專利名稱：木素系加氣混凝土用高效砂漿外加劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種加氣混凝土砌筑和抹灰砂漿高效外加劑及其制備方法。更具體地講，本發明涉及到用制漿造紙的副產品木素磺酸鹽制作低成本的高效砂漿外加劑。
背景技術：
加氣混凝土作為一種新型綠色環保墻體材料，具有強度高、造價低、質輕、保溫隔熱、隔聲、耐火性能好等優點，在建筑材料市場有著廣闊的應用前景。但由于加氣混凝土砌塊具有封閉的微孔結構，吸水速度較慢，體積變形系數偏大、材料較脆等特點，使用普通砂漿砌筑或抹灰施工，存在失水快、粘結不牢、漿縫不易飽滿填實、強度偏低等問題，導致墻體存在嚴重的開裂、空鼓甚至脫落和滲漏現象，嚴重影響了工程質量和制約加氣混凝土的推廣應用。
普通砂漿是由膠凝材料、細骨料和水按一定比例配制而成，和易性差，通常須摻加一定量的石灰膏或粘土膏來改善和提高其和易性、保水性和流動性。但石灰質量不穩定，導致所配制的砂漿強度低、粘結性差，影響砌體工程質量；且石灰粉摻加時粉塵大，施工現場勞動條件差，環境污染嚴重，不利于文明施工，目前許多城市已禁止使用石灰膏。因此傳統的建筑砂漿已不能滿足現代建筑發展的需求。
在砂漿中摻入少量外加劑能明顯改善砂漿和易性與工作性能，提高施工效率，且可節省石灰膏，保護環境、減少能耗、降低工程成本，在砂漿施工中得到了廣泛的應用。目前北歐、日本、澳大利亞等國家外加劑的使用率幾乎達到100％，美國、加拿大、德國、俄羅斯達等國家的使用率也大致為50％～80％，我國的使用率僅達20％。
1999年，《新型建筑材料》第8期中的《高效建筑砂漿外加劑的性能研究》公布SG系列砂漿外加劑，它是根據水泥拌合物的水化機理，選用多種無機材料、有機高聚物、表面活性劑、偶聯添加劑等專用材料配制而成的。
中國專利CN 1291597A，2001年4月18日公布的《加氣混凝土抹灰砂漿外加劑》(申請號00118934.4)，其原料組合物有聚乙烯、甲基纖維素、三聚磷酸鈣、硼砂、水玻璃和水，用于加氣混凝土抹灰砂漿，砂漿外加劑主要為細分散的水溶性有機聚合物，它在水中形成乳膠液，對各類物質具有很好的粘結性，但聚合物的引氣作用會增加砂漿孔隙率，抗壓強度較低，摻量通常在5％～10％，成本大。
砂漿外加劑品種還有防水劑和膨脹劑。防水劑能與水泥反應生成微細顆粒填充砂漿孔隙，或本身是憎水性物質，其透水壓力比可達到300％，提高砂漿抗滲性能。應用較廣泛的防水劑是甲基硅醇鹽和含氫硅油乳液，甲基硅醇鹽的堿性太強而含氫硅油乳液在砂漿堿性條件下會生成氫氣，均會損害砂漿質量。膨脹劑(硫鋁酸鈣類、氧化鈣類、氧化鎂類、金屬類)在水化過程中產生大量的鈣礬石或氫氧化鈣等物，產生一定的膨脹，顯著降低早期收縮及潮濕條件下的砂漿中后期收縮，可使28天的收縮率比小于125，提高防裂性能和抗滲性能。但在干燥條件下不能降低甚至加大收縮，對砂漿的后期抗滲防裂卻有不利的影響。
減水劑對水泥具有良好吸附分散、濕潤和潤滑作用，可使新拌砂漿的流動性得到顯著的改善，同時可以提高砂漿的早期強度。一些砂漿外加劑以減水劑為主要成分，以松香熱聚物和表面活性劑為引氣組分，然后復合以一定量的固化加速劑、保水增惆劑、緩凝劑等，所配制砂漿具有較好的施工性能和抗裂防滲性能，但由于這類外加劑屬于幾種物質的復配，產品質量不穩定。此外目前使用的高效減水劑大部分為芳香族磺酸鹽甲醛縮合物如FDN等，減水率可達20％以上，但易產生泌水和離析分層，使砂漿收縮增大，導致砂漿墻體出現裂縫，對墻體的粘結性不好，難以配制高性能砂漿。此外，以萘、蒽及其衍生物等石油化工產品為主要原料，價格較高，具有一定的毒性。隨著世界資源的短缺和人們環保意識的日益提高，對于以生物質為原料的綠色外加劑的研究與應用正越來越受到重視。
