本发明公开了一种高强度防水型水泥增强剂的制备方法，属于水泥助剂制备技术领域。
背景技术：
长久以来，工程界致力于研发降低用水量的各种水泥添加物，以提高混凝土的工程品质，然而对于水泥颗粒无法完全水化却仍无法突破。kfa水泥掺合剂产生电化学反映，使水泥颗粒分解，水泥中的金属元素发挥效用，而使水泥颗粒完全水化，并达到水泥的最大利用效能。
众所周知，水泥是建筑胶凝材料的主要产品之一，水泥是由石灰石、燃煤、铁粉和粘土等矿物质原料混合后制成的硅酸盐熟料，再在熟料中加入石膏经磨细制成的。随着我国经济的快速发展，水泥用量在成倍增加，因此，石灰石、燃煤、铁粉和粘土等矿物质原料消耗量日益增大，矿产资源不断减少。目前，在确保水泥强度前提下，水泥制造厂家通过技术手段适当掺入一些混合物料，从而达到节约矿产资源，降低水泥成本，保护环境的目的，其中混合物料主要是一些廉价的矿渣、炉灰、粉煤灰等。但受水泥强度标准要求的限制，上述混合物料掺入用量一般不应超过20％，否则，水泥抗压强度会明显降低。
如何通过技术手段在水泥中进一步增加混合物掺入用量的同时，水泥抗压强度不仅不会下降，反而会有所提高，从而进一步降低水泥成本，节约能源是水泥行业面临的一个新课题。水泥增强剂的开发是目前解决这一问题的较好方法，水泥增强剂可以在掺量很少的情况下提高水泥制品的强度，从而减少制品中水泥的用量。
目前，市场常用的水泥增强剂主要有无机盐和有机两大类，无机盐类主要有氯盐、硫酸盐、硝酸盐，这三种盐类早强剂掺入量较大，达到水泥质量的3％～5％，这些早强剂的加入虽然可以提高水泥强度，但对混凝土耐久性及与钢筋等其它材料产生不利影响。有机类增强剂用量较少，但价格昂贵，而且存在质量不稳定，易失效等弊病。并且现有的水泥增强剂与水泥、骨料的粘结力不强，导致水泥出现透水性差、路面跑粒的现象，透水较高导致混凝土的强度低，耐磨性和抗冲击性能差。最近利用矿物材料制备水泥增强剂是研究的热点，相比单纯的无机盐类和有机类水泥增强剂，以矿物材料开发的水泥增强剂可以降低生产成本，提高质量稳定性。目前相关研究大多数集中在硅藻土、沸石、滑石粉、地开石、蒙脱石等矿物材料为原料制备水泥增强剂，如以下专利发明：申请号201310441894.3公开了一种水泥增强剂，该发明较大幅度的提高水泥体的强度、水泥与其他介质的胶结强度。但该矿物增强剂也用到丙烯酰胺、木质素磺酸钙、乙二醇、尿素等较多化学试剂，增强剂在存放时间较长的条件下易产生质量不稳定的弊病。申请号为2011101002195的中国发明专利公开了一种混凝土复合外加剂，该外加复合剂能提高混凝土材料的抗冲击性能、耐摩擦性能和抗渗防水性能。该外加复合剂显示了相当的抗冲击性能，但在大型建筑物，如在高架桥等建筑方面，对于抗压强度具有更为严格的要求。
因此，发明一种与水泥粘结力强且可以提高水泥强度的水泥增强剂对水泥助剂制备技术领域是很有必要的。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对目前水泥增强剂与水泥、骨料的粘结力不强，导致水泥出现透水性差、路面跑粒的现象，同时针对透水性较高导致混凝土的强度低，耐磨性和抗冲击性能差的缺陷，提供了一种高强度防水型水泥增强剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高强度防水型水泥增强剂的制备方法为：
将热反应物、蒙脱石、页岩、方解石、硅藻土、硝酸钙、碳酸钠投入磨粉机中磨粉混合5～6h制得预制混合料，将预制混合料、偏硅酸钠、甲基羟乙基纤维素醚投入搅拌釜中混合均匀，出料即得高强度防水型水泥增强剂；
所述的热反应物的具体制备步骤为：
