專利名稱：含有氨基磺酸鹽減水劑的水泥基灌漿材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑材料及其制備方法，尤其涉及一種含有特殊種類氨基磺酸類減水劑的水泥基灌漿材料及其制備方法。
背景技術：
混凝土結構因其脆性大，在工程應用中往往會發生開裂現象，而混凝土開裂又會導致混凝土結構水密性下降、滲漏，進而影響工程的使用壽命。因而在施工和使用階段，許多工程如水利、鐵路、公路、橋梁等不可避免地需要灌漿材料對裂縫進行修補與加固。而許多大型儀器的安裝也需要用高性能灌漿材料灌注地腳螺栓和機器底座或鋼結構與基礎的結合部位等。常用的混凝土裂縫修補與加固的灌漿材料很多，從材料類型來分，主要有化學灌漿材料和水泥基灌漿材料兩大類。化學灌漿材料具有顆粒細、強度高、粘度低，以及流動性、 穩定性和可灌性好，膠凝或固化時間能按工程需要進行調節等優點，但它成本高、運輸和貯存不便、施工工藝復雜，大多具有不同程度的毒性，包括刺激性、腐蝕性、致敏性及易燃易爆等缺點，同時，因試驗、施工操作和排放廢棄料等引起環境污染以及對地下水的污染，化學灌漿材料的應用也越來越受到限制。水泥基水泥灌漿材料具有使用方便、強度高、耐久性好、無污染、成本低、來源廣等特點，因而，越來越得到了廣泛的使用。但普通水泥基灌漿材料顆粒較粗，漿液的穩定性差、易沉淀析水，且硬化時有體積收縮。此外，基礎加固灌漿以后，漿體具有一定的收縮，容易再次開裂。因此，本領域技術人員近年來致力于通過添加外加劑等途徑來克服水泥基灌漿材料的上述缺陷。其中，常用的水泥外加劑，也即混凝土外加劑例如減水劑的加入有助于改善上述缺陷，但是，仍然有再提高的必要性，尤其是冬季嚴寒條件下水泥基灌漿材料強度的提高一直是本領域人員想要解決又很難解決的問題。減水劑又稱為分散劑或塑化劑，由于使用時可使新拌混凝土的用水量減小，因此而得名。在現代混凝土技術領域里，減水劑是改善混凝土流變性能的外加劑之一，已被當作混凝土除水泥、砂、石和水之外的第五組份。選擇恰當的減水劑，不僅可以改善混凝土的流變性能，而且也可以使得混凝土 /水泥中的用水量減少，進而提高混凝土 /水泥固化后的強度，減小泌水率。常見的減水劑主要有木質素環酸鹽系、萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸鹽系和聚羧酸系等。20世紀30年代到60年代是普通減水劑的應用和發展時期，早期使用的減水劑主要為松香酸鈉、木質素磺酸鈉、硬脂酸鹽等有機化合物，其主要是用于改善混凝土的施工性， 解決混凝土路面的抗凍融等耐久性問題。但是，隨著施工要求的不斷提高，這些早期的減水劑的減水效果已經不能滿足現代工程建設的需要。從1962年日本首先開發萘磺酸甲醛縮合物高效減水劑和1964年西德開發三聚氰胺系高效減水劑以來，進入了高效減水劑的開發與應用時期，有利地推動了混凝土技術的發展，這兩個系列高效減水劑的突出特點是減水率高，水泥分散效果好，其主要作用是大幅度降低單位用水量或單位水泥用量，用于配制高強、超高強、高耐久性混凝土，但其致命缺點是坍落度損失大，制備過程中甲醛揮發對環境污染嚴重。而聚羧酸系高效減水劑摻混量低，但對混凝土(水泥)的分散性好，保坍性好，并且易改性，故其高性能化潛力大，被認為是高效減水劑的換代產品，但其成本較高，因此應用受到一定的局限性。氨基磺酸系減水劑也被認為是一類高效減水劑，而且其成本相對于聚羧酸系減水劑低，因此，也被廣泛應用。但是，傳統的氨基磺酸系減水劑生產過程中需要消耗大量的熱能，或者反之容易引起爆聚，因此工業氨基磺酸系減水劑的生產造成了嚴重的環境污染或者存在由于反應原料發生爆聚引起的安全隱患。