紙漿廢液中的各類木素衍生物作為水泥減水劑已有近六十年的歷史。但由于其減水率低，緩凝、對水泥、砂漿抗壓強度提高幅度小，早期強度偏低，在砂漿中應用受到了限制，也影響其自身價值的提高。中國專利CN 1107814A，1995年9月6日公開的《高效砂漿外加劑》涉及建筑用的砂漿外加劑，它是以造紙的下腳料葦漿廢液為主要原料，配以純堿、松香、三乙醇胺組成的膠狀液體或粉狀體，其特征是在外加劑中配有塔爾油和十二醇硫酸鈉兩種成分，本專利未對制漿廢液進行化學改性以提高其對水泥和砂漿的減水分散性能，用微沫劑摻入砂漿中，提高砂漿的和易性、改善保水性，加量過多會明顯降低砂漿的強度和粘結性。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種木素系加氣混凝土用高效砂漿外加劑，在砂漿中引入一定量微小封閉氣泡，改善砂漿的微觀結構，不會降低砂漿的強度，可提高砂漿抗滲能力；其主要原料木素磺酸鹽是化學制漿的副產品，原料來源豐富、無毒、成本低。
本發明的目的還在于提供所述木素系加氣混凝土用高效砂漿外加劑的制備方法本發明的木素系加氣混凝土用高效砂漿外加劑的制備方法包括如下步驟(1)在木素磺酸鹽固體中加入等重量的水，調節pH至6～7，在65～85℃下加入催化劑、氧化劑，反應20-40分鐘；(2)升溫至70～95℃，加入醛類物和磺化劑，進行磺甲基化反應0.5～1小時；(3)調節pH為3～4，進行縮合反應1-2小時；調節pH為6～7，加入表面活性物質和高分子聚合物，攪拌20～30分鐘，冷卻，得到本發明的液體產品。
對所述液體產品進行噴霧干燥卻得到粉狀產品；上述組分的重量配比如下
木素磺酸鹽100份催化劑0.5-5份氧化劑3-20份醛類物3-20份磺化劑5-20份表面活性物質 1-5份高分子聚合物 0.5-5份木素磺酸鹽指木素磺酸鈣、木素磺酸鈉、木素磺酸鎂中的一種一種以上混合物，催化劑指亞硫酸鐵、硫酸鐵、氯化鐵、硝酸銅、亞硝酸鈉中的一種或一種以上混合物，氧化劑指過氧化氫、過硫酸銨、過硫酸鉀、臭氧中的一種或一種以上混合物，醛類物指甲醛、乙醛、乙二醛、丙醛、丁醛、異丁醛、戊二醛中的一種或一種以上混合物，磺化劑指硫代硫酸鈉、亞硫酸鹽、亞硫酸氫鈉、氨基磺酸、氨基磺酸鈉中的一種或一種以上混合物，高分子聚合物指羧甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚乙烯醇中的一種或一種以上混合物，表面活性物質指十二烷基硫酸鈉、脂肪醇硫酸鈉、十二醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、椰子油烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種或一種以上混合物。
本發明的木素系高效砂漿外加劑的制備方法更具體的制備方法是(1)取100份的木素磺酸鹽固體，加入100份的水、加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7，邊攪拌邊加熱到一定的操作溫度，操作溫度控制在65～85℃，加入0.5～5份催化劑、3-20份氧化劑于反應釜中反應20-40分鐘；(2)升溫至70～95℃然后加入3-20份的醛類物和5-20份的磺化劑于反應釜中，進行磺甲基化反應0.5～1小時；(3)加入濃度為0.1mol/L的硫酸溶液，調節pH為3～4進行縮合反應1-2小時，加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7，將上述反應產物中加入1-5份的表面活性物質和0.5-5份的高分子聚合物，并進行快速攪拌20～30分鐘，冷卻后得到本發明砂漿外加劑的液體產品。
液體產品進行噴霧干燥卻可得本發明的粉狀產品。