（1）将反应产物与蒸馏水投入反应釜中，用搅拌装置以500～600r/min的转速搅拌20～30min制得分散液，向反应釜中添加次氯酸钠粉末，继续用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌搅拌50～60min制得氧化反应液；
（2）将反应釜密闭，向反应釜内充入氮气升高反应釜内气压至0.8～1.2mpa，升高反应釜内温度至130～150℃，恒温恒压反应40～50min制得热反应物，将热反应物投入烧杯中，向烧杯中滴加质量分数为3～6%的盐酸调节ph值，用搅拌器以300～360r/min的转速搅拌30～40min制得预制溶液；
（3）将预制溶液投入旋转蒸发仪中，在转速为200～240r/min和温度为50～55℃的条件下浓缩蒸发3～4h，浓缩蒸发后投入烘箱中，在温度为105～115℃的条件下干燥3～4h，干燥后投入马弗炉中，向马弗炉内充满氩气，升高马弗炉内温度至300～320℃，恒温加热40～50min，加热后研磨过100目筛得到热反应物；
所述的反应产物的具体制备步骤为：
（1）将蒙脱土和赤铁矿石投入行星球磨机中，在转速为200～240r/min和球料比为10：1的条件下研磨60～80min过50目筛制得混合料，将混合料与甘蔗渣投入烧杯中，用蒸馏水浸泡，将烧杯投入水浴温度为90～100℃的水浴锅中恒温静置2～3h制得混合液；
（2）向烧杯中滴加质量分数为8～10%的氢氧化钠，调节水浴温度至50～60℃，用搅拌装置以500～600r/min的转速搅拌30～40min，搅拌后静置2～3h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次制得反应产物。
优选的按重量份数计，所述的热反应物为10～12份、蒙脱石为20～24份、页岩为18～20份、方解石为6～8份、硅藻土为2～3份、硝酸钙为1～2份、碳酸钠为0.2～0.4份。
优选的按重量份数计，所述的预制混合料为15～17份、偏硅酸钠为1.0～1.2份、甲基羟乙基纤维素醚为0.8～1.0份。
热反应物的具体制备步骤（1）中所述的反应产物与蒸馏水的质量比为1:10。
热反应物的具体制备步骤（1）中所述的向反应釜中添加的次氯酸钠粉末的质量为分散液质量的4～5%。
热反应物的具体制备步骤（2）中所述的向烧杯中滴加质量分数为3～6%的盐酸调节的ph值为6.5～7.0。
反应产物的具体制备步骤（1）中所述的蒙脱土和赤铁矿石的质量比为10:1。
反应产物的具体制备步骤（1）中所述的混合料与甘蔗渣的质量比为1:5。
反应产物的具体制备步骤（2）中所述的向烧杯中滴加的质量分数为8～10%的氢氧化钠的质量为混合液质量的10～15%。
本发明的有益技术效果是：
本发明首先将蒙脱土和赤铁矿石研磨混合，投入蒸馏水中加入甘蔗渣加热制得混合液，向混合液中加入碱液搅拌，搅拌后过滤得到反应产物，随后将反应产物和水混合，再加入次氯酸钠混合反应制得氧化反应液，将氧化反应液进行高温高压处理，调节ph值后反应制得预制溶液，然后将预制溶液浓缩干燥，高温处理制得热反应物，最后将热反应物、蒙脱石以及其它原料粉碎研磨，再加入偏硅酸钠、甲基羟乙基纤维素醚混合均匀即得高强度防水型水泥增强剂，本发明将蒙脱土和赤铁矿石经过研磨后与甘蔗渣混合，利用氢氧化钠溶液处理甘蔗渣成分，分离其中的植物纤维成分，溶解甘蔗渣中含有的蔗糖成分，是蔗糖成分分解生成分子量更小的多糖成分，利用这类多糖分子粘结蒙脱土颗粒和赤铁矿石颗粒，使其吸附于纤维之上，增强纤维的结构强度，并且让蒙脱土颗粒和赤铁矿石粉末利用蔗糖中提取的纤维成分分散于水泥增强剂中，使水泥增强剂利用纤维、蔗糖成分中含有的羟基、羧基等官能团增强与水泥、骨