一种钢渣基胶凝材料专用功能调节剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种钢渣基胶凝材料专用功能调节剂及其制备方法 (Special function regulator for steel slag-based cementing material and preparation method thereof ) 是由 郭文倩 岳光亮 唐樱燕 谢瑞兴 程伟 彭立刚 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钢渣基胶凝材料专用功能调节剂及其制备方法,本申请以甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、氧化剂、不饱和酸、还原剂、链转移剂为原料制备母液,母液中添加羟丙基甲基纤维素、烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠后制备调节剂,解决钢渣膨胀带来的混凝土开裂问题,同时与解决钢渣密度大造成混凝土泵送难问题。(The invention discloses a special function regulator for a steel slag-based cementing material and a preparation method thereof.)
技术领域
本发明涉及一种钢渣基胶凝材料专用功能调节剂及其制备方法，属于建筑材料领域。
背景技术
钢渣的综合利用不但可以消除环境污染，还能够变废为宝创造巨大的经济效益，，对国家、对社会都具有十分重要的意义。钢渣中含有大量的Fe、Ca、是可持续发展的有效途径Mn等有用元素，可用做烧结、炼铁和炼钢等工序的熔剂，现有对钢渣的二次利用通常是对钢渣除磷后应用于回炉再利用。而对于建筑材料领域中，受限于钢渣中存在大量游离氧化钙和游离氧化镁，钢渣大部分只能作为的道路工程应用或者直接堆存填埋，附加值较低；钢渣作为水泥、复合掺合料等附加值高的胶凝材料的原料应用较少，并且在胶凝材料中掺加量在5％左右，用量低，制约着钢渣的大规模应用。
现有钢渣作为胶凝材料的应用中，钢渣用量较少，无法根本上解决固废材料的应用；直接增加钢渣在胶凝材料中的掺量，钢渣基胶凝材料在混凝土应用中会出现膨胀开裂现象，并且钢渣用量增加后会出现混凝土浆体沉底，浆体与骨料分离，影响混凝土的泵送。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种钢渣基胶凝材料专用功能调节剂及其制备方法，本申请以甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、氧化剂、不饱和酸、还原剂、链转移剂为原料制备母液，母液中添加羟丙基甲基纤维素、烷基苯磺酸钠、葡萄糖酸钠后制备调节剂，解决钢渣膨胀带来的混凝土开裂问题，同时与解决钢渣密度大造成混凝土泵送难问题。
一种钢渣基胶凝材料专用功能调节剂的制备方法，包括如下步骤：
1)取甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和氧化剂加入反应釜搅拌混合获得混合液C；
2)在步骤1)获得的混合液C中滴加不饱和单体A液和B液，控制化学升温至43-47℃，保温1-1.2h，获得调节剂母液；所述A液为丙烯酸和丙烯酸羟乙酯的混合溶液，所述B液为亚硫酸钠和链转移剂的混合溶液；
3)将步骤2)获得的调节剂母液和羟丙基甲基纤维素、引气剂、缓凝剂按照比例复配后加入一定量的水稀释，得到专用功能调节剂成品。
进一步的，上述步骤1)中所述的步骤1)中的氧化剂为过硫酸铵和双氧水按照质量比1:1的比例混合。
进一步的，上述步骤2)中所述调节剂母液中各组分的终质量比：甲基烯丙醇聚氧乙烯醚：氧化剂：不饱和酸：还原剂：链转移剂＝300：2：40：1：1.2。
进一步的，上述步骤2)中所述的A液中丙烯酸和丙烯酸羟乙酯的质量比为1:2；所述B液中亚硫酸钠和链转移剂的质量比为1:3。
进一步的，上述步骤2)中所述的链转移剂为次磷酸钠和甲基丙烯磺酸钠按照质量比为1：1的比例混合。
