一種水泥水化調(diào)控材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及混凝±外加劑領(lǐng)域，具體設(shè)及一種水泥水化調(diào)控材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水泥水化會(huì)放出大量的熱，當(dāng)混凝±中水泥水化所放出的熱量來(lái)不及散出時(shí)，混 凝±內(nèi)部溫度就會(huì)升高，后期水化停止，混凝±溫度又會(huì)降至環(huán)境溫度;運(yùn)種溫度變化會(huì)引 起混凝±體積變化，在受約束的條件下，當(dāng)溫度變形形成的拉應(yīng)力超過(guò)混凝±抗拉強(qiáng)度時(shí)， 就會(huì)導(dǎo)致溫度裂縫的形成。
[0003] 為了減少溫度裂縫，則必須的降低混凝±溫升。結(jié)構(gòu)尺寸、施工工況、外部環(huán)境一 定的情況下，要降低混凝±結(jié)構(gòu)溫升則需要調(diào)控水泥的水化過(guò)程，盡量降低水泥加速期的 水化速度，使得水泥水化所產(chǎn)生的熱量更分散，進(jìn)而避免熱量累積，降低溫升。
[0004] 目前在混凝±工業(yè)中已經(jīng)有大量的化合物用于控制水泥的水化。
[0005] 第一類(lèi)為加速水泥水化的早強(qiáng)劑，例如CN200710190542.X，其成分主要為無(wú)機(jī)鹽 類(lèi)與有機(jī)物類(lèi)早強(qiáng)組分復(fù)配而成，包括:無(wú)機(jī)組分如硫酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽中的 至少巧中，有機(jī)組分如甲酸巧、乙酸鋼、草酸巧、Ξ乙醇胺、Ξ異丙醇胺W及尿素中的一種。
[0006] 第二類(lèi)為推遲水泥凝結(jié)的緩凝劑，如1)糖類(lèi)：葡萄糖，葡萄糖酸，葡萄糖酸鋼(巧 鹽），葡萄糖，薦糖;2)徑基酸及其鹽:酒石酸，酒石酸鐘(巧），巧樣酸，巧樣酸鹽等;3) ;3)多 徑基化合物:丙Ξ醇、山梨醇、甘露醇等。
[0007] 然而W上第二類(lèi)化合物主要是延長(zhǎng)水泥水化誘導(dǎo)期，但對(duì)水泥水化的加速期及減 速期幾乎沒(méi)有影響，因此其不能解決水泥水化集中放熱的問(wèn)題。
[000引【EP1233008A1】公開(kāi)了一種含有糊精的膨脹劑材料，采用市售無(wú)任何改性處理、冷 水溶解度低于70 %糊精用于抑制水化熱，公開(kāi)的結(jié)果顯示其使得混凝±溫度僅降低了 rC。
[0009] 【CN201410010473】公開(kāi)了一種水化調(diào)控材料及其制備方法與應(yīng)用：其使用的表面 交聯(lián)劑糊精，結(jié)果顯示交聯(lián)后效果有一定的提升，但效果還存不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種水泥水化速率調(diào)控材料，該材料 能夠直接調(diào)控水泥的水化過(guò)程，在不影響水泥最終總放熱量的前提下，使得水泥水化放熱 均分在更長(zhǎng)的時(shí)間，減少水化集中放熱，從而降低混凝±溫升的目的。
[0011] 本發(fā)明所述水泥水化調(diào)控材料，其為醋化取代的糖醇或者糖類(lèi)物質(zhì)。即糖醇或者 糖類(lèi)物質(zhì)自身徑基，與醋化試劑反應(yīng)，得到的衍生物。
[0012] 所述的糖醇選自木糖醇、山梨醇、甘露醇、麥芽糖醇中的任意一種W上W任意比例 混合；
[0013] 所述的糖類(lèi)物質(zhì)選自葡萄糖、麥芽糖、薦糖、果糖中的任意一種W任意比例混合；
[0014] 所述的醋化試劑選自酸酢類(lèi)醋化試劑或酸類(lèi)醋化試劑：酸酢類(lèi)醋化試劑為甲酸 酢、乙酸酢、丙酸酢、下酸酢、馬來(lái)酸酢和/或碳原子數(shù)目8-14的締基-班巧酸酢;酸類(lèi)醋化試 劑選自下酸和/或己酸。