料的粘结强度，缩短分子间间距，增强水泥的力学强度和抗冲击强度，同时将纤维进行一定程度的氧化处理，使纤维在氧化过程中分子链断裂，增大纤维整体的比表面积，增加纤维表面的有机官能团数量，提高纤维成分与其它各成分之间的接触面积，利用官能团增加键能数量，从而增强纤维成分与其它成分的粘结性能，提高水泥固化后的结构强度和致密性，增强水泥的力学性能和防水性能，同时蒙脱土、赤铁矿石粉末分散于纤维结构中，填充纤维间的孔隙结构，进一步抑制水分子的渗透，分散于水泥成分表面提高水泥的耐磨性能，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
将蒙脱土和赤铁矿石按质量比为10:1投入行星球磨机中，在转速为200～240r/min和球料比为10：1的条件下研磨60～80min过50目筛制得混合料，将混合料与甘蔗渣按质量比为1:5投入烧杯中，用蒸馏水浸泡，将烧杯投入水浴温度为90～100℃的水浴锅中恒温静置2～3h制得混合液；向上述烧杯中滴加混合液质量10～15%的质量分数为8～10%的氢氧化钠，调节水浴温度至50～60℃，用搅拌装置以500～600r/min的转速搅拌30～40min，搅拌后静置2～3h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次制得反应产物；将上述反应产物与蒸馏水按质量比为1:10投入反应釜中，用搅拌装置以500～600r/min的转速搅拌20～30min制得分散液，向反应釜中添加分散液质量4～5%的次氯酸钠粉末，继续用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌搅拌50～60min制得氧化反应液；将上述反应釜密闭，向反应釜内充入氮气升高反应釜内气压至0.8～1.2mpa，升高反应釜内温度至130～150℃，恒温恒压反应40～50min制得热反应物，将上述热反应物投入烧杯中，向烧杯中滴加质量分数为3～6%的盐酸调节ph值至6.5～7.0，用搅拌器以300～360r/min的转速搅拌30～40min制得预制溶液；将上述预制溶液投入旋转蒸发仪中，在转速为200～240r/min和温度为50～55℃的条件下浓缩蒸发3～4h，浓缩蒸发后投入烘箱中，在温度为105～115℃的条件下干燥3～4h，干燥后投入马弗炉中，向马弗炉内充满氩气，升高马弗炉内温度至300～320℃，恒温加热40～50min，加热后研磨过100目筛得到热反应物；按重量份数计，将10～12份上述热反应物、20～24份蒙脱石、18～20份页岩、6～8份方解石、2～3份硅藻土、1～2份硝酸钙、0.2～0.4份碳酸钠投入磨粉机中磨粉混合5～6h制得预制混合料，按重量份数计，将15～17份预制混合料、1.0～1.2份偏硅酸钠、0.8～1.0份甲基羟乙基纤维素醚投入搅拌釜中混合均匀，出料即得高强度防水型水泥增强剂。
实施例1
反应产物的制备：
将蒙脱土和赤铁矿石按质量比为10:1投入行星球磨机中，在转速为200r/min和球料比为10：1的条件下研磨60min过50目筛制得混合料，将混合料与甘蔗渣按质量比为1:5投入烧杯中，用蒸馏水浸泡，将烧杯投入水浴温度为90℃的水浴锅中恒温静置2h制得混合液；
向上述烧杯中滴加混合液质量10%的质量分数为8%的氢氧化钠，调节水浴温度至50℃，用搅拌装置以500r/min的转速搅拌30min，搅拌后静置2h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3次制得反应产物；
热反应物的制备：
