[发明专利]一种水泥水化速率调控材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于混凝土外加剂领域，具体涉及一种水泥水化速率调控材料及其制备方法与应用。

背景技术

水泥水化会放出大量的热，当混凝土中水泥水化所放出的热量来不及散出时，混凝土内部温度就会升高，而后期水化停止，混凝土温度又会降至环境温度；这种温度变化会引起混凝土体积变化，在受约束的条件下，当温度变形形成的拉应力超过混凝土抗拉强度时，就会导致温度裂缝的形成。为了减少温度裂缝，必须降低混凝土温升，因此需要调控水泥的水化过程，尽量降低水泥加速期的水化速度，使得水泥水化所产生的热量不要集中释放，为混凝土散热争取时间。

专利EP1233008A1公开了一种含有糊精的膨胀剂材料，采用市售无任何改性处理、冷水溶解度低于70％糊精用于抑制水化热，公开的结果显示其使得混凝土温度仅降低了1℃，效果不佳。

专利CN201410010473公开了一种水化热调控材料及其制备方法与应用：其使用的表面交联剂糊精，结果显示交联后效果有一定的提升，但效果还存不足。

专利CN201410009447公开了一种中热硅酸盐水泥水化历程调控材料，其由糊精、改性糊精及油酸组成，公开的结果显示最优的配比能降低水泥水化最大速率峰值66.3％，但其制备过也较复杂。

专利JP4905977B2公开糊精虽然有一定的水化热抑制效果，但其使凝结时间大幅度延长，强度降低。

综上所述，已有专利文献虽然提到糊精有一定的水化速率调控功能，但糊精是淀粉水解的中间产物，种类繁多，不是所有的糊精都具有优秀的水化调控功能，且已经公开的结果中水化调控性能还有限。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水泥水化调控材料。

技术方案：

申请人通过大量研究发现：

第一，糊精能有效降低水泥水化速率，本质原因是：糊精在水泥颗粒表面形成一层吸附层，这层吸附层降低了水分由外向水泥颗粒内部迁移的速率，增加吸附层厚度，就能增加水分由外向内扩散的难度，进而降低水化速率。

第二，糊精的分子量也会对吸附层的厚度有影响：过低的分子量，吸附位点少易解吸附，降低吸附层的阻隔能力，且小分子量的糊精容易引起缓凝；过高的分子量又降低了饱和吸附率，使得吸附效率降低。

本发明通过糊精接枝一定量的水溶性聚合物，由于糊精本身吸附位点不减少，吸附量不会发生变化，但接枝形成的水溶性聚合物增加吸附层厚度，进而会更进一步降低水化速率。同时，为了得到性能优异的水化调控材料，还对产物分子量、接枝量进行控制。

本发明提供的一种水泥水化调控材料，其为接枝有水溶性聚合物的糊精。

作为优选，所述糊精接枝前数均分子量为5000-120000g/mol；更优选地，所述糊精接枝前数均分子量为10000-60000g/mol。

本发明使用的各种糊精，其来源不受限制，可以由各种淀粉经酸或者酶催化水解得到，制备方法可参考本领域公开的文献资料；糊精的冷水溶解性不受限制，可以为不完全冷水可溶的白糊精，也可为完全溶解的黄糊精或者麦芽糊精。

作为进一步优选所述接枝水溶性聚合物的单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯或丙烯酰胺。

作为进一步优选，接枝水溶性聚合物时，单体用量为糊精质量的0.2-30％，优选1-20％。

本发明水溶性聚合物和糊精的接枝方法可以参考本领域公开方法；如利用硝酸铈铵或过硫酸钾作为引发剂，在糊精分子链上引发水溶性单体聚合，对糊精进行接枝改性；引发剂用量为水溶性单体聚合物质量的0.5-3％。

本发明还提供了上述水泥水化调控材料在混凝土中的应用，所述水泥水化调控材料的掺量(相对于胶材的用量)为0.05-3％，优选0.1-2％，更优选0.15-1％。

有益效果：本发明提供的水泥水化调控材料制备工艺简单、成本低廉，其对水泥水化速率调控性能相对于现有技术具有很大提升，能降低水泥水化最大放热速率峰值超过80％。同时，该水化速率调控材料对水泥的水化的影响不同于传统小分子缓凝剂，该调控材料对水化的诱导期影响较小甚至没有影响，但却能大幅的降低加速期及减速期的水化速率，而传统小分子缓凝剂主要是延长水泥水化诱导期，而对水泥水化加速期及减速期的水化速率基本无影响(见图1)。

附图说明

图1为本发明水泥水化速率调控材料与传统缓凝剂(蔗糖)对水泥水化不同的影响规律(TAM AIR等温量热仪测试得到)。

具体实施方式