[0015] 作為優(yōu)選，所述的醋化試劑為碳原子數(shù)小于4的脂肪酸或酸酢。
[0016] 為了提高本發(fā)明產(chǎn)物的水泥水化調(diào)控性能，需嚴(yán)格控制所述水泥水化調(diào)控材料的 醋化取代度數(shù)目，否則易導(dǎo)致緩凝;所述醋化取代度的數(shù)目需大于等于1，所述醋化取代度 是指糖醇或糖徑基醋化反應(yīng)的數(shù)目。
[0017] 作為優(yōu)選，所述水泥水化調(diào)控材料的醋化取代度數(shù)目大于等于2。
[0018] 再優(yōu)選，所述水泥水化調(diào)控材料的醋化取代度數(shù)目大于等于3。
[0019] 最優(yōu)選，所述水泥水化調(diào)控材料的醋化取代度數(shù)目大于等于4。
[0020] 醋化取代度的控制通過(guò)糖醇/或糖類(lèi)物質(zhì)與醋化試劑的的摩爾濃度比來(lái)控制，為 了保證反應(yīng)程度，醋化試劑稍過(guò)量進(jìn)行投料。
[0021] 本發(fā)明所述水泥水化調(diào)控材料的制備方法:將糖醇和/或糖類(lèi)物質(zhì)加入水中，調(diào)節(jié) 抑在8-9范圍內(nèi)，加入酸酢類(lèi)醋化試劑，在30°C條件下反應(yīng)化，中和至中性，即得到所述水泥 水化調(diào)控材料。
[0022] 本發(fā)明所述水泥水化調(diào)控材料的制備方法:將糖醇和/或糖類(lèi)物質(zhì)加入甲苯中，加 入酸類(lèi)醋化試劑和對(duì)甲基苯橫酸，升溫至130°C反應(yīng)15小時(shí)，期間用分水器分離出生成的 水，有利于提高醋化程度，反應(yīng)結(jié)束后所得液體用水萃取，即得到所述的水化調(diào)控材料。
[0023] 醋化的方法可多樣而不受限制，可參考化學(xué)領(lǐng)域的方法，如在甲苯介質(zhì)中，對(duì)甲基 苯橫酸催化酸與醇發(fā)生反應(yīng)形成醋;堿性條件下酸酢與醇醋化;堿性條件下醋與醇進(jìn)行醋 交換反應(yīng)。醋化方法的不同對(duì)所述水化調(diào)控材料的性能沒(méi)有影響。
[0024] 本發(fā)明所述水泥水化調(diào)控材料在混凝±中的應(yīng)用:該水泥水化調(diào)控材料的滲量為 膠凝材料質(zhì)量的0.02-1 %，優(yōu)選0.05-0.5%，更優(yōu)選0.08-0.2%。
[0025] 本發(fā)明提供的水泥水化調(diào)控材料工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，且水化調(diào)控性能更強(qiáng)，應(yīng)用 時(shí)產(chǎn)量更低。
[0026] 本發(fā)明提供的水泥水化調(diào)控材料，是在傳統(tǒng)有機(jī)糖醇/糖類(lèi)緩凝劑基礎(chǔ)上進(jìn)行醋 化改性得到的新型化合物;本發(fā)明提供的水泥水化調(diào)控材料對(duì)水化的凝結(jié)時(shí)間(誘導(dǎo)期)影 響較小甚至沒(méi)有影響，但卻能大幅的降低加速期及減速期的水化速率，進(jìn)而降低混凝±溫 升；而傳統(tǒng)小分子緩凝劑主要是延長(zhǎng)水泥凝結(jié)時(shí)間（水化誘導(dǎo)期），而對(duì)水泥水化加速期及 減速期的水化速率基本無(wú)影響。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1:為對(duì)比例5的傳統(tǒng)緩凝劑與實(shí)施例11所得水泥水化調(diào)控材料對(duì)水泥水化影響 示意圖。說(shuō)明本發(fā)明僅只調(diào)控水泥水化，沒(méi)有降低水化熱，與緩凝劑明顯不同，一個(gè)是往后 平移，一個(gè)是把峰值壓低。
【具體實(shí)施方式】