将上述反应产物与蒸馏水按质量比为1:10投入反应釜中，用搅拌装置以500r/min的转速搅拌20min制得分散液，向反应釜中添加分散液质量4%的次氯酸钠粉末，继续用搅拌器以500r/min的转速搅拌搅拌50min制得氧化反应液；
将上述反应釜密闭，向反应釜内充入氮气升高反应釜内气压至0.8mpa，升高反应釜内温度至130℃，恒温恒压反应40min制得热反应物，将上述热反应物投入烧杯中，向烧杯中滴加质量分数为3%的盐酸调节ph值至6.5，用搅拌器以300r/min的转速搅拌30min制得预制溶液；
将上述预制溶液投入旋转蒸发仪中，在转速为200r/min和温度为50℃的条件下浓缩蒸发3h，浓缩蒸发后投入烘箱中，在温度为105℃的条件下干燥3h，干燥后投入马弗炉中，向马弗炉内充满氩气，升高马弗炉内温度至300℃，恒温加热40min，加热后研磨过100目筛得到热反应物；
高强度防水型水泥增强剂的制备：
按重量份数计，将10份上述热反应物、20份蒙脱石、18份页岩、6份方解石、2份硅藻土、1份硝酸钙、0.2份碳酸钠投入磨粉机中磨粉混合5h制得预制混合料，按重量份数计，将15份预制混合料、1.0份偏硅酸钠、0.8份甲基羟乙基纤维素醚投入搅拌釜中混合均匀，出料即得高强度防水型水泥增强剂。
实施例2
反应产物的制备：
将蒙脱土和赤铁矿石按质量比为10:1投入行星球磨机中，在转速为220r/min和球料比为10：1的条件下研磨70min过50目筛制得混合料，将混合料与甘蔗渣按质量比为1:5投入烧杯中，用蒸馏水浸泡，将烧杯投入水浴温度为95℃的水浴锅中恒温静置2.5h制得混合液；
向上述烧杯中滴加混合液质量12%的质量分数为9%的氢氧化钠，调节水浴温度至55℃，用搅拌装置以550r/min的转速搅拌35min，搅拌后静置2.5h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣4次制得反应产物；
热反应物的制备：
将上述反应产物与蒸馏水按质量比为1:10投入反应釜中，用搅拌装置以550r/min的转速搅拌25min制得分散液，向反应釜中添加分散液质量4%的次氯酸钠粉末，继续用搅拌器以550r/min的转速搅拌搅拌55min制得氧化反应液；
将上述反应釜密闭，向反应釜内充入氮气升高反应釜内气压至1.0mpa，升高反应釜内温度至140℃，恒温恒压反应45min制得热反应物，将上述热反应物投入烧杯中，向烧杯中滴加质量分数为4%的盐酸调节ph值至6.7，用搅拌器以330r/min的转速搅拌35min制得预制溶液；
将上述预制溶液投入旋转蒸发仪中，在转速为220r/min和温度为52℃的条件下浓缩蒸发3.5h，浓缩蒸发后投入烘箱中，在温度为110℃的条件下干燥3.5h，干燥后投入马弗炉中，向马弗炉内充满氩气，升高马弗炉内温度至310℃，恒温加热45min，加热后研磨过100目筛得到热反应物；
高强度防水型水泥增强剂的制备：
按重量份数计，将11份上述热反应物、22份蒙脱石、19份页岩、7份方解石、2份硅藻土、1份硝酸钙、0.3份碳酸钠投入磨粉机中磨粉混合5.5h制得预制混合料，按重量份数计，将16份预制混合料、1.1份偏硅酸钠、0.9份甲基羟乙基纤维素醚投入搅拌釜中混合均匀，出料即得高强度防水型水泥增强剂。
实施例3
反应产物的制备：
将蒙脱土和赤铁矿石按质量比为10:1投入行星球磨机中，在转速为240r/min和球料比为10：1的条件下研磨80min过50目筛制得混合料，将混合料与甘蔗渣按质量比为1:5投入烧杯中，用蒸馏水浸泡，将烧杯投入水浴温度为100℃的水浴锅中恒温静置3h制得混合液；