本發明的特點是以木素磺酸鹽為主要原料，經過催化氧化、磺甲基化、縮合反應，制得木素磺酸鹽縮合物，配以表面活性物質和高分子聚合物，制得的木素系加氣混凝土用砂漿外加劑具有合適的親水、親油基團，是帶有苯環的鏈狀結構的大空間位阻型和合適分子量分布的聚合物，可增大其在水泥顆粒上的吸附量和結合強度，增強減水分散作用，使水泥與水充分接觸，水泥能得到充分的水化反應；降低水泥砂漿單位用水量，提高了砂漿的強度，還可在砂漿中引入一定量微小的、穩定的、封閉氣泡，改善砂漿的微觀結構，提高其抗滲能力，本發明可使外加劑具有較高的磺化度和較高相對分子質量，增加了對砂漿的粘結作用，降低砂漿泌水率，消除離析和分層現象，提高抗拉強度和抗滲能力，從而達到加氣混凝土砌筑和抹灰砂漿的防裂、增強、抗滲與防水的目的。
本發明的木素系加氣混凝土用高效砂漿外加劑可以干粉或水溶液形式加到砂漿拌和物中，其質量分數即摻量為水泥質量的0.2％～0.7％，最優摻量為0.3％～0.5％。
本發明與現有技術相比的優點效果與現有的含微沫劑的砂漿外加劑相比，在灰砂比較低時，具有較高的減水率外，還可以提高砂漿的強度；具有一定的緩凝作用，延緩水泥水化熱峰的出現，減少溫度變化引起的裂縫；本發明產品對砂漿具有分散粘結作用，尤其在灰砂比較低時，摻微沫劑嚴重泌水離析時，可有效地降低新拌砂漿的游離水，使砂漿變均勻、粘稠，消除離析和分層現象，提高抗滲能力。含微沫劑的砂漿外加劑，由于引氣性太大，在砂漿中引入開放氣孔，降低砂漿的強度和抗滲性能，難以適用于加氣混凝土砌筑和抹灰砂漿，本發明的高效砂漿外加劑在砂漿中引入一定量微小封閉氣泡，改善砂漿的微觀結構，不會降低砂漿的強度，可提高砂漿抗滲能力；現有的砂漿外加劑的原料主要是石油化學品，有一定的毒性，成本較高，而本發明的木素系高效砂漿外加劑的主要原料木素磺酸鹽是化學制漿的副產品，原料來源豐富、無毒、成本低，是目前加氣混凝土砌筑和抹灰砂漿較為理想的外加劑。
具體實施例方式
實施例1取100克的木素磺酸鈣固體，加入100克的水、加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7，邊攪拌邊加熱到一定的操作溫度，操作溫度控制在80℃；加入0.5克亞硫酸鐵和0.5克硝酸銅、10克過氧化氫于反應釜中反應30分鐘，升溫90℃，然后加入10克甲醛和10克的亞硫酸氫鈉，進行磺甲基化反應0.5小時，，然后加入濃度為0.1mol/L的硫酸溶液，調節pH為3～4進行縮合反應1-2小時，加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7。將上述反應產物中加入1克的十二烷基硫酸鈉、2克的脂肪醇硫酸鈉、1克羧甲基纖維素，并進行快速攪拌20分鐘，冷卻后可以得到本發明砂漿外加劑的液體產品。進行噴霧干燥卻可得本發明的粉狀產品。
實施例2取100克的木素磺酸鈉固體，加入100克的水、加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7，邊攪拌邊加熱到一定的操作溫度，操作溫度控制在80℃；加入0.5克亞硫酸鐵和0.5克硝酸銅、10克過氧化氫于反應釜中反應30分鐘，升溫90℃，然后加入10克甲醛和10克的亞硫酸鈉，進行磺甲基化反應0.5小時，然后加入濃度為0.1mol/L的硫酸溶液，調節pH為3～4進行縮合反應1-2小時，加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7。將上述反應產物中加入1克的十二烷基硫酸鈉、2克的脂肪醇聚氧乙烯醚、2克羥丙基甲基纖維素，并進行快速攪拌20分鐘，冷卻后可以得到本發明砂漿外加劑的液體產品，進行噴霧干燥卻可得本發明的粉狀產品。
