一种复合型混凝土外加剂及其制备方法和用途

摘要

本发明涉及一种复合型混凝土外加剂，按重量份数计，包括：聚羧酸减水剂5～8份、缓释型聚羧酸减水剂6～14份、糖类缓凝剂3～4.5份、有机酸类缓凝剂0～0.5份、无机酸类缓凝剂0.5～1份。本发明的缓凝剂包括糖类缓凝剂、有机酸类缓凝剂和无机酸类缓凝剂，它们的作用是在早期抑制水泥水化，使水泥的水化速度减缓，降低对混凝土中水的消耗速度，使缓释型减水剂的用量降低，使缓释型减水剂的释放速度与水泥水化速度相匹配。每一种缓凝剂的作用效果各不相同，既不明显延缓混凝土的凝固时间，又能够在早期抑制水泥水化。

权利要求

1.一种复合型混凝土外加剂，其特征在于，按重量份数计，包括：聚羧酸减水剂5～8份、缓释型聚羧酸减水剂6～14份、糖类缓凝剂3～4.5份、有机酸类缓凝剂0～0.5份、无机酸类缓凝剂0.5～1份；所述糖类缓凝剂按重量份计含有以下成分：葡萄糖酸钠1～4份、蔗糖0.5～2份。

2.根据权利要求1所述的一种复合型混凝土外加剂，其特征在于，所述有机酸类缓凝剂为柠檬酸钠、酒石酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种复合型混凝土外加剂，其特征在于，所述无机酸类缓凝剂按重量份计含有以下成分：六偏磷酸钠0.5～2份、硼酸0～1份、磷酸二氢钠0～1.5份。

4.根据权利要求1所述的一种复合型混凝土外加剂，其特征在于，所述聚羧酸减水剂是以丙烯酸或甲基丙烯酸为主链，通过接枝不同侧链长度的聚醚合成得到。

5.根据权利要求1所述的一种复合型混凝土外加剂，其特征在于，所述缓释型聚羧酸减水剂是以甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙烯酸为原料合成得到。

6.根据权利要求1～5任一项所述复合型混凝土外加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将聚羧酸减水剂与缓释型聚羧酸减水剂按计重比例混合后搅拌均匀；

(2)将步骤(1)所制得的混合液按1:5～1:8的比例加水稀释；

(3)将糖类缓凝剂、有机酸类缓凝剂、无机酸类缓凝剂按计重比例称量准确，加入到步骤(2)所制得的溶液中搅拌均匀，静置后无固体颗粒沉淀，即得；

步骤(1)、(2)、(3)配置过程中溶液温度不超过35℃。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的复合型混凝土外加剂在满足混凝土工作性中的用途，其特征在于，将所述复合型外加剂按照0.9％～1.1％的质量比例添加入混凝土中，拌制出混凝土。

说明书

一种复合型混凝土外加剂及其制备方法和用途

技术领域

[0001] 本发明涉及混凝土、水泥制品领域，特别是涉及一种复合型混凝土外加剂及其制备方法和用途。

背景技术

[0002] 混凝土是现代建设工程的主要材料，我国每年浇筑的混凝土方量达数十亿方，如此大的生产量使得混凝土集中拌制成为其主要生产方式。混凝土在集中拌制后的运输及浇
筑过程需要一段时间，这一时间通常在1个小时以上甚至更久，这段时间混凝土拌合物工作
性的保持将会对混凝土浇筑的功效和质量带来严重影响。如果保持时间不足，会使现场的
施工浇筑难以为继，会造成施工中断，严重影响施工功效，也会造成现场加水、施工冷缝、不
密实等劣化混凝土质量的情况。混凝土工作性保持时间成为本行业技术人员十分关注的问
题。

[0003] 混凝土工作性损失的原因是水泥水化消耗了水，使混凝土中自由水减少并增加了混凝土拌合物的比表面积，从而降低了混凝土的流动性和可塑性，造成了工作性损失。因
此，即使在配制混凝土时加入了普通聚羧酸减水剂，仍然存在混凝土工作性损失的问题。本
行业的技术人员常常使用减水剂技术来放大水的作用，从而使混凝土流动性保持一定的时
间。

