一种混凝土用纤维增强硬化剂的制作方法

1.本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种混凝土用纤维增强硬化剂。


背景技术：

2.抗压强度及耐久性是混凝土最为重要的性能指标。在商品混凝土的生产过程中，为了改善混凝土的工作性能，常常需要向混凝土中加入配比很小的各种混凝土外加剂(如减水剂、早强剂、引气剂等)，这些外加剂的加入通常对混凝土的工作性能改善较好，而对混凝土强度的改善很有限，并且一些外加剂比较敏感，对混凝土的适应性不是很好，这也使得这些外加剂在具体应用中受到了较大的限制。而混凝土增强硬化剂的出现弥补了这一缺陷，由于其强力分散了凝聚颗粒，基本达到充分水化，从而提高了胶凝材料的活性。
3.然而，现有的混凝土增强硬化剂按其材料组成可分为无机类、有机类及无机与有机复合型，无论是哪一类别的增强硬化剂，均容易使混凝土凝结后出现开裂现象，其主要原因在于水泥水化过程中会产生大量的水化热，水化热不及时释放，会导致混凝土砂浆受热膨胀，进而出现裂缝，同时也导致抗压强度有所下降。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种混凝土用纤维增强硬化剂，其解决了现有混凝土增强硬化剂使用时易出现混凝土块开裂现象，以及随之引起的抗压强度下降的问题。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
6.一种混凝土用纤维增强硬化剂，按重量份数计，其制备原料包括：5-20份硅微粉、5-20份氮化硅粉、3-15份改性龙舌兰纤维、5-10份三乙醇胺、1-5份羟丙基甲基纤维素、1-5份聚乙烯醇、0.5-3份三聚磷酸钠、5-12份乙醇；
7.其中，所述改性龙舌兰纤维是由龙舌兰纤维经水热处理和磺化处理后得到。
8.进一步改进在于，所述纤维增强硬化剂的制备步骤如下：
9.(1)按照重量配比称取三乙醇胺、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、三聚磷酸钠、乙醇置于容器中，600-1000r/min搅拌5-20min，得到混合物a；
10.(2)按照重量配比向混合物a中依次加入硅微粉和氮化硅粉，600-1000r/min搅拌15-30min，得到混合物b；
11.(3)取龙舌兰纤维去除杂质并清洗晾干后，对其进行水热处理和磺化处理，得到改性龙舌兰纤维，并按照重量配比将改性龙舌兰纤维加入到混合物b中，300-800r/min搅拌10-15min，得到混合物c；
12.(4)将混合物c加热至回流状态，再进行喷雾干燥，得到颗粒物，将颗粒物进行破碎研磨，即得所述纤维增强硬化剂。
13.进一步改进在于，所述水热处理指的是先采用80-95℃的热水对龙舌兰纤维进行喷淋1-2h，再采用60-80℃热风对龙舌兰纤维进行烘吹，直至龙舌兰纤维完全干燥。
14.进一步改进在于，所述磺化处理指的是先采用乙醇溶液对龙舌兰纤维进行分散均
匀，再往分散液中加入磺化剂，并在25-35℃下搅拌反应3-5h，接着取出龙舌兰纤维洗涤至中性，最后低温干燥即可。
15.进一步改进在于，所述龙舌兰纤维、乙醇溶液和磺化剂之间的用量比为100g:200-250ml:3-6ml。
16.进一步改进在于，所述乙醇溶液的浓度为80-99wt％。
17.进一步改进在于，所述磺化剂选用氯磺酸或氨基磺酸。
18.本发明的有益效果在于：该增强硬化剂中添加有改性龙舌兰纤维，纤维在增加混凝土凝结整体性、凝结强度和韧性的同时，利用其特殊的负热膨胀特性，在水泥水化产热过程中，通过自身的受热收缩，减少水泥砂浆受热膨胀所带来的影响，有效规避混凝土开裂现象，同时提高终凝抗压强度；并且，本发明中改性龙舌兰纤维经过了水热处理和磺化处理，其中水热处理可提高纤维强度和韧性，磺化处理可提升纤维的亲水性，有助于与混凝土砂浆的充分融合，相比较于采用普通龙舌兰纤维，增强抗裂效果明显提升。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
20.实施例1
21.一种混凝土用纤维增强硬化剂，按重量份数计，其制备原料包括：5份硅微粉、5份氮化硅粉、3份改性龙舌兰纤维、5份三乙醇胺、1份羟丙基甲基纤维素、1份聚乙烯醇、0.5份三聚磷酸钠、5份乙醇；其中，所述改性龙舌兰纤维是由龙舌兰纤维经水热处理和磺化处理后得到。
22.所述纤维增强硬化剂的制备步骤如下：