實施例3取100克的木素磺酸鎂固體，加入100克的水、加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7，邊攪拌邊加熱到一定的操作溫度，操作溫度控制在80℃；加入0.5克三氯化鐵和1克硝酸銅、5克過硫酸銨于反應釜中反應30分鐘，升溫90℃，然后加入15克甲醛和5克的氨基磺酸鈉，進行磺甲基化反應0.5小時，，然后加入濃度為0.1mol/L的硫酸溶液，調節pH為3～4進行縮合反應1-2小時，加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7。將上述反應產物中加入2克的十二醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、1克的脂肪醇硫酸鈉、1.5克的羥乙基甲基纖維素，并進行快速攪拌20分鐘，冷卻后可以得到本發明砂漿外加劑的液體產品，進行噴霧干燥卻可得本發明的粉狀產品。
實施例4取100克的木素磺酸鈣固體，加入100克的水、加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7，邊攪拌邊加熱到一定的操作溫度，操作溫度控制在80℃；加入0.5克亞硫酸鐵和1克硝酸銅、10克過氧化氫于反應釜中反應30分鐘，升溫90℃，然后加入10克甲醛和10克的亞硫酸氫鈉，進行磺甲基化反應0.5小時，，然后加入濃度為0.1mol/L的硫酸溶液，調節pH為3～4進行縮合反應1-2小時，加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7。將上述反應產物中加入1克的脂肪醇聚氧乙烯醚、1克的脂肪醇硫酸鈉、1克羧甲基纖維素和1克聚乙烯醇，并進行快速攪拌20分鐘，冷卻后可以得到本發明砂漿外加劑的液體產品，進行噴霧干燥卻可得本發明的粉狀產品。
以下使用本發明的高效砂漿外加劑的一系列試驗，說明了其效果。
表1 不同灰砂比時本發明產品對砂漿流動度的影響用水量外加劑的摻量(占水泥質量的，％)水泥∶砂ml0.100.200.300.400.501∶2 187 125 140 163 153 1701∶4 187 160 220 220 210 2171∶5 187 180 225 240 250 2531∶6 160 120 170 193 192 206表1說明本發明產品可顯著提高砂漿的流動性。
表2本發明高效砂漿外加劑與其它外加劑對砂漿物理性能的影響外加劑摻量，稠度，減水率， 泌水率， 分層度 凝結時間，，min％cm％％cm 初凝終凝水泥砂0 5.0 0 5.67 2.32100 230漿某微沫0.20 5.5 24.0 2.48 1.10105 240劑0.30 5.8 26.2 2.54 1.25110 245本發明0.20 5.6 32.0 1.90 0.8 130 250產品 0.30 6.1 33.3 1.50 0.60145 270注水泥∶砂＝1∶3
從表2可以看出與其它砂漿外加劑相比較，本發明產品可以具有較高的減水率，達到了減少砂漿的離析、泌水和分層現象的效果，具有一定的緩凝性能。
表3本發明高效砂漿外加劑與其它外加劑對砂漿力學性能的影響外加劑3天的粘 硬化砂漿Cl-滲抗壓強度，MPa/抗壓強度比 滲透壓砂漿種類的摻量結強度 透高度，mm力比，％％MPa3d7d 28d 50d 90d水泥砂漿 00.20 7.47/100 9.70/100 16.12/100 13.3 23.3 100不成模開石灰砂漿 0 2.50/44.4 3.44/35.44.85/30.1 14.2 32.5 50裂摻微沫劑的 0.20 0.12 4.47/59.8 6.73/69.49.08/56.3 10.2 15.3 135水泥砂漿 0.30 0.23 3.65/48.8 5.36/55.38.32/51.6 9.5 14.5 150摻本發明產 0.20 0.36 8.23/110 10.94/11318.42/114 8.5 9.2320品的水泥砂0.30 0.42 8.82/118 11.21/11619.23/120 8.2 8.6330漿注水泥∶砂＝1∶3；石灰∶水泥∶砂＝1∶1∶3表3說明本發明產品具有提高砂漿粘結強度、抗壓強度和抗滲能力的作用。
權利要求
