一种提高低热水泥早期强度的外加剂

本发明涉及外加剂，特别是涉及一种提高低热水泥早期强度的外加剂。

背景技术：

1、不同于传统以硅酸三钙(c3s)为主要矿物相的硅酸盐水泥，低热硅酸盐水泥(low-heat portland cement，简称低热水泥)以硅酸二钙(c2s)为主要矿物相，根据gb/t 200-2017《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥》规定，其c2s≥40％，c3a≤6％；由于其后期力学性能好，耐久性能优异，被广泛应用于大体积混凝土工程中。但是正由于低热水泥的矿物相组成特点，其一直面临早期强度低的问题，这限制了低热水泥的推广应用。

2、国内外学者对于提高低热水泥早期强度的研究已有了一定的研究成果。主要的方式是活化c2s，活化的方式包括离子掺杂和快速冷却。离子掺杂是指通过引入适量的杂质离子，使其晶体结构发生一定程度的畸变，从而形成更多易受质子攻击的活性点位，激发c2s的活性，但由于工业生产用原材料成分复杂，很难实现实际应用。快速冷却是通过快速降温减少贝利特矿物在冷却过程中的晶型转变，使其保持较高活性的高温晶型，但在实际应用中，快速冷却装置控制难度大，熟料生产成本高。

3、水泥外加剂是一种提高水泥早期强度常用的方法，在普通硅酸盐水泥中应用广泛，但在低热硅酸盐水泥(低热水泥)中应用严重不足。原因在于低热水泥通常应用在水力发电站大坝，因此，需要控制早期的绝热温升，常用的水泥外加剂在提升早期强度的同时通常会带来内部放热量的增加，限制了外加剂在低热水泥中的应用；其次，外加剂的使用成本也是限制其应用的一大原因。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种提高低热水泥早期强度的外加剂，以解决上述现有技术存在的问题。本发明针对低热水泥矿物相组成的特点，开发了一种可以提高低热水泥早期强度且不增加水化热的外加剂；通过复掺醇胺、仙人掌提取液和糖醇等可溶性化合物，在掺量很小的情况下就可以提升低热水泥的早期和后期强度，因此，可以节省外加剂的使用成本，对于低热水泥进一步推广和实际应用具有重要意义。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明的技术方案之一：一种提高低热水泥早期强度的外加剂，包括以下质量份数的组分：醇胺25～35份、纳米晶种材料15～20份、仙人掌提取液5～10份、多元糖醇10份、分散剂5份、消泡剂5份和水15～35份。

4、进一步地，所述醇胺包括三元醇胺。

5、进一步地，所述三元醇胺包括二乙醇单异丙醇胺或单乙醇二异丙醇胺。

6、二乙醇单异丙醇胺和单乙醇二异丙醇胺，对铁相具有很好络合增溶效果，并且兼顾了三乙醇胺和三异丙醇胺的优点，对水泥早期和后期强度均有提升。

7、进一步地，所述纳米晶种材料包括纳米水化硅酸钙(纳米c-s-h)。

8、进一步地，所述多元糖醇包括阿拉伯糖醇或甘露醇。

9、进一步地，所述分散剂包括聚合物分散剂；所述消泡剂包括有机硅消泡剂。

10、更进一步，所述仙人掌提取液的制备方法，包括以下步骤：

11、将仙人掌粉碎后加水(仙人掌和水的质量比为1:3)，常温浸提3h后抽滤，滤液蒸发浓缩，得到所述仙人掌提取液。

12、纳米水化硅酸钙(纳米c-s-h)可以改变水化产物成核位置，降低成核势垒，为c-s-h凝胶提供了更多的成核位点，促进c-s-h的生成，并且仙人掌提取液中的果胶成分能够络合ca2+，进一步促进c-s-h，进而可以提升早期的c-s-h生成量，提升水泥的早期强度。并且仙人掌提取液中的果胶能够络合ca2+，促进ca(oh)2的生成，三元醇胺能促进无定形ca(oh)2的形成，ca(oh)2和无定形ca(oh)2的生成量增加，水泥的强度也随之增加。同时，仙人掌提取液中的-coo-基团通过络合水泥浆体中的ca2+形成交联的三维网状结构，使得结构更为致密，三元醇胺对铁相具有很好的络合增溶效应，能够促进钙矾石的生成，使水泥的强度得到进一步提升。多元糖醇中含有的苏氨酸二羟基官能团对水泥颗粒具有吸附作用，使其能有效延缓水泥水化诱导期，控制水化热的同时避免水化过快引起结构缺陷。

13、三元醇胺的主要作用是促进c4af水化，仙人掌提取液和纳米c-s-h主要促进硅酸盐相水化，这会导致3d的放热量大幅度增加，所以加入糖醇可以起到延缓水化诱导期的作用，同时可以降低放热量(醇胺、仙人掌提取液和纳米c-s-h都是促进水化进程的，糖醇能一定延缓水化速度，这样就能达到提高早强又不增加水化热的目的)。

14、本发明的技术方案之二：一种上述外加剂的制备方法，包括以下步骤：

15、在水中加入除纳米晶种材料和分散剂以外的组分溶解，然后加入纳米晶种材料和分散剂，搅拌均匀，静置得到所述外加剂。

16、进一步地，所述搅拌的时间为10～15min。

17、本发明的技术方案之三：一种上述外加剂在低热水泥制备中的应用。

18、更进一步地，所述外加剂的掺加量为低热水泥质量的0.0225～0.5wt.％。

19、本发明公开了以下技术效果：

20、(1)本发明的外加剂中含有的醇胺、纳米晶种材料、仙人掌提取液和多元糖醇等组分，能够有效提高低热水泥3d和28d的强度，同时不增加早期的水化放热量。

21、(2)本发明的外加剂能够提高低热水泥早期强度且不增加水化热。

22、(3)本发明外加剂中的糖醇含有苏氨酸二羟基官能团，该官能团具有亲水性，可以吸附在水泥颗粒表面，减少水与水泥颗粒的接触，延长了水泥诱导期，进而降低了放热。

技术特征：

1.一种提高低热水泥早期强度的外加剂，其特征在于，包括以下质量份数的组分：醇胺25～35份、纳米晶种材料15～20份、仙人掌提取液5～10份、多元糖醇10份、分散剂5份和消泡剂5份。

2.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，所述醇胺包括三元醇胺。

3.根据权利要求2所述的外加剂，其特征在于，所述三元醇胺包括二乙醇单异丙醇胺或单乙醇二异丙醇胺。

4.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，所述纳米晶种材料包括纳米水化硅酸钙。

5.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，所述多元糖醇包括阿拉伯糖醇或甘露醇中。

6.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，所述分散剂包括聚合物分散剂；所述消泡剂包括有机硅消泡剂；

7.一种权利要求1～6任一项所述的外加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间为10～15min。

9.一种权利要求1～6任一项所述的外加剂在低热水泥制备中的应用。

技术总结
本发明公开了一种提高低热水泥早期强度的外加剂，属于外加剂技术领域。本发明的外加剂，包括以下质量份数的组分：醇胺25～35份、纳米晶种材料15～20份、仙人掌提取液5～10份、多元糖醇10份、分散剂5份和消泡剂5份。本发明的外加剂中含有的醇胺、纳米晶种材料、仙人掌提取液和多元糖醇等组分，能够有效提高低热水泥3d和28d的强度，同时不增加早期的水化放热量。

技术研发人员：王剑锋,万昊,王亚丽,崔素萍,王敏,黄文,安玉民,王雷,张银华
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11