[0004] 目前混凝土减水剂主要使用聚羧酸减水剂，有两种做法来延长混凝土的可工作性时间：

[0005] (1)后加入一定量的普通聚羧酸减水剂。普通聚羧酸减水剂在掺入混凝土之后会立即发挥作用，使混凝土流动性放大，但随着水泥水化混凝土中的自由水被消耗并且混凝
土拌和物比表面积增大，减水剂的数量已不足以使混凝土达到可供施工的流动性。由于在
拌制混凝土时加入过量的聚羧酸减水剂会引起严重的离析泌水，所以在拌制时不能加入过
量的普通聚羧酸减水剂。施工时通常的做法是混凝土运输至现场之后，坍落度已明显损失
时，再加一定量的减水剂来解决此混凝土工作性不能满足要求的问题。根据运输时间和浇
筑时间的限制，通常需要二次甚至三次添加减水剂。但是这一做法要求现场的技术人员有
丰富的经验，稍不注意会过量加入减水剂，造成混凝土严重离析、泌水或浮浆，给施工造成
严重的质量缺陷，或废弃混凝土，造成严重浪费。所以，后加入普通聚羧酸减水剂的做法不
能解决根本问题。

[0006] (2)由于在现场后加减水剂的量无法预先通过试验确定，因此不能切实解决混凝土工作性保持时间不足的问题，人们发明了缓释型聚羧酸减水剂。可以认为这种类型的减
水剂在刚加入混凝土中不会立即起放大水的作用，需要经过一个化学反应过程，缓慢地释
放出普通聚羧酸减水剂，正好在关键时刻补充普通聚羧酸减水剂。而在配制混凝土时需要
加入的缓释型聚羧酸减水剂的剂量可以通过试验确定。这解决了二次或三次添加减水剂的
问题。但是，缓释型聚羧酸减水剂的释放速度受温度影响较大，温度高时和温度低时的释放
速度大不相同；另外，水泥水化速度导致混凝土失去流动性的时间不仅受温度的影响，还受
水泥品种、水胶比、粉煤灰等矿物外掺料的品种和掺量等众多因素的影响，这两个速度并不
能完美匹配，给缓释型聚羧酸减水剂的作用带来的极大的不确定性，难以达到保持混凝土
工作性的目的。表现为：一，当夏季温度较高的时段，水泥水化速度较快，缓释型减水剂不能
缓慢均匀释放，而是提前释放，会导致混凝土拌合物在拌制完成后较短的时间内离析，由于
已经提前释放，也使混凝土拌合物工作性不能保持足够长的时间；二，在冬季温度较低的情
况下，水泥水化速度较慢，缓释型减水剂早期不能发挥作用，会在后期集中释放，同样会使
混凝土出现离析、泌水的情况，在混凝土施工中技术人员称这种情况为“后释放”。针对这一
问题，本行业的技术人员尝试很多方法去解决，最主要的方法是：根据季节的不同，通过试
验调整缓释型减水剂掺入比例，以缓解不同季节对混凝土质量的影响，但是这仍然不能从
根本上解决问题，因为在很多地方，尤其是北方地区，昼夜温差很大，同样配方的混凝土，白
天能够正常施工，晚上就要离析、泌水，混凝土生产时非常难以控制，这给施工现场的技术
人员带来了极大困扰。因此，要解决混凝土工作性保持的问题，不能够只从补充聚羧酸减水
剂的数量本身做文章，聚羧酸减水剂本身的局限性也不能完美解决这一问题。

[0007] 基于上述分析，我们认为混凝土工作性能损失的根本原因还在于水泥水化导致流动性损失，而利用缓凝技术适当降低混凝土中水泥初期的水化速度，使之更容易同缓释型
聚羧酸减水剂的释放速度匹配，可以保证混凝土从加水拌和开始的一个确定时间内保持工
作性能不变。但是混凝土缓凝剂的种类繁多，有的持续时间长，有的持续时间短，有的在高
温时作用明显，有的在低温时作用更突出，有的在早期作用强，有的在晚期作用强。如何合
理复合使用这些缓凝剂形成新的缓凝技术并利用它延缓水泥水化，保证水泥水化速度与缓
释型聚羧酸减水剂的释放速度匹配，这些问题的解决措施不足。