1.一種木素系加氣混凝土用高效砂漿外加劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)在木素磺酸鹽固體中加入等重量的水，調節pH至6～7，在65～85℃下加入催化劑、氧化劑，反應20-40分鐘；(2)升溫至70～95℃，加入醛類物和磺化劑，進行磺甲基化反應0.5～1小時；(3)調節pH為3～4，進行縮合反應1-2小時；調節pH為6～7，加入表面活性物質和高分子聚合物，攪拌20～30分鐘，冷卻，得到本發明的液體產品；上述組分的重量配比如下木素磺酸鹽 100份催化劑 0.5-5份氧化劑 3-20份醛類物 3-20份磺化劑 5-20份表面活性物質1-5份高分子聚合物0.5-5份所述木素磺酸鹽指木素磺酸鈣、木素磺酸鈉、木素磺酸鎂中的一種或一種以上混合物；催化劑指亞硫酸鐵、硫酸鐵、氯化鐵、硝酸銅、亞硝酸鈉中的一種或一種以上混合物；氧化劑指過氧化氫、過硫酸銨、過硫酸鉀、臭氧中的一種或一種以上混合物；醛類物指甲醛、乙醛、乙二醛、丙醛、丁醛、異丁醛、戊二醛中的一種或一種以上混合物；磺化劑指硫代硫酸鈉、亞硫酸鹽、亞硫酸氫鈉、氨基磺酸、氨基磺酸鈉中的一種或一種以上混合物；高分子聚合物指羧甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚乙烯醇中的一種或一種以上混合物；表面活性物質指十二烷基硫酸鈉、脂肪醇硫酸鈉、十二醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、椰子油烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種或一種以上混合物。
2.根據權利要求1所述的木素系加氣混凝土用高效砂漿外加劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)取100份的木素磺酸鹽固體，加入100份的水、加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7，邊攪拌邊加熱到一定的操作溫度，操作溫度控制在65～85℃，加入0.5～5份催化劑、3-20份氧化劑于反應釜中反應20-40分鐘；(2)升溫至70～95℃然后加入3-20份的醛類物和5-20份的磺化劑于反應釜中，進行磺甲基化反應0.5～1小時；(3)加入濃度為0.1mol/L的硫酸溶液，調節pH為3～4進行縮合反應1-2小時，加入質量分數為20％的NaOH溶液調節pH為6～7，將上述反應產物中加入1-5份的表面活性物質和0.5-5份的高分子聚合物，并進行快速攪拌20～30分鐘，冷卻后得到本發明砂漿外加劑的液體產品。
3.權利要求1或2所述的方法制備的木素系加氣混凝土用高效砂漿外加劑。
全文摘要
本發明涉一種木素系加氣混凝土用高效砂漿外加劑，是一種顯著提高砌筑和抹灰砂漿流動性和強度的新型外加劑。其特征是以木素磺酸鹽為主要成分，配以氧化劑、催化劑、縮合劑、磺化劑、表面活性物質、高分子聚合物，經催化氧化、磺甲基化、縮合而成的木素系高效砂漿外加劑，可增大砂漿流動性，提高砂漿強度，具有一定的緩凝作用，減少溫度變化引起的裂縫，對砂漿具有粘結作用，消除離析和分層現象，提高砂漿強度和抗滲能力，在砂漿中引入一定量微小的、穩定的、封閉氣泡，改善砂漿的微觀結構，提高其抗滲能力。該發明產品原料來源豐富，生產工藝簡單，成本低，適用于加氣混凝土砌筑和抹灰砂漿，并能取代混合砂漿中的石灰，節約水泥，其經濟效益和社會效益顯著。
文檔編號C04B22/00GK1587176SQ200410051229
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月27日 優先權日2004年8月27日
發明者楊東杰, 邱學青, 歐陽新平, 樓宏銘, 龐煜霞 申請人:華南理工大學