一种内掺型混凝土密实增强剂及其制备方法与流程

本发明属于混凝土外加剂领域，具体涉及一种内掺型混凝土密实增强剂及其制备方法。

背景技术：

1、水泥基材料是世界范围内应用最广泛的建筑材料，也是国民经济增长的重要贡献部分。在我国交通强国战略的背景下，包括公路、地铁、隧道等大量的基础设施规划和建设，由于重大基础设施对于安全与寿命的要求，必须在建设阶段就考虑水泥基材料的耐久性。水泥基材料耐久性问题主要涉及到混凝土材料的劣化和钢筋的锈蚀劣化，主要过程是作为主要胶结材料的水泥水化硬化后，浆体内部处于碱性环境导致钢筋表面形成致密的氧化膜，防止钢筋锈蚀的发生。当有害气体、侵蚀溶液进入混凝土后，侵蚀水泥基材料基体或降低混凝土内部ph值，均会破坏钢筋表面的钝化膜。因此，通过密实水泥基材料的微结构提升混凝土耐久性最为重要的手段和方法。

2、密实的微结构表现在宏观性能上为强度提升和渗透率降低。通过外加剂方法提升水泥基材料微结构密实度的方法报道较少，缓凝剂可直接提升水泥基材料的微结构密实度，缓凝剂在水泥水化后期会大幅度提升水泥基材料的水化速率和水化程度，在宏观性能上会表现为显著提高后期强度，但添加缓凝剂会带来施工和开裂的问题。为了避免缓凝剂带来的延迟凝结的问题，包括醇胺、氯化钙在内的促凝技术匹配减水剂可加速水泥早期水化过程从而提升强度，但促凝技术被发现会导致混凝土后期强度的降低，另外常用的促凝剂含氯成分，会带来钢筋锈蚀等负面效应，醛类物质可加速水泥水化过程但其本身具有毒性。因此，可添加进入水泥基材料的化学外加剂促进水泥后期水化，增强水泥基材料微结构密实性，提升混凝土的强度的外加剂必须具有不引入额外的气体、不带来钢筋锈蚀的问题、不具有化学毒性的特性才能在水泥基材料中使用。

3、水泥水化过程达到峰值后速率降低，其控制机理主要是由不同产物搭接后影响了水化的传输导致的，加速水泥水化后期反应，需要减小水泥水化前期产生的水化产物密度，提升水泥水化后期水化速率。

技术实现思路

1、针对增强剂引入额外的气体、带来钢筋锈蚀的问题以及具有化学毒性的应用缺陷，本发明提供了一种内掺型混凝土密实增强剂及其制备方法。

2、本发明采用复配方法，进行水泥基材料早期水化产物密度调控，提升水泥水化后期速率，实现微结构密实和强度提升。采用多组分复合的方法，一方面抑制高密度水化硅酸钙并诱导非静态氢氧化钙的生成，从而提升了水化后期水分传输进入未水化区域的效率，另一方面通过化学成分增加水泥矿物的溶解速率，提升了化学反应过程中的反应物的数量，最终提升了水泥基材料的水化程度，单位时间内生成了更多的水化产物，密实水化产物堆积并提升强度，实现了水泥基材料微结构的调控和耐久性能的有效提升。

3、为实现上述目的，本发明提供了一种内掺型混凝土密实增强剂，该增强剂由水化产物生长改性组分、加速水泥矿物溶解组分及晶体抑制生长组分按质量比1:1:1经由物理化学反应得到；

4、所述水化产物生长改性组分为醇胺，其质量为混凝土中水泥质量的0.01％-0.03％；

5、所述加速水泥矿物溶解组分为聚乙烯胺，其质量为混凝土中水泥质量的0.01％-0.03％；

6、所述晶体抑制生长组分为糖类水分散溶液，其质量为混凝土中水泥质量的0.01％-0.03％；

7、所述糖类水分散溶液中的糖类与醇胺的质量比为1：1～1：10。

8、进一步地，本发明所述糖类为含半缩醛羟基的单糖。

9、进一步地，本发明所述醇胺选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中任意一种以上混合。

10、进一步地，本发明所述聚乙烯胺的通式如下所示：-[ch2-ch2-nh]x-，其中x的值为1、2或3。

11、进一步地，本发明所述糖类水分散溶液中的糖类具体选自d-吡喃葡萄糖、d-吡喃半乳糖、d-吡喃甘露糖、l-吡喃鼠李糖、l-吡喃阿拉伯糖、d-吡喃阿洛糖、d-吡喃阿卓糖中任意一种以上混合。

