下：
本发明的各应用实施例中的c20混凝土、c50混凝土的制备方法，按照jgj55-2011(普通混凝土配合比设计规程)进行。
本发明的各实施例中早强型减水剂应用后所得的混凝土的技术指标的测定方法如下：
3d、7d和28d的抗压强度(mpa)按照gb/t17671-1999方法进行测定；
混凝土坍落扩展度(mm)、坍落扩展度1h经时损失(mm)按照gb/t50080-2002方法进行测定。
实施例1
一种早强型减水剂，通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)、将4g表面活性剂两等分，分别加入到100ml质量百分比浓度为88％的硅质材料溶液与100ml质量百分比浓度为108％的钙质材料溶液之中，分别搅拌均匀得到40g/l的含有表面活性剂的硅质材料溶液与40g/l的含有表面活性剂的钙质材料溶液；
所述的表面活性剂为木质素磺酸钠；
所述的硅质材料溶液，按质量比计算，即硅酸钠：水为88：100的比例混合而成的质量百分比浓度为88％的硅酸钠水溶液；
所述的钙质材料溶液，按质量比计算，即硝酸钙：水为108：100的比例混合而成的质量百分比浓度为108％的硅酸钙水溶液；
(2)、常温下，按体积比计算，即40g/l的含有表面活性剂的硅质材料溶液：40g/l的含有表面活性剂的钙质材料溶液为1：1的比例，将步骤(1)所得的含有表面活性剂的硅质材料溶液与含有表面活性剂的钙质材料溶液进行混合反应3min，所得的反应液为水化硅酸钙凝胶混合液a；
(3)、将步骤(2)所得的水化硅酸钙凝胶混合液a置入压滤机1，启动压滤机1，控制压力为多少0.2mpa进行初次压滤，待水化硅酸钙凝胶混合液a中不再发生溶液滤出为止，记录初次压滤后所得的滤液质量m1，初次压滤后所得的滤饼即水化硅酸钙凝胶a；
(4)、称取质量为m1的专用溶剂，将步骤(3)所得的水化硅酸钙凝胶a加入其中，控制转速为600r/min进行搅拌混匀，得到水化硅酸钙凝胶混合液b；
所述的专用溶剂为质量百分比浓度为4％的氢氧化钙水溶液；
(5)、将水化硅酸钙凝胶混合液b置入压滤机2，启动压滤机2，控制压力为多少0.2mpa进行二次压滤，待水化硅酸钙凝胶混合液b中不再发生溶液滤出为止，记录二次压滤后所得的滤液质量m2，二次压滤后所得的滤饼为水化硅酸钙凝胶b；
(6)、称取质量为m2的水，将步骤(5)所得的水化硅酸钙凝胶b加入其中，控制转速为600r/min进行搅拌混匀，得到水化硅酸钙凝胶混合液c；
(7)、按专用稳定剂：水化硅酸钙凝胶混合液c为1g:100l的比例，将专用稳定剂加入到步骤(6)所得的水化硅酸钙凝胶混合液c中，控制转速为600r/min进行搅拌混匀，得到水化硅酸钙凝胶混合液d；
所述的专用稳定剂为质量百分比浓度为2％的变性淀粉水溶液,所述的变性淀粉水溶液，即将变形淀粉加入到水中，升温至80-90℃后控制转速为300-500r/min搅拌2-3min后得到；
(8)、按质量比计算，高效聚羧酸减水剂：水化硅酸钙凝胶混合液d为3:100比例，将高效聚羧酸减水剂加入到水化硅酸钙凝胶混合液d中，然后控制转速为600r/min进行搅拌混匀，即得一种早强型减水剂；
应用实施例1
实施例1所得的早强型减水剂用于c20混凝土的制备，按制备一立方c20混凝土计算，所用的各原料量及组成如下：
应用对照实施例1
将上述的应用实施例1中的“实施例1所得的早强型减水剂”更换成现有技术中的“普通早强型减水剂”，用于c20混凝土的制备，按制备一立方c20混凝土计算，所用的各原料量及组成如下：
对上述应用实施例1所得的含有实施例1所得的早强型减水剂的c20混凝土和应用对照实施例1所得的含有普通早强型减水剂的c20混凝土的3d、7d和28d的抗压强度(mpa)，坍落扩展度(mm)、坍落扩展度1h经时损失(mm)分别进行测定，所得的结果见下表：
从上表中可以看出与应用对照实施例1相比，应用实施例1中所得的含有实施例1的早强型减水剂的c20混凝土3d、7d抗压强度分别为15.7mpa、21.5mpa，其提升比较明显且对28d的抗压强度无不利影响，依然可以保持在31.8mpa，同时坍落扩展度变大，达到510mm；坍落扩展度1h经时损失变小，仅为130mm，由此表明了应用实施例1中所得的含有实施例1的早强型减水剂的c20混凝土早期强度得到了提升，且流动性及其经时损失得到了明显改善。