發明內容
本發明為了克服現有技術中的上述不足，提供了一種新型的減水劑，該減水劑環保、坍落度損失小、減水率高，并且制備工藝簡單，成本低廉，尤其是反應過程中無需提供外加熱源，從而大大節約了能源，減小了環境污染。進一步地，本發明提供一種含有該減水劑的水泥基灌漿材料及其制備方法，該灌漿材料強度高，泌水率低。本發明的含有氨基磺酸鹽減水劑的水泥基灌漿材料按重量份數包含水泥熟料 350 500，粉煤灰80 130，膨脹劑20 30，石膏80 120，pH值調節劑1 2，氨基磺酸鹽減水劑8 15，石英砂300 500，其中所述氨基磺酸鹽減水劑由下述原料按下述重量比例制備而成苯酚氫氧化鈉甲醛氨基磺酸對氨基苯磺酸為15 25 9 13 20 3 20 35 10 15。優選地，所述水泥熟料的重量份數為380 420，所述減水劑的重量份數為9 11。優選地，所述水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料。優選地，所述膨脹劑包含硫鋁酸鹽，進一步優選地，所述膨脹劑為硫鋁酸鹽，更優選為硫鋁酸鈣。優選地，所述PH值調節劑為硼酸與三聚磷酸鈉按照12的比例得到的混配物。優選地，所述石英砂包含粗石英砂、中石英砂和細石英砂三種級分，三種級分的用量比為45 60 35 50 10 20，其中粗石英砂的粒徑范圍為> 3mm 5mm，中石英砂的粒徑范圍為2 3mm，細石英砂的粒徑范圍為> Omm 2mm。本發明人意料不到地發現， 按照將滿足上述限定的三種石英砂配合使用可以進一步提高混凝土的強度，降低泌水率。優選地，本發明所述氨基磺酸鹽減水劑由下述原料按下述比例制備而成苯酚 氫氧化鈉甲醛氨基磺酸對氨基苯磺酸為18 21 9 10 觀 31 28 31 10 12。本發明另外提供一種含有氨基磺酸鹽減水劑的水泥基灌漿材料的制備方法，其中包括將下述原料按照如下重量份數混合均勻的步驟水泥熟料350 500，粉煤灰80 130，膨脹劑20 30，石膏80 120，pH值調節劑1 2，氨基磺酸鹽減水劑8 15，石英砂 300 400，其中所述氨基磺酸鹽減水劑由下述原料按下述重量比例制備而成苯酚氫氧化鈉甲醛氨基磺酸對氨基苯磺酸為15 25 9 13 20 3 20 35 10 15。所述氨基磺酸鹽減水劑的制備步驟包括將苯酚加入到氫氧化鈉水溶液中，攪拌均勻后加入氨基磺酸，繼續攪拌，到混合溶液均勻后加入部分甲醛，反應一段之間后加入對氨基苯磺酸，接著，將剩余甲醛加入，繼續反應得到液體產品。其中反應過程中無需外加熱源供熱，反應初期所需熱量來自反應后期放出的熱量循環得到。
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優選地，所述部分甲醛和所述剩余甲醛的加入都采用滴加的方式加入。優選地，初期加入的所述部分甲醛的量為所加甲醛總量的0. % 0. 4倍。優選地，所述部分甲醛的加入時間為5 15分鐘，所述剩余甲醛的加入時間為2 4個小時。優選地，所得液體產品可進一步干燥為固體，例如通過噴霧干燥。本發明出人意料地發現，用氨基磺酸與對氨基苯磺酸復配代替現有技術中的對氨基苯磺酸作為原料生產氨基磺酸鹽減水劑其生產過程中產生的熱量經回收，循環后能夠滿足反應初期所需的熱量要求，并且調節加料步驟和加料時間，能夠使得反應生成的熱量滿足自身需要，而且能夠使得反應過程順利進行，反應中不會發生爆聚和粘釜。另外，本發明人進一步發現，使用本發明的減水劑，可以使得水泥基灌漿材料使用過程中所需的水量減少20%以上，從而提高了所述水泥基灌漿材料凝固后的強度，降低了泌水率，尤其是改善了冬季施工后的性能。