发明内容

[0008] 基于此，本发明的目的在于，提供一种复合型混凝土外加剂，其具有是混凝土工作性保持时间满足施工需要，正常时间内凝固，工作性在持续时间内变化幅度小、受温度变化
影响小，且相对于常规的减水剂成本更低的优点。

[0009] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0010] 一种复合型混凝土外加剂，按重量份数计，包括：聚羧酸减水剂5～8份、缓释型聚羧酸减水剂6～14份、糖类缓凝剂3～4.5份、有机酸类缓凝剂0～0.5份、无机酸类缓凝剂0.5
～1份。

[0011] 本方案的缓凝剂包括糖类缓凝剂、有机酸类缓凝剂和无机酸类缓凝剂，它们的作用是在早期抑制水泥水化，使水泥的水化速度减缓，降低对混凝土中水的消耗速度，使缓释
型减水剂的用量降低，使缓释型减水剂的释放速度与水泥水化速度相匹配。它们的另一个
特点是每一种缓凝剂的作用效果各不相同，例如糖类缓凝剂的缓凝持续时间长，但是抑制
混凝土水泥水化速度是缓慢的，而有机酸类和无机酸类缓凝剂的持续时间短。复合使用的
目的是为了让缓凝剂抑制水泥水化均匀而延续，水泥消耗水的速度与缓释型聚羧酸减水剂
分解速度相匹配，从而使混凝土工作性能够均匀稳定地保持。

[0012] 优选的，所述糖类缓凝剂按重量份计含有以下成分：葡萄糖酸钠1～4份、蔗糖0.5～2份。葡萄糖酸钠缓凝时间长，但是作用抑制水泥水化速度是缓慢的，而且葡萄糖酸钠会
与聚羧酸减水剂相互作用，对缓释型减水剂释放速度的影响也不相同。

[0013] 优选的，所述有机酸类缓凝剂为柠檬酸钠、酒石酸中的至少一种。

[0014] 优选的，所述无机酸类缓凝剂按重量份计含有以下成分：六偏磷酸钠0.5～2份、硼酸0～1份、磷酸二氢钠0～1.5份。六偏磷酸钠在接触水泥浆开始会迅速抑制水泥水化，但持
续时间不长，硼酸介于两者之间，有机酸与硼酸的作用效果类似。

[0015] 优选的，所述聚羧酸减水剂是以丙烯酸或甲基丙烯酸为主链，通过接枝不同侧链长度的聚醚合成的聚羧酸，不同厂家生产的该类型聚羧酸减水剂均可。

[0016] 优选的，所述缓释型聚羧酸减水剂以甲基烯丙基聚氧乙烯醚(TPEG)和丙烯酸(AA)为主要原料合成缓释型聚羧酸减水剂，在碱性条件下可以分解出普通聚羧酸减水剂，不同
厂家生产的该类型聚羧酸减水剂均可。

[0017] 本发明还提供一种复合型混凝土外加剂的制备方法，包括以下步骤：

[0018] (1)将聚羧酸减水剂与缓释型聚羧酸减水剂按计重比例混合后搅拌均匀；

[0019] (2)将步骤(1)所制得的混合液按1:5～1:8的比例加水稀释；

[0020] (3)将糖类缓凝剂、有机酸类缓凝剂、无机酸类缓凝剂按计重比例称量准确，加入到步骤(2)所制得的溶液中搅拌均匀，静置后无固体颗粒沉淀，即得；

[0021] 步骤(1)、(2)、(3)配置过程中溶液温度不超过35℃。

[0022] 本发明还提供一种复合型混凝土外加剂的用途，具体应用为将上述复合型混凝土外加剂按照占混凝土胶凝材料(如：水泥、粉煤灰、矿渣粉等)的比例0.9％～1.1％添加入混
凝土中，拌制出混凝土。

[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

[0024] 1.本发明所述的一种复合型混凝土外加剂，通过不同组合可使混凝土的工作性保持时间维持在2～5小时，解决了混凝土因为工作性损失造成施工困难的问题。

[0025] 2.本发明所述的一种复合型混凝土外加剂，在保证混凝土工作性保持足够时间的同时，使混凝土的流动性在这段时间内保持稳定，坍落度保持在施工所容许的范围内，混凝
土不会出现离析、泌水等情况。