应用实施例2
实施例1所得的早强型减水剂用于c50混凝土的制备，以制备一立方c50混凝土为例，所用的各原料量及组成如下：
应用对照实施例2
将应用实施例2中的“实施例1所得的早强型减水剂”更换成现有技术中的“普通早强型型减水剂”，用于c50混凝土的制备，按制备一立方c50混凝土计算，所用的各种原料量及组成如下：
对上述应用实施例2和应用对照实施例2所得的含有实施例1所得的早强型减水剂的c50混凝土和含有现有技术中普通早强型减水剂的c50混凝土3d、7d和28d的抗压强度(mpa)，坍落扩展度(mm)、坍落扩展度1h经时损失(mm)进行测定，所得的结果见下表：
从上表中可以看出与应用对照实施例2相比，应用实施例2中所得的含有实施例1的早强型减水剂的c50混凝土3d、7d抗压强度分别为33.7mpa、41.6mpa，其提升比较明显且对28d的抗压强度无不利影响，依然可以保持在58.1mpa，同时坍落扩展度变大，达到610mm；坍落扩展度1h经时损失变小，仅为10mm，由此表明了应用实施例2中含有实施例1早强型减水剂的c50混凝土早期强度得到了提升，且流动性及其经时损失得到了明显改善。
实施例2
一种早强型减水剂，通过包括如下步骤的方法制备而成：
(1)、将3g表面活性剂两等分，分别加入到120ml的质量百分比浓度为150％的硅质材料溶液与120ml的质量百分比浓度为120％的钙质材料溶液之中，分别搅拌均匀得到25g/l的含有表面活性剂的硅质材料溶液与25g/l的含有表面活性剂的钙质材料溶液；
所述的表面活性剂为木质素磺酸钠；
所述的硅质材料溶液，按质量比计算，即硅酸钠：水为150：100的比例混合而成的质量百分比浓度为150％的硅酸钠水溶液；
所述的钙质材料溶液，按质量比计算，即硝酸钙：水为120：100的比例混合而成的质量百分比浓度为120％的硅酸钙水溶液；
(2)、常温下，按体积比计算，即25g/l的含有表面活性剂的硅质材料溶液：25g/l的含有表面活性剂的钙质材料溶液为1：1.25的比例，将步骤(1)所得的含有表面活性剂的硅质材料溶液与含有表面活性剂的钙质材料溶液进行混合反应5min，所得的反应液为水化硅酸钙凝胶混合液a；
(3)、将步骤(2)所得的水化硅酸钙凝胶混合液a置入压滤机，启动压滤机，控制压力为多少0.5mpa进行初次压滤，待水化硅酸钙凝胶混合液a中不再发生溶液滤出为止，记录初次压滤后所得的滤液质量m1，初次压滤后所得的滤饼即水化硅酸钙凝胶a；
(4)、称取质量为m1的专用溶剂，将步骤(3)所得的水化硅酸钙凝胶a加入其中，控制转速为800r/min进行搅拌混匀，得到水化硅酸钙凝胶混合液b；
所述的专用溶剂为质量百分比浓度为5％的氢氧化钙水溶液；
(5)、将水化硅酸钙凝胶混合液b置入压滤机，启动压滤机，控制压力为多少0.5mpa进行二次压滤，待水化硅酸钙凝胶混合液b中不再发生溶液滤出为止，记录二次压滤后所得的滤液质量m2，二次压滤后所得的滤饼为水化硅酸钙凝胶b；
(6)、称取质量为m2的水，将步骤(5)所得的水化硅酸钙凝胶b加入其中，控制转速为800r/min进行搅拌混匀，得到水化硅酸钙凝胶混合液c；
(7)、按专用稳定剂：水化硅酸钙凝胶混合液c为1g:100l的比例，将专用稳定剂加入到步骤(6)所得的水化硅酸钙凝胶混合液c中，控制转速为800r/min进行搅拌混匀，得到水化硅酸钙凝胶混合液d；
所述的专用稳定剂为质量百分比浓度为2％的变性淀粉水溶液,所述的变性淀粉水溶液，即将变形淀粉加入到水中，升温至80-90℃后控制转速为300-500r/min搅拌2-3min后得到；
(8)、按质量比计算，高效聚羧酸减水剂：水化硅酸钙凝胶混合液d为4.5:100比例，将高效聚羧酸减水剂加入到水化硅酸钙凝胶混合液d中，然后控制转速为800r/min进行搅拌混匀，即得一种早强型减水剂。
综上所述，本发明的早强型减水剂，用于c20或c50等混凝土的制备时，可以明显提升所得的混凝土的早期强度，且对其后期强度无不利影响，且流动性及其经时损失也得到了明显的改善。即本发明的一种早强型减水剂可同时满足对混凝土的流动性能与力学性能改善的要求。
以上内容仅为本发明的基本说明和优选方案，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。