一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂及其制备方法，属于混凝土废浆浓缩技术领域，该混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂由以下质量百分比的原料组成：膨胀性黏土1～2％、水溶性糖类5～15％、纤维素醚衍生物1～3％、丙三醇60～75％、磷酸酯化试剂15～25％、去离子水2～5％和催化剂0.5～3％。本发明以膨胀性黏土、水溶性糖类、纤维素醚衍生物、丙三醇和磷酸酯化试剂为主要原料，在催化剂的作用下，通过羟基与磷酸基团的酯化反应制得混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂；通过各组分间的协同作用，显著提升了混凝土废浆浓缩液在存储和应用过程中的稳定性与匀质性，减少了泌水分层以及板结现象。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土废浆浓缩技术领域，具体涉及到一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂及其制备方法。

背景技术

混凝土废浆是在混凝土生产、运输和施工相关设备清洗后产生的废水、废渣等经过砂石分离设备分离出砂石、粗砂后的液态浆体。混凝土废浆由固渣(固体颗粒)和澄清液组成，固渣主要为部分未水化的胶凝材料、水化产物和少量石粉、泥等固体颗粒；废浆澄清液为废浆静置一段时间的上层清液，其pH值呈碱性，另外还含有混凝土的一些可溶解的无机盐、外加剂离子等。若将其不加处置直接排放，会对生态造成较大危害，也不满足环保要求。目前混凝土废浆浓缩分离是一种环保高效的处置手段，可实现混凝土废浆的清洁化和高值化利用。

混凝土废浆经过浓缩分离后，会进行充分研磨，其中固体颗粒可达到纳米尺寸，物理研磨活化后的废浆浓缩液可作为胶凝材料掺入到混凝土中，实现资源化利用。但在应用过程中存在两个方面的问题：一是研磨后的废浆浓缩液含有大量的纳米颗粒，其比表面积大，表面能较高，易团聚沉降，甚至板结，造成浆体浓度不均，导致应用过程中产生波动。二是浓缩液中含有一定量未水化的胶凝材料颗粒，在存放过程中发生水化反应，导致结块，浆体的活性降低，对应用过程中的混凝土强度发展不利。以上两个方面均不利于浆体的匀质化储存，在应用过程中有效含量出现波动，影响其应用效果。因此，需要针对混凝土废浆浓缩液体系开发一种能够同时起到抑制颗粒团聚和胶材水化的专用悬浮稳定剂。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂及其制备方法，可有效解决研磨后的混凝土废浆浓缩液在存储和应用过程中的稳定性差、匀质性差和易出现水分层以及板结现象等问题。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂，由以下质量百分比的原料组成：膨胀性黏土1～2％、水溶性糖类5～15％、纤维素醚衍生物1～3％、丙三醇60～75％、磷酸酯化试剂15～25％、去离子水2～5％和催化剂0.5～3％。

进一步地，上述混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂，由以下质量百分比的原料组成：膨胀性黏土1～2％、水溶性糖类6～10％、纤维素醚衍生物1～3％、丙三醇60～70％、磷酸酯化试剂15～20％、去离子水2～5％和催化剂0.5～2％。

进一步地，上述混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂，由以下质量百分比的原料组成：膨胀性黏土1％、水溶性糖类6％、纤维素醚衍生物1％、丙三醇70％、磷酸酯化试剂17％、去离子水3％和催化剂2％。

进一步地，膨胀性黏土为高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石中的至少一种。

本发明中膨胀性黏土层间含有大量羟基，可进行改性接枝，得到单分散的悬浮体，并形成网络骨架结构，限制固体颗粒的沉降，同时具有吸附性、增稠性、触变性与膨润性，提升混凝土废浆浓缩液浆体悬浮稳定性。

进一步地，膨胀性黏土的粒径≤20um。

本发明中膨胀性黏土的粒径越小有利于混凝土废浆浓缩液悬浮稳定。

进一步地，水溶性糖类为葡萄糖、甘露糖、果糖、半乳糖、蔗糖、乳糖和麦芽糖中的至少一种。

本发明中水溶性糖类是多羟基化合物，接枝到膨胀性黏土表面可提升混凝土废浆浓缩液的浸润性以及对固体颗粒的吸附能力，改善混凝土废浆浓缩液悬浮分散效果。同时，水溶性糖类作为混凝土缓凝剂，可抑制未水化颗粒的反应，减少水化反应引起的板结和沉降现象。