[0026] 3.本发明所述的一种复合型混凝土外加剂，使混凝土工作性能够稳定保持的同时，对混凝土的凝固时间影响较小，不会因为凝结时间太久而影响混凝土脱模的情况。

[0027] 4.本发明所述的一种复合型混凝土外加剂，材料中聚羧酸减水剂的固体含量降低了3％～5％，使每吨外加剂的成本节约300元～600元，具有良好的经济效益。

具体实施方式

[0028] 实施例1：

[0029] 按配比称量聚羧酸减水剂6份、缓释型聚羧酸减水剂8份混合后搅拌均匀，按1:5的比例加水稀释，然后将葡萄糖酸钠3份、蔗糖0.5份、六偏磷酸钠0.5份，混合搅拌均匀，配置
过程中溶液温度不超过35℃，最终形成复合型混凝土外加剂，按掺量为胶凝材料总量的
0.95％，使用0.43的水胶比拌制出混凝土。

[0030] 使用实施例1中复合型混凝土外加剂拌制的混凝土性能结果见表1：

[0031] 表1采用实施例1的复合型外加剂拌制的混凝土试验结果

[0032]

[0033] 实施例1中的混凝土，自拌制出机之后的2.5个小时内坍落度保持在180mm～210mm范围内，扩展度保持在380mm～500mm，含气量没有大幅度变化，工作性保持在容易施工操作
的范围内。普通减水剂的固体含量为6％，缓释型聚羧酸减水剂固体含量为8％，而对于非复
合型外加剂，混凝土工作性要保持2.5个小时，普通减水剂的固体含量为5％，缓释型聚羧酸
减水剂固体含量为14％，本实施例中的复合型外加剂节约了5％的减水剂用量。

[0034] 实施例2：

[0035] 按配比称量聚羧酸减水剂6.5份、缓释型聚羧酸减水剂8份混合后搅拌均匀，按1:6的比例加水稀释，然后将葡萄糖酸钠2份、蔗糖1.5份、六偏磷酸钠0.5份，柠檬酸钠0.5份，混
合搅拌均匀，配置过程中溶液温度不超过35℃，最终形成复合型混凝土外加剂，按掺量为胶
凝材料总量的0.9％，使用0.43的水胶比拌制出混凝土。

[0036] 使用实施例2中复合型混凝土外加剂拌制的混凝土性能结果见表2：

[0037] 表2采用实施例2的复合型外加剂拌制的混凝土试验结果

[0038]

[0039] 实施例2中的混凝土，自拌制出机之后的2.5个小时内坍落度保持在180mm～220mm范围内，扩展度保持在410mm～520mm，含气量在3％～4％之间，工作性保持在2.5小时内没
有大幅度波动，符合正常施工操作和能够均匀、密实成型的要求。普通减水剂的固体含量为
6.5％，缓释型聚羧酸减水剂固体含量为8％，而对于一般的聚羧酸减水剂，混凝土工作性要
保持2.5个小时，普通减水剂的固体含量为5％，缓释型聚羧酸减水剂固体含量为14％，本实
施例中的复合型外加剂节约了4.5％的减水剂用量。

[0040] 实施例3：

[0041] 按配比称量聚羧酸减水剂5.5份、缓释型聚羧酸减水剂13.3份，混合后搅拌均匀，按1:7的比例加水稀释，然后将葡萄糖酸钠2.5份、蔗糖1份、磷酸二氢钠0.5份，酒石酸0.5
份，混合搅拌均匀，配置过程中溶液温度不超过35℃，最终形成复合型混凝土外加剂，按掺
量为胶凝材料总量的1.0％，使用0.43的水胶比拌制出混凝土。

[0042] 使用实施例3中复合型混凝土外加剂拌制的混凝土性能结果见表3：

[0043] 表3采用实施例3的复合型外加剂拌制的混凝土试验结果

[0044]

[0045]

[0046] 实施例3中的混凝土，自混凝土拌制出机之后的4.5个小时内，坍落度保持在180mm～220mm范围内，扩展度保持在400mm～530mm，含气量在3％～4％之间，工作性保持在4.5小
时内没有大幅度波动，符合正常施工操作和能够均匀、密实成型的要求。普通减水剂的固体
含量为5.5％，缓释型聚羧酸减水剂固体含量为13.3％，而对于一般的聚羧酸减水剂，混凝
土工作性要保持4.5个小时，普通减水剂的固体含量为4％，缓释型聚羧酸减水剂固体含量
为19％，本实施例中的复合型外加剂节约了4.2％的减水剂用量。