具體實施例方式測試方法說明坍落度的測試方法用一個上口 100mm、下口 200mm、高300mm喇叭狀的坍落度桶， 灌入混凝土后搗實，然后拔起桶，混凝土因自重產生塌落現象，用桶高(300mm)減去塌落后混凝土最高點的高度，稱為塌落度，單位為mm。減水率按照GB8076-2008中規定的方法測試。抗壓強度按照GB/T 50448-2008測試；泌水率按照GB/T 50080第5. 1節的規定測
試ο制備實施例1將3000kg水和約300Kg的氫氧化鈉加入到反應釜中，攪拌均勻后加入600Kg苯酚，然后繼續攪拌均勻，加入1050Kg氨基磺酸，攪拌40分鐘，將300Kg甲醛滴加到反應體系中反應1小時左右，加入350Kg對氨基苯磺酸，接著將700Kg甲醛滴加到反應體系中，繼續反應半小時，得到液體產物。反應過程中無需提供外加熱量，僅將反應產生的熱量收集后通過循環管路返回到反應釜。經測量，其中所得縮合產物的分子量為6000左右。制備實施例2將3000kg水和約300Kg的氫氧化鈉加入到反應釜中，攪拌均勻后加入600Kg苯酚，然后繼續攪拌均勻，加入IOOOKg氨基磺酸，攪拌40分鐘，將300Kg甲醛滴加到反應體系中反應1小時左右，加入450Kg對氨基苯磺酸，接著將700Kg甲醛滴加到反應體系中，繼續反應半小時，得到液體產物。反應過程中無需提供外加熱量，僅將反應產生的熱量收集后通過循環管路返回到反應釜。經測量，其中所得縮合產物的分子量為6200左右。制備實施例3將3000kg水和約300Kg的氫氧化鈉加入到反應釜中，攪拌均勻后加入600Kg苯酚，然后繼續攪拌均勻，加入1050Kg氨基磺酸，攪拌40分鐘，將350Kg甲醛滴加到反應體系中反應1小時左右，加入350Kg對氨基苯磺酸，接著將600Kg甲醛滴加到反應體系中，繼續反應半小時，得到液體產物。反應過程中無需提供外加熱量，僅將反應產生的熱量收集后通過循環管路返回到反應釜。經測量，其中所得縮合產物的分子量為6100左右。制備對比例1
將3000kg水和約300Kg的氫氧化鈉加入到反應釜中，攪拌均勻后加入600Kg苯酚，然后繼續攪拌均勻，加入HOOKg對氨基苯磺酸，攪拌40分鐘，將IOOOKg甲醛滴加到反應體系中反應2小時左右，得到液體產物。反應過程中需提供外加熱量，才能使得反應得以順利進行。經測量，其中所得縮合產物的分子量為6000左右。制備對比例2將3000kg水和約300Kg的氫氧化鈉加入到反應釜中，攪拌均勻后加入600Kg苯酚，然后繼續攪拌均勻，加入1050Kg氨基磺酸和350Kg對氨基苯磺酸，攪拌1小時左右，將 IOOOKg甲醛滴加到反應體系中反應2小時左右，得到液體產物。反應過程中無需提供外加熱量，僅將反應產生的熱量收集后通過循環管路返回到反應釜。經測量，其中所得縮合產物的分子量為8000左右。制備對比例3將3000kg水和約300Kg的氫氧化鈉加入到反應釜中，攪拌均勻后加入600Kg苯酚，然后繼續攪拌均勻，加入1050Kg氨基磺酸和350Kg對氨基苯磺酸，攪拌1小時左右，將 IOOOKg甲醛一次性加入到反應體系中，很快發生爆聚。關于本發明減水劑的應用實施例為了說明本發明所述減水劑的效果，下表提供將本發明減水劑和對比例所述減水劑分別添加到拉法基水泥中，水泥性能的對比表。表1 將本發明減水劑和對比例所述減水劑分別添加到拉法基水泥中后的性能比較
權利要求
1.一種含有氨基磺酸鹽減水劑的水泥基灌漿材料，其按重量份數包含下述組分水泥熟料350 500，粉煤灰80 130，膨脹劑20 30，石膏80 120，pH值調節劑 1 2，氨基磺酸鹽減水劑8 15，石英砂300 500，其中所述氨基磺酸鹽減水劑由下述原料按下述重量比例制備而成苯酚氫氧化鈉甲醛氨基磺酸對氨基苯磺酸為15 25 9 13 20 3 20 ；35 10 15，優選地，所述水泥熟料的重量份數為380 420，所述減水劑的重量份數為9 11。