[00%]下述實(shí)施例中，使用混凝±配合比如表1所示，其中水泥使用小野田52.5水泥，一 級(jí)粉煤灰，細(xì)集料為河沙，表觀密度2.63g/cm3，細(xì)度模數(shù)為2.60;粗集料為5~20mm連續(xù)極 配碎石?；炷揽箟簭?qiáng)度參照GB/T50081-2002《普通混凝±力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行； 混凝±凝結(jié)時(shí)間參照GB/T50080-2002《普通混凝±拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行；
[0029] 下述實(shí)施例中，水泥水化放熱過(guò)程監(jiān)測(cè)采用美國(guó)ΤΑ公司ΤΑΜ AIR等溫量熱儀，測(cè)試 溫度為20°C，測(cè)試試件為凈漿，水膠比為0.4,水泥水化速率調(diào)控材料的添加百分比相對(duì)于 膠材的質(zhì)量，（且W100%固體折算）。^最大放熱速率峰值降低幅度作為本發(fā)明抗裂材料性 能的判定標(biāo)準(zhǔn)，相同條件下放熱速率峰值降低幅度越大則表明水泥水化速率調(diào)控材料性能 越好，更能避免水泥水化的集中放熱。
[0030] 混凝±絕熱溫升使用舟山市博遠(yuǎn)科技開(kāi)發(fā)有限公司BY-ATC/JR型絕熱溫升儀器。 實(shí)施例中無(wú)特別說(shuō)明，絕熱溫升測(cè)試時(shí)初始溫度為15Γ。
[0031 ] 表1混凝±基礎(chǔ)配合比化g/m3)
[0032]

[0033] 實(shí)施例1
[0034] lOOg葡萄糖(0.56mol)加入至化00ml水中，添加 NaOH調(diào)節(jié)體系抑在8-9范圍內(nèi)，緩慢 加入lOOg下酸酢(0.63mol)，并用NaOH控制體系抑維持在8-9范圍內(nèi)，在30°C條件下反應(yīng)化， 中和至中性，得到含有水化調(diào)控材料的溶液。
[0035] 實(shí)施例2
[0036] lOOg葡萄糖(0.56mol)加入至化00ml水中，添加 NaOH調(diào)節(jié)體系抑在8-9范圍內(nèi)，緩慢 加入200g下酸酢（1.27mol)，并用NaOH控制體系抑維持在8-9范圍內(nèi)，在30°C條件下反應(yīng)化， 中和至中性，得到含有水化調(diào)控材料的溶液。
[0037] 實(shí)施例3
[003引lOOg葡萄糖(0.56mol)加入至化00ml水中，添加 NaOH調(diào)節(jié)體系抑在8-9范圍內(nèi)，緩慢 加入300g下酸酢（1.9mol)，并用化0H控制體系pH維持在8-9范圍內(nèi)，在30°C條件下反應(yīng)化， 中和至中性，得到含有水化調(diào)控材料的溶液。
[0039] 實(shí)施例4
[0040] lOOg葡萄糖(0.56mol)加入至化00ml水中，添加 NaOH調(diào)節(jié)體系抑在8-9范圍內(nèi)，緩慢 加入400g下酸酢(2.53mol)，并用NaOH控制體系抑維持在8-9范圍內(nèi)，在30°C條件下反應(yīng)化， 中和至中性，得到含有水化調(diào)控材料的溶液。
[0041 ] 對(duì)比例1
[0042 ]不添加任何外加劑的凈漿、混凝±。
[0043] 對(duì)比例2
[0044] 葡萄糖與下酸酢1:1混合物。
[0045] 對(duì)比例3
[0046] 葡萄糖與下酸酢1:2混合物。
[0047] 對(duì)比例4
[004引葡萄糖與下酸酢1:3混合物。
[0049] 對(duì)比例5
[0050]葡萄糖與下酸酢1:4混合物。
[0化1] 對(duì)比例6
[0052]【〔肥01410009447】公開(kāi)的結(jié)果0.2%滲量，水化最大速率峰值降低62.4%。
[0化3] 表2 [0化4]