[0047] 实施例4：

[0048] 按配比称量聚羧酸减水剂6.5份、缓释型聚羧酸减水剂7份，混合后搅拌均匀，按1:8的比例加水稀释，然后将葡萄糖酸钠3份、蔗糖1份、六偏磷酸钠0.5份、柠檬酸钠0.5份，混
合搅拌均匀，配置过程中溶液温度不超过35℃，最终形成复合型混凝土外加剂，按掺量为胶
凝材料总量的1.1％，使用0.43的水胶比拌制出混凝土。

[0049] 使用实施例4中复合型混凝土外加剂拌制的混凝土性能结果见表4：

[0050] 表4采用实施例4的复合型外加剂拌制的混凝土试验结果

[0051]

[0052] 实施例4中的混凝土，自混凝土拌制出机之后的2.5个小时内，坍落度保持在160mm～210mm范围内，扩展度保持在360mm～480mm，含气量在3％～4％之间，工作性保持在2.5小
时内没有大幅度波动，符合正常施工操作和能够均匀、密实成型的要求。而对于一般的聚羧
酸减水剂，混凝土工作性要保持2.5个小时，普通减水剂的固体含量为5％，缓释型聚羧酸减
水剂固体含量为14％，本实施例中的复合型外加剂节约了5.5％的减水剂用量。

[0053] 实施例5：

[0054] 按配比称量聚羧酸减水剂6份、缓释型聚羧酸减水剂8.5份，混合后搅拌均匀，按1:8的比例加水稀释，然后将葡萄糖酸钠4份、蔗糖0.5份、硼酸0.8份、柠檬酸钠0.5份，混合搅
拌均匀，配置过程中溶液温度不超过35℃，最终形成复合型混凝土外加剂，按掺量为胶凝材
料总量的1.0％，使用0.43的水胶比拌制出混凝土。

[0055] 使用实施例5中复合型混凝土外加剂拌制的混凝土性能结果见表5：

[0056] 表5采用实施例5的复合型外加剂拌制的混凝土试验结果

[0057]

[0058] 实施例5中的混凝土，自混凝土拌制出机之后的2.5个小时内，坍落度保持在180mm～210mm范围内，扩展度保持在440mm～510mm，含气量在3％～4％之间，工作性保持在2.5小
时内没有大幅度波动，符合正常施工操作和能够均匀、密实成型的要求。而对于一般的聚羧
酸减水剂，混凝土工作性要保持2.5个小时，普通减水剂的固体含量为5％，缓释型聚羧酸减
水剂固体含量为14％，本实施例中的复合型外加剂节约了4.5％的减水剂用量。

[0059] 实施例6：

[0060] 按配比称量普通聚羧酸减水剂8份、缓释型聚羧酸减水剂6份，混合后搅拌均匀，按1:8的比例加水稀释，然后葡萄糖酸钠1份、蔗糖2份、六偏磷酸钠1份、柠檬酸钠0.5份，混合
搅拌均匀，配置过程中溶液温度不超过35℃，最终形成复合型混凝土外加剂，按掺量为胶凝
材料总量的1.0％，使用0.43的水胶比拌制出混凝土。

[0061] 使用实施例6中复合型混凝土外加剂拌制的混凝土性能结果见表5：

[0062] 表6采用实施例6的复合型外加剂拌制的混凝土试验结果

[0063]

[0064] 实施例6中的混凝土，自混凝土拌制出机之后的2.5个小时内，坍落度保持在180mm～220mm范围内，扩展度保持在420mm～540mm，含气量在3％～4％之间，工作性保持在2.5小
时内没有大幅度波动，符合正常施工操作和能够均匀、密实成型的要求。而对于一般的聚羧
酸减水剂，混凝土工作性要保持2.5个小时，普通减水剂的固体含量为5％，缓释型聚羧酸减
水剂固体含量为14％，本实施例中的复合型外加剂节约了5％的减水剂用量。

[0065] 以上所述实施例仅表达了本发明几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，
在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范
围。