2.權利要求1所述的水泥基灌漿材料，其中所述水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料，優選地， 所述膨脹劑包含硫鋁酸鹽，進一步優選地，所述膨脹劑為硫鋁酸鹽，更優選為硫鋁酸鈣，以及優選地，所述PH值調節劑為硼酸與三聚磷酸鈉按照1 2的比例得到的混配物。
3.權利要求1或2所述的水泥基灌漿材料，其中所述氨基磺酸鹽減水劑由下述原料按下述重量比例制備而成18 21 9 10 28 31 28 31 10 12。
4.權利要求1-3任一項所述的水泥基灌漿材料，其中所述石英砂包含粗石英砂、中石英砂和細石英砂三種級分，三種級分的用量比為45 60 35 50 10 20，其中粗石英砂的粒徑范圍為> 3mm 5mm，中石英砂的粒徑范圍為2 3mm，細石英砂的粒徑范圍為 > Omm 2mm。
5.一種含有氨基磺酸鹽減水劑的水泥基灌漿材料的制備方法，其中包括將下述原料按照如下重量份數混合均勻的步驟水泥熟料350 500，粉煤灰80 130，膨脹劑20 30， 石膏80 120，pH值調節劑1 2，氨基磺酸鹽減水劑8 15，石英砂300 400，其中所述氨基磺酸鹽減水劑由下述原料按下述重量比例制備而成苯酚氫氧化鈉甲醛氨基磺酸對氨基苯磺酸為15 25 9 13 20 3 20 35 10 15。
6.權利要求5所述的水泥基灌漿材料的制備方法，其中所述氨基磺酸鹽減水劑的制備步驟包括1)將苯酚加入到氫氧化鈉水溶液中；2)加入氨基磺酸；3)加入部分甲醛反應； 4)加入對氨基苯磺酸，接著，將加入剩余甲醛，繼續反應得到液體產品。
7.權利要求6所述的方法，其中所述氨基磺酸鹽減水劑的制備步驟具體包括將苯酚加入到氫氧化鈉水溶液中，攪拌均勻后加入氨基磺酸，繼續攪拌，到混合溶液均勻后加入部分甲醛，反應一段之間后加入對氨基苯磺酸，接著，將剩余甲醛加入，繼續反應得到液體產品，其中反應過程中無需外加熱源供熱，反應初期所需熱量來自反應后期放出的熱量循環得到。
8.權利要求6或7所述的方法，其中反應過程中無需外加熱源供熱，反應初期所需熱量來自反應后期放出的熱量循環得到。
9.權利要求6 8任一項所述的方法，其中所述部分甲醛和所述剩余甲醛的加入都采用滴加的方式允許加入，優選地其中初期加入的所述部分甲醛的量為所加甲醛總量的 0. 25 0. 4 倍。
10.權利要求6 9任一項所述的方法，其中所述部分甲醛的加入時間為5 15分鐘， 所述剩余甲醛的加入時間為2 4個小時。
全文摘要
本發明提供一種含有氨基磺酸鹽減水劑的水泥基灌漿材料及其制備方法，所述水泥基灌漿材料包括水泥熟料350～500，粉煤灰80～130，膨脹劑20～30，石膏80～120，pH值調節劑1～2，減水劑8～15，石英砂300～500，其中所述氨基磺酸鹽減水劑由下述原料按下述重量比例制備而成苯酚∶氫氧化鈉∶甲醛∶氨基磺酸∶對氨基苯磺酸為15～25∶9～13∶20～3∶20～35∶10～15。所述水泥基灌漿材料強度高，而泌水率低，并且其中使用的減水劑坍落度損失小、減水率高、制備工藝簡單、成本低廉，且反應過程中無需提供外加熱源，從而大大節約了能源，減小了環境污染。
文檔編號C04B24/22GK102211912SQ201110087539
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者馬清浩 申請人:馬清浩