向上述烧杯中滴加混合液质量15%的质量分数为10%的氢氧化钠，调节水浴温度至60℃，用搅拌装置以600r/min的转速搅拌40min，搅拌后静置3h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣5次制得反应产物；
热反应物的制备：
将上述反应产物与蒸馏水按质量比为1:10投入反应釜中，用搅拌装置以600r/min的转速搅拌30min制得分散液，向反应釜中添加分散液质量5%的次氯酸钠粉末，继续用搅拌器以600r/min的转速搅拌搅拌60min制得氧化反应液；
将上述反应釜密闭，向反应釜内充入氮气升高反应釜内气压至1.2mpa，升高反应釜内温度至150℃，恒温恒压反应50min制得热反应物，将上述热反应物投入烧杯中，向烧杯中滴加质量分数为6%的盐酸调节ph值至7.0，用搅拌器以360r/min的转速搅拌40min制得预制溶液；
将上述预制溶液投入旋转蒸发仪中，在转速为240r/min和温度为55℃的条件下浓缩蒸发4h，浓缩蒸发后投入烘箱中，在温度为115℃的条件下干燥4h，干燥后投入马弗炉中，向马弗炉内充满氩气，升高马弗炉内温度至320℃，恒温加热50min，加热后研磨过100目筛得到热反应物；
高强度防水型水泥增强剂的制备：
按重量份数计，将12份上述热反应物、24份蒙脱石、20份页岩、8份方解石、3份硅藻土、2份硝酸钙、0.4份碳酸钠投入磨粉机中磨粉混合6h制得预制混合料，按重量份数计，将17份预制混合料、1.2份偏硅酸钠、1.0份甲基羟乙基纤维素醚投入搅拌釜中混合均匀，出料即得高强度防水型水泥增强剂。
对比例1：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少反应产物。
对比例2：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少热反应物。
对比例3：株洲市某公司生产的高强度防水型水泥增强剂。
混凝土强度测试试验配比如下：
填料：水泥（普通硅酸盐水泥42.5）用量340kg/m3；
骨料：单级配玄武岩，粒径为5～10mm；
水灰比(w/c)为0.3；集灰比为5.0；
水泥增强剂掺量为水泥用量的2％。
搅拌采用水泥包裹法：先将搅拌机用水湿润预拌，再加入全部骨料和水泥拌合。随后将2％的实施例和对比例的水泥增强剂以拌合水稀释加入，使所有骨料颗粒全部裹覆水泥，并以混合料拌和均匀为度，以形成包裹骨料表面的水泥浆。将搅拌均匀的混凝土混合料装入150mm×150mm×150mm的抗压试模和150mm×150mm×450mm的抗折试模中，机械振捣10s。试件标准养护7d和28d后，根据测试标准gb/t50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》，分别在混凝土压力试验机上测试混凝土抗压强度，在万能试验机上测试混凝土抗折强度。
混凝土塌落度测试：用一个上口100mm、下口200mm、高300mm喇叭状的塌落度桶，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，用桶高减去塌落后混凝土最高点的高度，即为塌落度。
破坏冲击次数测试按gb175-2007通用硅酸盐水泥标准进行检测。
抗渗性能参照gb18445-2012《水泥基渗透结晶型防水材料(防水剂)》进行检测。
表1：水泥增强剂性能测定结果
综合上述，从表1可以看出本发明的水泥增强剂强度高，抗压强度高，抗折强度高，水泥增强剂与水泥、骨料的粘结力强，混凝土塌落度低，破坏冲击次数高，抗冲击性好，抗渗压力大，防水性好，具有广阔应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。