进一步地，纤维素醚衍生物为甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。

本发明中纤维素醚衍生物可增加混凝土废浆浓缩液浆体的粘度，提升对固体颗粒的分散和悬浮作用。

进一步地，纤维素醚衍生物的分子量范围为5000～30000g/mol。

本发明中纤维素醚衍生物分子量过大，会导致反应溶液粘度过大不利于后续反应。

进一步地，磷酸酯化试剂为三氯化磷、五氧化二磷、焦磷酸和多聚磷酸中的至少一种。

本发明中磷酸酯化试剂对体系中部分羟基进行酯化反应，从而引入磷酸基改性的多羟基结构，增加悬浮剂的吸附基团，提升对固体颗粒的吸附分散作用；同时磷酸基团具有抑制水化的作用，减少水化引起的板结和沉降现象。

进一步地，催化剂为对甲苯磺酸、甲酸、乙酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、亚磷酸中的至少一种。

本发明还提供上述混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂的制备方法，以膨胀性黏土、水溶性糖类、纤维素醚衍生物、丙三醇和磷酸酯化试剂为主要原料，在催化剂的作用下，通过羟基与磷酸基团的酯化反应制得。

进一步地，上述混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将丙三醇和去离子水加入反应容器中，室温搅拌混合均匀，再加入水溶性糖类和纤维素醚衍生物，升温至60～80℃，持续搅拌2～4h，得到澄清溶液；

步骤(2)：将膨胀性黏土加入到步骤(1)所得的澄清溶液中，持续搅拌1～3h，得到均匀悬浮液；

步骤(3)：将催化剂加入到步骤(2)所得的悬浮液中，搅拌5～10min，随后于1～2h内连续加入磷酸酯化试剂，于70～90℃温度下反应4～8h，制得混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂。

进一步地，步骤(2)中搅拌的转速为6000～10000rpm。

本发明步骤(2)中采用高速搅拌的方式可促进黏土的溶胀和溶解，得到均匀的悬浮液。

进一步地，步骤(1)中温度优选为70℃；步骤(3)中温度优选为80℃。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明提供了一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂，以膨胀性黏土、水溶性糖类、纤维素醚衍生物、丙三醇和磷酸酯化试剂为主要原料，通过各组分间的协同作用，显著提升了混凝土废浆浓缩液在存储和应用过程中的稳定性与匀质性，减少了泌水分层以及板结现象。

2、本发明利用膨胀性黏土层间含有的大量羟基，进行改性接枝，形成单分散的悬浮体，得到网络骨架结构，限制固体颗粒的沉降，同时具有吸附性、增稠性、触变性与膨润性，提升浆体悬浮稳定性。

3、本发明利用糖类的多羟基结构，接枝到膨胀性黏土表面，提升混凝土废浆的浸润性以及对固体颗粒的吸附能力，改善悬浮分散效果；同时糖类作为常用的混凝土缓凝剂，可抑制未水化颗粒的反应，减少水化反应引起的板结和沉降现象。

4、本发明在混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂中磷酸酯化试剂对体系中部分羟基进行酯化反应，从而引入磷酸基改性的多羟基结构，增加悬浮剂的吸附基团，提升对固体颗粒的吸附分散作用；同时磷酸基团具有抑制水化的作用，减少水化引起的板结和沉降现象。

5、本发明采用丙三醇同时作为反应溶剂和反应物，作为小分子多羟基化合物，更容易进入到黏土层间，增大黏土膨胀间距，形成改性活性位点，并且与磷酸酯化试剂反应，形成多羟基磷酸酯，对废浆浓缩液中的固体颗粒起到分散和缓凝作用。

6、本发明所涉及的原料均为易得的化工产品，制备方法简单，合成过程无需额外添加反应溶剂，环境友好，适合推广应用，具有实际的应用价值。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)称取100g丙三醇和2.8g去离子水于反应容器内，搅拌混合均匀，随后向其中加入12.6g麦芽糖和1.4g羟丙基甲基纤维素，升温至70℃，持续搅拌2h，得到澄清溶液；