23.(1)按照重量配比称取三乙醇胺、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、三聚磷酸钠、乙醇置于容器中，600r/min搅拌20min，得到混合物a；
24.(2)按照重量配比向混合物a中依次加入硅微粉和氮化硅粉，600r/min搅拌30min，得到混合物b；
25.(3)取龙舌兰纤维去除杂质并清洗晾干后，对其进行水热处理和磺化处理，得到改性龙舌兰纤维，并按照重量配比将改性龙舌兰纤维加入到混合物b中，300r/min搅拌15min，得到混合物c；
26.其中，水热处理指的是先采用80℃的热水对龙舌兰纤维进行喷淋2h，再采用60℃热风对龙舌兰纤维进行烘吹，直至龙舌兰纤维完全干燥；磺化处理指的是先采用80wt％乙醇溶液对龙舌兰纤维进行分散均匀，再往分散液中加入氯磺酸，并在25℃下搅拌反应5h，接着取出龙舌兰纤维洗涤至中性，最后低温干燥即可，龙舌兰纤维、乙醇溶液和氯磺酸之间的用量比为100g:200ml:3ml；
27.(4)将混合物c加热至回流状态，再进行喷雾干燥，得到颗粒物，将颗粒物进行破碎研磨，即得所述纤维增强硬化剂。
28.实施例2
29.一种混凝土用纤维增强硬化剂，按重量份数计，其制备原料包括：12份硅微粉、12
份氮化硅粉、9份改性龙舌兰纤维、8份三乙醇胺、3份羟丙基甲基纤维素、3份聚乙烯醇、2份三聚磷酸钠、9份乙醇；其中，所述改性龙舌兰纤维是由龙舌兰纤维经水热处理和磺化处理后得到。
30.所述纤维增强硬化剂的制备步骤如下：
31.(1)按照重量配比称取三乙醇胺、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、三聚磷酸钠、乙醇置于容器中，800r/min搅拌12min，得到混合物a；
32.(2)按照重量配比向混合物a中依次加入硅微粉和氮化硅粉，800r/min搅拌25min，得到混合物b；
33.(3)取龙舌兰纤维去除杂质并清洗晾干后，对其进行水热处理和磺化处理，得到改性龙舌兰纤维，并按照重量配比将改性龙舌兰纤维加入到混合物b中，600r/min搅拌12min，得到混合物c；
34.其中，水热处理指的是先采用90℃的热水对龙舌兰纤维进行喷淋1.5h，再采用70℃热风对龙舌兰纤维进行烘吹，直至龙舌兰纤维完全干燥；磺化处理指的是先采用90wt％乙醇溶液对龙舌兰纤维进行分散均匀，再往分散液中加入氯磺酸，并在30℃下搅拌反应4h，接着取出龙舌兰纤维洗涤至中性，最后低温干燥即可，龙舌兰纤维、乙醇溶液和氯磺酸之间的用量比为100g:220ml:4.5ml；
35.(4)将混合物c加热至回流状态，再进行喷雾干燥，得到颗粒物，将颗粒物进行破碎研磨，即得所述纤维增强硬化剂。
36.实施例3
37.一种混凝土用纤维增强硬化剂，按重量份数计，其制备原料包括：20份硅微粉、20份氮化硅粉、15份改性龙舌兰纤维、10份三乙醇胺、5份羟丙基甲基纤维素、5份聚乙烯醇、3份三聚磷酸钠、12份乙醇；其中，所述改性龙舌兰纤维是由龙舌兰纤维经水热处理和磺化处理后得到。
38.所述纤维增强硬化剂的制备步骤如下：
39.(1)按照重量配比称取三乙醇胺、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、三聚磷酸钠、乙醇置于容器中，1000r/min搅拌5min，得到混合物a；
40.(2)按照重量配比向混合物a中依次加入硅微粉和氮化硅粉，1000r/min搅拌15min，得到混合物b；
41.(3)取龙舌兰纤维去除杂质并清洗晾干后，对其进行水热处理和磺化处理，得到改性龙舌兰纤维，并按照重量配比将改性龙舌兰纤维加入到混合物b中，800r/min搅拌10min，得到混合物c；
42.其中，水热处理指的是先采用95℃的热水对龙舌兰纤维进行喷淋1h，再采用80℃热风对龙舌兰纤维进行烘吹，直至龙舌兰纤维完全干燥；磺化处理指的是先采用99wt％乙醇溶液对龙舌兰纤维进行分散均匀，再往分散液中加入氨基磺酸，并在35℃下搅拌反应3h，接着取出龙舌兰纤维洗涤至中性，最后低温干燥即可，龙舌兰纤维、乙醇溶液和氨基磺酸之间的用量比为100g:250ml:6ml；
43.(4)将混合物c加热至回流状态，再进行喷雾干燥，得到颗粒物，将颗粒物进行破碎研磨，即得所述纤维增强硬化剂。
44.对比例1
45.一种混凝土用纤维增强硬化剂，按重量份数计，其制备原料包括：12份硅微粉、12份氮化硅粉、9份龙舌兰纤维、8份三乙醇胺、3份羟丙基甲基纤维素、3份聚乙烯醇、2份三聚磷酸钠、9份乙醇。