12、本发明还提供了上述一种内掺型混凝土密实增强剂的制备方法，包括：首先由糖类与醇胺在溶剂中反应，在温度为40-70℃的条件下反应24小时，反应结束后通过蒸馏的方法去除溶剂得到初级反应物，之后将初级反应物与聚乙烯胺在水溶液中均匀混合即得到本发明所述内掺型混凝土密实增强剂。

13、所述溶剂为水、甲苯、乙醇溶剂中的一种；

14、所述初级反应物与聚乙烯胺的质量比为1：1～1：10。

15、本发明所述增强剂可加入到任何水泥基材料中，包括水泥混凝土、水泥砂浆纯水泥制品等。本发明所述内掺型混凝土密实增强剂掺入混凝土中时的掺入量为胶凝材料质量的0.01％-1.0％。本发明的目的是为了加快水泥后期反应速率，促进水化产物的生成，提升强度和微结构的密实度，进而提升水泥基材料耐久性能，延长混凝土材料与结构的服役寿命。

16、本发明的密实增强剂明显增强混凝土后期水化速率，提升混凝土强度，增强剂不具有化学毒性、不引入气体，合成的原料无毒易得，合成方法易行可适用于工业化生产。

技术特征：

1.一种内掺型混凝土密实增强剂，其特征在于，该增强剂由水化产物生长改性组分、加速水泥矿物溶解组分及晶体抑制生长组分按质量比1:1:1经由物理化学反应得到；

2.根据权利要求1所述的一种内掺型混凝土密实增强剂，其特征在于，所述糖类为含半缩醛羟基的单糖。

3.根据权利要求1所述的一种内掺型混凝土密实增强剂，其特征在于，所述醇胺选自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中任意一种以上混合。

4.根据权利要求1所述的一种内掺型混凝土密实增强剂，其特征在于，所述聚乙烯胺的通式如下所示：-[ch2-ch2-nh]x-，其中x的值为1、2或3。

5.根据权利要求2所述的一种内掺型混凝土密实增强剂，其特征在于，所述糖类水分散溶液中的糖类具体选自d-吡喃葡萄糖、d-吡喃半乳糖、d-吡喃甘露糖、l-吡喃鼠李糖、l-吡喃阿拉伯糖、d-吡喃阿洛糖、d-吡喃阿卓糖中任意一种以上混合。

6.一种权利要求1至5任一项所述内掺型混凝土密实增强剂的制备方法，其特征在于，包括：首先由糖类与醇胺在溶剂中反应，在温度为40-70℃的条件下反应24小时，反应结束后通过蒸馏的方法去除溶剂得到初级反应物，之后将初级反应物与聚乙烯胺在水溶液中均匀混合即得到所述内掺型混凝土密实增强剂。

7.根据权利要求6所述的一种内掺型混凝土密实增强剂的制备方法，其特征在于，所述初级反应物与聚乙烯胺的质量比为1：1～1：10。

8.根据权利要求7所述的一种内掺型混凝土密实增强剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、甲苯、乙醇溶剂中的一种。

9.一种权利要求1至5任一项所述内掺型混凝土密实增强剂的应用方法，其特征在于，所述增强剂用于水泥基材料中。

10.根据权利要求9所述的一种内掺型混凝土密实增强剂的应用方法，其特征在于，所述内掺型混凝土密实增强剂用于混凝土中时，掺入混凝土中时的掺入量为胶凝材料质量的0.01％-1.0％。

技术总结
本发明公开了一种内掺型混凝土密实增强剂及其制备方法。本发明所述内掺型混凝土密实增强剂由水化产物生长改性组分、加速水泥矿物溶解组分及晶体抑制生长组分按质量比1:1:1经由物理化学反应得到，所述水化产物生长改性组分为醇胺，所述加速水泥矿物溶解组分为聚乙烯胺，所述晶体抑制生长组分为糖类水分散溶液。本发明采用多组分复配方法，进行水泥基材料早期水化产物密度调控，提升水泥水化后期速率，实现微结构密实和强度提升。

技术研发人员：张浩,穆松,蔡景顺,周莹,马麒,刘凯,刘光严,郭政,王涛,刘建忠,洪锦祥
受保护的技术使用者：江苏苏博特新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24