(2)称取1.4g绿泥石加入到步骤1)中的溶液中，转速为6000rpm持续高速搅拌1h，得到均匀悬浮液；

(3)将0.7g亚磷酸加入到步骤2)中的悬浮液中，搅拌5min，随后在1h内连续加入21g焦磷酸，控制反应温度在70℃，反应8h，制得混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂。

实施例2

一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)称取100g丙三醇和3.1g去离子水于反应容器内，搅拌混合均匀，随后向其中加入23.1g乳糖和1.5g羟丙基纤维素，升温至80℃，持续搅拌4h，得到澄清溶液；

(2)称取1.5g伊利石加入到步骤1)中的溶液中，转速为10000rpm持续高速搅拌3h，得到均匀悬浮液；

(3)将1.5g磷酸加入到步骤2)中的悬浮液中，搅拌10min，随后在2h内连续加入23.1g三氯化磷，控制反应温度在90℃，反应7h，制得混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂。

实施例3

一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)称取100g丙三醇和4.6g去离子水于反应容器内，搅拌混合均匀，随后向其中加入7.7g蔗糖和4.6g羟乙基纤维素，升温至70℃，持续搅拌3h，得到澄清溶液；

(2)称取3.1g高岭石加入到步骤1)中的溶液中，转速为9000rpm持续高速搅拌2h，得到均匀悬浮液；

(3)将1.5g亚硫酸加入到步骤2)中的悬浮液中，搅拌8min，随后在2h内连续加入32.3g五氧化二磷，控制反应温度在75℃，反应6h，制得混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂。

实施例4

一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)称取100g丙三醇和3.8g去离子水于反应容器内，搅拌混合均匀，随后向其中加入7.7g半乳糖和1.5g乙基纤维素，升温至75℃，持续搅拌4h，得到澄清溶液；

(2)称取1.5g蒙脱石加入到步骤1)中的溶液中，转速为7000rpm持续高速搅拌1.5h，得到均匀悬浮液；

(3)将0.8g硫酸加入到步骤2)中的悬浮液中，搅拌6min，随后在2h内连续加入38.5g多聚磷酸，控制反应温度在85℃，反应5h，制得混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂。

实施例5

一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)称取100g丙三醇和4.3g去离子水于反应容器内，搅拌混合均匀，随后向其中加入8.6g葡萄糖和1.4g羧甲基纤维素，升温至70℃，持续搅拌3h，得到澄清溶液；

(2)称取1.4g蒙脱石加入到步骤1)中的溶液中，转速为8000rpm持续高速搅拌3h，得到均匀悬浮液；

(3)将2.9g对甲苯磺酸加入到步骤2)中的悬浮液中，搅拌10min，随后在2h内连续加入24.3g多聚磷酸，控制反应温度在80℃，反应6h，制得混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂。

实施例6

一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)称取100g丙三醇和8.3g去离子水于反应容器内，搅拌混合均匀，随后向其中加入10g甘露糖和1.7g甲基纤维素，升温至80℃，持续搅拌2h，得到澄清溶液；

(2)称取1.7g高岭石加入到步骤1)中的溶液中，转速为7000rpm持续高速搅拌2.5h，得到均匀悬浮液；

(3)将3.3g乙酸加入到步骤2)中的悬浮液中，搅拌5min，随后在1h内连续加入41.7g焦磷酸，控制反应温度在90℃，反应8h，制得混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂。

实施例7

一种混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)称取100g丙三醇和2.7g去离子水于反应容器内，搅拌混合均匀，随后向其中加入6.7g果糖和2g羧甲基纤维素，升温至70℃，持续搅拌3h，得到澄清溶液；

(2)称取1.3g伊利石加入到步骤1)中的溶液中，转速为9000rpm持续高速搅拌2h，得到均匀悬浮液；

(3)将0.7g甲酸加入到步骤2)中的悬浮液中，搅拌10min，随后在2h内连续加入20g五氧化二磷，控制反应温度在70℃，反应5h，制得混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂。

实验例1

将实施例1～7所得混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂与其他同类产品进行泌水性能以及底层浆体流变性能测试。通过对比静置相同时间浓缩液的泌水量以及底层浆体的黏度，来判断分散悬浮能力大小。泌水量越少，表明悬浮分散作用越好，底层浆体黏度越小，表明沉降板结程度越低，反之，同理。

