[发明专利]一种钙铝水滑石混凝土外加剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种用作混凝土外加剂的聚合物改性钙铝水滑石及其制备方法，即聚合物吸附于层板表面的钙铝水滑石用做混凝土外加剂及其制备方法。该表面吸附聚合物的水滑石应用于混凝土材料，可以提高混凝土的抗压强度。

背景技术

复合金属氢氧化物又称为层状双羟基复合金属氧化物(layered double hydroxides，LDHs)，它包括水滑石(hydrotalcite)和类水滑石(hydrotalcite-like compounds)，属于层状化合物的一种。这种层状化合物中的晶体是靠弱键相互结合在一起的二维单元堆积在一起构建起来的。这些弱键一般包括范德华力，氢键和共价键。LDHs的化学组成通常表示为：M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂A^n-_x/n·mH₂O。其中，M³⁺为离子半径与镁相近的三价金属离子，A^n-为n价阴离子。x为M³⁺/(M²⁺+M³⁺)的摩尔比值；m为结晶水量。LDHs是由带正电荷的主体层板和层间客体阴离子组合而成的化合物，其结构是由水镁石Mg(OH)₂经过化学修饰改变而来。由于层间离子与层板的作用不强，使得层间的阴离子具有可交换性。

铝酸三钙(简写为C₃A)是水泥中的一种重要成分，一般大概占普通水泥(OPC)熟料质量的5-10％。一般在室温和没有硫酸盐存在的情况下，C₃A的水合会形成钙铝层状双羟基金属化合物(CaAl-LDHs)，即4CaO·Al₂O₃·19H₂O(C₄AH₁₉)或者2CaO·Al₂O₃·8H₂O(C₂AH₈)，他们属于水铝钙石(hydrocalumites)的一种。水铝钙石，[Ca₂Al(OH)₆]⁺(A^n-)_1/n·mH₂O，属于层状双羟基复合金属氧化物(LDHs)，是一种类水滑石。所以其结构与LDHs结构类似。带正电荷的金属离子层板中间有OH^-和H₂O分子。与LDHs相似，通过离子交换，他们的主体阳离子层板之间可以引入不同的客体无机或者有机阴离子。

减水剂是一种使水泥流动性不变时减少单位用水量，或在单位用水量不变时提高水泥流动性，或二者都具备又不改变含气量的外加剂。高效减水剂在国外又称为超增塑剂，目前超增塑剂已经发展了三代。第一代增塑剂属于木质素衍生物，第二代增塑剂是聚萘磺酸盐，而第三代超增塑剂就是聚羧酸盐系的超增塑剂，英文简称PC、PCE属于高分子表面活性剂的一种。与前两代比较，第三代超增塑剂可减水40％，远比第一第二代增塑剂的效果高。所以第三代超增塑剂是目前最为广泛使用减水剂。聚丙烯酸钠(PAAS)是聚羧酸盐的一种，因此可作为混凝土减水剂使用。它能减缓水泥水化反应。由于分子链上带有阴离子，所以可以吸附在水化时形成碱性环境的水泥粒子表面，这样大大延缓了水泥水化的加速期，使得铝酸盐不能快速水化形成水合物将水泥粒子凝结。这样使得水泥有流动性。

然而聚羧酸盐一类的超增塑剂在应用时，经常会与铝酸三钙(C₃A)的水合产物反应。即聚羧酸根阴离子就被引入到结构与CaAl-LDHs相似的C₃A水合产物的层间，而丧失了原本对水泥粒子具有的分散性能。PAAS也是如此。因此如何避免像PAAS这一类的聚羧酸盐高分子电解质表面活性剂插入水合物层间是目前人们研究的热点问题。而如果使PAAS只吸附在水合物表面则可以提高水泥混凝土的力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚丙烯酸钠吸附于表面的钙铝水滑石的混凝土外加剂及其制备方法，即一种只让聚丙烯酸钠吸附于钙铝水滑石表面的反应方法，将该反应产物加入到水泥混凝土中，混凝土的抗压强度有所提高。