46.所述纤维增强硬化剂的制备步骤如下：
47.(1)按照重量配比称取三乙醇胺、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、三聚磷酸钠、乙醇置于容器中，800r/min搅拌12min，得到混合物a；
48.(2)按照重量配比向混合物a中依次加入硅微粉和氮化硅粉，800r/min搅拌25min，得到混合物b；
49.(3)取龙舌兰纤维去除杂质并清洗晾干后，按照重量配比将龙舌兰纤维加入到混合物b中，600r/min搅拌12min，得到混合物c；
50.(4)将混合物c加热至回流状态，再进行喷雾干燥，得到颗粒物，将颗粒物进行破碎研磨，即得所述纤维增强硬化剂。
51.对比例2
52.一种混凝土用纤维增强硬化剂，按重量份数计，其制备原料包括：12份硅微粉、12份氮化硅粉、9份改性碳纤维、8份三乙醇胺、3份羟丙基甲基纤维素、3份聚乙烯醇、2份三聚磷酸钠、9份乙醇；其中，所述改性碳纤维是由碳纤维经水热处理和磺化处理后得到。
53.所述纤维增强硬化剂的制备步骤如下：
54.(1)按照重量配比称取三乙醇胺、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、三聚磷酸钠、乙醇置于容器中，800r/min搅拌12min，得到混合物a；
55.(2)按照重量配比向混合物a中依次加入硅微粉和氮化硅粉，800r/min搅拌25min，得到混合物b；
56.(3)取碳纤维去除杂质并清洗晾干后，对其进行水热处理和磺化处理，得到改性碳纤维，并按照重量配比将改性碳纤维加入到混合物b中，600r/min搅拌12min，得到混合物c；
57.其中，水热处理指的是先采用90℃的热水对碳纤维进行喷淋1.5h，再采用70℃热风对碳纤维进行烘吹，直至碳纤维完全干燥；磺化处理指的是先采用90wt％乙醇溶液对碳纤维进行分散均匀，再往分散液中加入氯磺酸，并在30℃下搅拌反应4h，接着取出碳纤维洗涤至中性，最后低温干燥即可，碳纤维、乙醇溶液和氯磺酸之间的用量比为100g:220ml:4.5ml；
58.(4)将混合物c加热至回流状态，再进行喷雾干燥，得到颗粒物，将颗粒物进行破碎研磨，即得所述纤维增强硬化剂。
59.性能测试：
60.一、水泥胶砂抗压强度试验
61.以水泥胶砂的7d和28d抗压强度来表征增强硬化剂的增强硬化效果，试验用水泥选用硅酸盐水泥(购自于无锡市江淮建材科技有限公司)，试验用砂选用iso标准砂，试验时，胶材用量为600g，砂用量为1350g，水用量为228g。取实施例2以及对比例1-2制得的增强硬化剂样品，在生产水泥时以助磨剂的形式添加，添加量均为水泥重量的2.5％。同时设置空白组，不添加增强硬化剂，作为对照。共四个试验组，试验过程参照gb/t17671-1999，测试实施例2以及对比例1-2的水泥胶砂强度，得到表1：
[0062][0063]
从上表可以看出，使用本发明实施例2制得的增强硬化剂，在7d时的抗压强度达到了41.16mpa，28d抗压强度达到了48.63，高于空白组；而对比例1由于将改性龙舌兰纤维换成普通龙舌兰纤维，导致7d抗压强度和28d抗压强度分别下降了7.0％和13.2％，对比例2由于将改性龙舌兰纤维替换为改性碳纤维，导致7d抗压强度和28d抗压强度分别下降了9.0％和15.8％。且对比例1和对比例2的效果甚至比空白组还差(7d抗压强度因为添加了有三乙醇胺早强成分，所以前期抗压强度高于空白组)，由此说明采用龙舌兰纤维这一特定纤维，以及水热处理和磺化处理的改性过程均起到了关键性作用。
[0064]
二、混凝土凝结试验
[0065]
按以下配料表，进行混凝土凝结试验：
[0066]
混凝土配合表(单位：kg)
[0067][0068]
其中，增强硬化剂分别选用实施例2以及对比例1-2制得的增强硬化剂，同时设置空白组，不添加增强硬化剂，作为对照，共四组，各组采用相同的养护方式，观察混凝土终凝后表面是否有开裂现象，结果统计得到下表：
[0069]
组别是否有开裂现象实施例2无明显裂痕对比例1有少量裂痕对比例2有大量裂痕空白组无明显裂痕
[0070]
从上表可以看出，使用本发明实施例2制得的增强硬化剂，混凝土在终凝后均没有出现明显开裂现象，而对比例1由于将改性龙舌兰纤维换成普通龙舌兰纤维，对比例2将改性龙舌兰纤维替换为改性碳纤维，均导致混凝土出现裂痕。
[0071]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。