[0055]表中數(shù)據(jù)可W看出隨著取代度的增加，產(chǎn)品對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響減小，但水化調(diào)控 能力提升，而對(duì)比例中非取代的葡萄糖，其僅表現(xiàn)為緩凝劑作用，即凝結(jié)時(shí)間大幅度延長(zhǎng)， 但水化放熱速率峰值降低不明顯。
[0056] 實(shí)施例5
[0057] lOOg木糖醇(0.66mol)加入到600ml水中，添加 NaOH調(diào)節(jié)體系抑在8-9范圍內(nèi)，緩慢 加入200g甲酸?。?.7mol)，并用化0H控制體系pH維持在8-9范圍內(nèi)，在30°C條件下反應(yīng)化， 中和至中性，得到含有水化調(diào)控材料的溶液。
[0化引實(shí)施例6
[0059] lOOg甘露醇(0.55mol)加入到600ml水中，添加 NaOH調(diào)節(jié)體系抑在8-9范圍內(nèi)，緩慢 加入180g乙酸酢（1.76mol)，并用NaOH控制體系抑維持在8-9范圍內(nèi)，在30°C條件下反應(yīng)化， 中和至中性，得到含有水化調(diào)控材料的溶液。
[0060] 實(shí)施例7
[oow] lOOg山梨醇(0.55mol)加入到600ml水中，添加 NaOH調(diào)節(jié)體系抑在8-9范圍內(nèi)，緩慢 加入150g丙酸酢（1.15mol)，并用NaOH控制體系抑維持在8-9范圍內(nèi)，在30°C條件下反應(yīng)化， 中和至中性，得到含有水化調(diào)控材料的溶液。
[0062] 實(shí)施例8
[0063] lOOg麥芽糖醇(0.29mol)加入到600ml水中，添加化OH調(diào)節(jié)體系抑在8-9范圍內(nèi)，緩 慢加入165g十二締基班巧酸酢(0.62mol)，并用化0H控制體系抑維持在8-9范圍內(nèi)，在30°C 條件下反應(yīng)化，中和至中性，得到含有水化調(diào)控材料的溶液。
[0064] 實(shí)施例9
[0065] lOOg薦糖(0.3mol)加入到600ml水中，添加化2C〇3調(diào)節(jié)體系pH在8-9范圍內(nèi)，緩慢加 入30g醋酸乙締醋（0.36mol)，并用化0H控制體系pH維持在8-9范圍內(nèi)，在30°C條件下反應(yīng) 2h，中和至中性，得到含有水化調(diào)控材料的溶液。
[0066] 實(shí)施例10
[0067] lOOg麥芽糖（0.28mol)，加入到500ml甲苯，加入lOOg丙酸（1.35mol)，1.5g對(duì)甲基 苯橫酸，升溫至130°C反應(yīng)15小時(shí)，期間用分水器分離出生成的水，有利于提高醋化程度，反 應(yīng)結(jié)束后液體用水萃取得到所需要的水化調(diào)控材料水溶液。
[006引實(shí)施例11
[0069] 1 OOg麥芽糖(0.28mo 1)，加入到500ml甲苯，加入60g下酸(0.68mo 1)，1.5g對(duì)甲基苯 橫酸，升溫至130°C反應(yīng)15小時(shí)，期間用分水器分離出生成的水，有利于提高醋化程度，反應(yīng) 結(jié)束后液體用水萃取得到所需要的水化調(diào)控材料水溶液。
[0070] 表 3
[0071]

[0072] 表中可W看出隨著相比低取代度的產(chǎn)品，高取代度產(chǎn)品滲量更低，但水化最大放 熱速率峰值降幅更大，凝結(jié)時(shí)間影響也更小。
[0073] 從實(shí)施例中可W看出，醋化方法不同，不會(huì)帶來(lái)太大性能差異。