进一步的，上述步骤3)中所述专用功能调节剂成品中调节剂母液、羟丙基甲基纤维素、引气剂、缓凝剂的质量比为200：1：1：20，所述的水的添加量为调节剂母液质量的2.5倍。
进一步的，上述步骤3)中所述的引气剂为烷基苯磺酸钠，所述的缓凝剂为葡萄糖酸钠。
本申请还保护使用上述方法制备的钢渣基胶凝材料专用功能调节剂。
上述钢渣基胶凝材料专用功能调节剂在钢渣基凝胶材料中的应用，所述功能调节剂的添加量为凝胶材料质量的0.1-0.2％。
有益效果：
1.本申请的功能调节剂与钢渣基胶凝材料中游离氧化物产生的Ca(OH)2和Mg(OH)2反应，消除钢渣基胶凝材料中不安定的因素，解决钢渣膨胀带来的混凝土开裂问题，同时与解决钢渣密度大造成混凝土泵送难问题，全面提高钢渣在胶凝材料中大量应用，钢渣在胶凝材料中的用量可以达到40％。
2.功能调节剂中磷酸基团和磺酸基促进C3A的水化，另外填充混凝土中微小的裂缝，加快混凝土早期的收缩；丙烯酸和羟乙酯单体中带入的羧基和酯基，吸附钢渣基胶凝材料的C3S颗粒表面，促进水化，混凝土收缩，抑制开裂；活性官能团磺酸基，具有较强的渗透性，能与胶凝材料的水化产物发生反应生成针状晶体，填塞毛细孔道和微细裂缝，提高混凝土的抗裂性；综合解决钢渣基胶凝材料在混凝土中膨胀性问题。
3.功能调节剂能够解决钢渣基胶凝材料在混凝土应用中泵送性问题。羟丙基甲基纤维素和引气剂吸附在骨料和浆体的表面，确保混凝土有稳定的匀质性，解决钢渣基胶凝材料制备的混凝土的泵送问题。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步说明，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部，本发明不受下述实施例的限制。
实施例1
一种钢渣基胶凝材料专用功能调节剂的制备方法，包括如下步骤：
1)取甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和氧化剂加入反应釜搅拌混合获得混合液C，氧化剂为过硫酸铵和双氧水按照质量比1:1的比例混合。
2)在步骤1)获得的混合液C中滴加不饱和单体A液和B液，控制化学升温至43-47℃，保温1h，获得调节剂母液；所述A液为丙烯酸和丙烯酸羟乙酯按质量比1:2的比例混合，所述B液中亚硫酸钠和链转移剂按照质量比为1:3的比例混合，所述链转移剂为次磷酸钠和甲基丙烯磺酸钠按照质量比为1：1的比例混合，调节剂母液中各组分的质量比：甲基烯丙醇聚氧乙烯醚：氧化剂：不饱和酸：还原剂：链转移剂＝300：2：40：1：1.2。
3)将步骤2)获得的调节剂母液和羟丙基甲基纤维素、引气剂(烷基苯磺酸钠)、缓凝剂(葡萄糖酸钠)按照比例复配加入一定量的水稀释后，得到专用功能调节剂成品，调节剂母液、羟丙基甲基纤维素、引气剂、缓凝剂的质量比为200：1：1：20，水的添加量为调节剂母液质量的2.5倍。
实施例2凝胶材料中钢渣添加量对凝胶材料的影响
选用的钢渣基胶凝材料中，胶凝材料的配比按照下表2，胶凝材料的比表面积450m2/kg，功能调节剂掺量为胶凝材料质量的0.15％。
表1凝胶材料配比表
配比
钢渣/％
矿渣/％
熟料/％
石膏/％
(a)
20
60
10
10
(b)
30
50
10
10
(c)
40
40
10
10
(d)
50
30
10
10
按照C30混凝土试配如表3：
表1凝胶材料检测情况
从以上数据可以看出，钢渣在胶凝材料中的最大用量40％，高于40％后，膨胀值和压蒸膨胀率增大明显，同时强度降低明显。
实施例3
选用的钢渣基胶凝材料中，钢渣比例40％，矿渣用量40％，熟料用量10％，石膏用量10％，比表面积450m2/kg，取三份400kg的上述凝胶材料，分别设置为空白样、基准样和对比样，空白样不含调节剂，基准样中调节剂(市售，掺量为胶凝材料质量的0.15％，具体成分为环氧树脂，脂肪族类减水剂)，对比样含功能调节剂，掺量为胶凝材料质量的0.15％。
表3 C30混凝土效果对比
备注：(1)膨胀值≤5.0mm为合格，压蒸膨胀率≤0.5％合格；
如表3中所述，基准样中加入市售的调节剂膨胀值达到要求，但压蒸膨胀率达不到要求，不满足钢渣基胶凝材料的应用。