本例中基准组不加入任何悬浮稳定剂。对比例1为本发明中采用实施例5中所述原料配比直接一锅法复配而成(即将各组分原料一起加入反应容器中，70℃温度下反应8h，制得)；对比例2与本发明中实施例5的区别仅在于：为未加入膨胀性黏土制备的混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂；对比例3与本发明中实施例5的区别仅在于：为未加入水溶性糖类制备的混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂；对比例4与本发明中实施例5的区别仅在于：为未加入磷酸酯化试剂制备的混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂；对比例5为市售羧甲基纤维素醚；对比例6为市售膨润土；对比例7为聚羧酸减水剂。将研磨后的固含量为40％的混凝土废浆浓缩液搅拌均匀后，取800g置于1000mL量筒中，分别密封静置1天、3天与7天，测试泌水质量，测试结果见表1。

表1实施例与对比例的混凝土浓缩液的泌水量对比

表1数据表明，与基准组相比，加入对比例的废浆浓缩液的泌水量有所降低，泌水率从5％降至3.6％，最大降幅1.4％。而加入本发明制备的悬浮稳定剂的泌水量最低，与基准组相比，浓缩液泌水率从5％降至0.25％，最大降幅4.75％，远低于对比例的泌水率。对比例1～4的泌水率远高于实施例1～7，表明通过本发明的制备方法将膨胀性黏土、水溶性糖类、磷酸酯化试剂引入到废浆浓缩液悬浮稳定剂中，能有效提升悬浮分散效果，减少泌水沉降。同样对比例5～7的泌水率也高于实施例1～7，表明本发明制备的废浆悬浮稳定剂具有更佳优异的效果。

实验例2

本例中所有对比例与实施例样品与实验例1一致，测试样品为实验例1中各实验组静置7天，取自量筒下层20cm高度的废浆浓缩液，采用旋转粘度计测量不同转速下的粘度，测量结果见表2。

表2实施例与对比例的下层20cm混凝土浓缩液的粘度对比

表2数据表明，与基准组相比，加入对比例和实施例的下层20cm废浆浓缩液在不同转速条件下的粘度降低，说明对比例样品和本发明样品均能抑制浓缩液的沉降板结。从粘度数值相比，明显可以看出加入本发明的悬浮稳定剂的浓缩液静置沉降后底层的粘度更低，说明本发明产品能大幅降低废浆浓缩液的沉降板结。对比例1～4的底层废浆浓缩液粘度远高于实施例1～7，表明通过本发明的制备方法将膨胀性黏土、水溶性糖类、磷酸酯化试剂引入到废浆浓缩液悬浮稳定剂中，能有效提升悬浮分散效果，降低废浆浓缩液的沉降板结。同样对比例5～7的浓缩液粘度也高于实施例1～7，表明本发明制备的废浆悬浮稳定剂具有更佳优异分散、悬浮以及稳定的效果。

综上所述，本发明的混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂及其制备方法，利用膨胀性黏土形成了网络骨架结构，可起到限制固体颗粒的沉降，同时具有吸附性、增稠性、触变性与膨润性，提升浆体悬浮稳定性。而糖类的多羟基结构，接枝到黏土表面，提升混凝土废浆的浸润性以及对固体颗粒的吸附能力，改善悬浮分散效果；同时水溶性糖类作为混凝土缓凝剂，可抑制未水化颗粒的反应，减少水化反应引起的板结和沉降现象。同时引入磷酸基改性的多羟基结构，增加悬浮剂的吸附基团，提升对固体颗粒的吸附分散作用；同时磷酸基团具有抑制水化的作用，减少水化引起的板结和沉降现象。多种效果协同作用起到了优异的分散、悬浮和稳定废浆渣浓缩液的效果。本发明的混凝土废浆浓缩液悬浮稳定剂能有效提升混凝土废浆浓缩液在存储过程中的稳定性与匀质性，减少泌水分层以及板结现象。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本领域的技术人员不经创造性劳动即对所描述的具体实施例做的修改或补充或采用类似的方式替代仍属本专利的保护范围。