[0074] 產(chǎn)品的調(diào)控能力性能，主要就是靠水化最大速率峰值降幅來(lái)判斷，降幅越大就說(shuō) 明越能調(diào)控水化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水泥水化調(diào)控材料，其特征在于，其為酯化取代的糖醇或者糖類(lèi)物質(zhì)；即糖醇或 者糖類(lèi)物質(zhì)自身羥基，與酯化試劑反應(yīng)，得到的衍生物； 所述的糖醇選自木糖醇、山梨醇、甘露醇、麥芽糖醇中的任意一種以上以任意比例混 合； 所述的糖類(lèi)物質(zhì)選自葡萄糖、麥芽糖、蔗糖、果糖中的任意一種以任意比例混合； 所述的酯化試劑選自酸酐類(lèi)酯化試劑或酸類(lèi)酯化試劑：酸酐類(lèi)酯化試劑為甲酸酐、乙 酸酐、丙酸酐、丁酸酐、馬來(lái)酸酐和/或碳原子數(shù)目8-14的烯基-琥珀酸酐;酸類(lèi)酯化試劑選 自丁酸和/或己酸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥水化調(diào)控材料，其特征在于，所述的酯化試劑為碳原子數(shù) 小于4的脂肪酸或酸酐。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥水化調(diào)控材料，其特征在于，所述水泥水化調(diào)控材料的酯 化取代度數(shù)目，需大于等于1，所述酯化取代度是指糖醇或糖羥基酯化反應(yīng)的數(shù)目。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥水化調(diào)控材料，其特征在于，所述水泥水化調(diào)控材料的酯 化取代度數(shù)目大于等于2。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥水化調(diào)控材料，其特征在于，所述水泥水化調(diào)控材料的酯 化取代度數(shù)目大于等于3。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥水化調(diào)控材料，其特征在于，所述水泥水化調(diào)控材料的酯 化取代度數(shù)目大于等于4。7. 權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述水泥水化調(diào)控材料的制備方法，其特征在于，步驟如 下:將糖醇和/或糖類(lèi)物質(zhì)加入水中，調(diào)節(jié)pH在8-9范圍內(nèi)，加入酸酐類(lèi)酯化試劑，在30°C條 件下反應(yīng)2h，中和至中性，即得到所述水泥水化調(diào)控材料。8. 權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述水泥水化調(diào)控材料的制備方法，其特征在于，步驟如 下:將糖醇和/或糖類(lèi)物質(zhì)加入甲苯中，加入酸類(lèi)酯化試劑和對(duì)甲基苯磺酸，升溫至130°C反 應(yīng)15小時(shí)，期間用分水器分離出生成的水，有利于提高酯化程度，反應(yīng)結(jié)束后所得液體用水 萃取，即得到所述的水化調(diào)控材料。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水泥水化速率調(diào)控材料，為酯化取代的糖醇或者糖類(lèi)物質(zhì)。即糖醇或者糖類(lèi)物質(zhì)自身羥基，與酯化試劑反應(yīng)，得到的衍生物。該材料能夠直接調(diào)控水泥的水化過(guò)程，在不影響水泥最終總放熱量的前提下，使得水泥水化放熱均分在更長(zhǎng)的時(shí)間，減少水化集中放熱，從而降低混凝土溫升的目的。
【IPC分類(lèi)】C04B24/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105712647
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610045923
【發(fā)明人】王文彬, 李磊, 張小磊, 李全龍, 王偉, 田倩
【申請(qǐng)人】江蘇蘇博特新材料股份有限公司, 博特建材（天津）有限公司