(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.09.24
C N 104058621
A (21)申请号 201410304710.3
(22)申请日 2014.06.30
C04B 18/08(2006.01)
C08G 16/04(2006.01)
(71)申请人山东宏艺科技股份有限公司
地址276034 山东省临沂市河东区人民大街
369号
(72)发明人宋南京 侯涛 赵贵亮 朱化雨
赵洪义
(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限
公司 11227
代理人赵青朵
(54)发明名称
(57)摘要
本发明提供了一种粉煤灰活性激发剂及其制
备方法，该方法将对氨基苯磺酸钠、水、碱液、丙
活性激发剂，其具有式(I)所示的重复单元，数均
分子量为5000～20000。该激发剂分子结构包括
含有孤对电子的N 和C ＝O 双键，能激发粉煤灰中
的活性SiO 2和Al 2O 3，使其与Ca(OH)2电离出来的
钙离子反应，生成具有空间网络结构的水合硅酸
钙和水合铝酸钙等水合产物；并且，该激发剂分
子中含有大量的羟基，溶于水后，电离出OH -，会腐
蚀粉煤灰玻璃体的表面，使粉煤灰的表面结构解
体，增加粉煤灰的不饱和键，促进火山灰反应，可以在掺量较低的情况下有效激发粉煤灰的活性。
式(I)
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书9页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书9页(10)申请公布号CN 104058621 A
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1.一种粉煤灰活性激发剂，具有式(I)所示的重复单元
：
式(I)；
所述粉煤灰活性激发剂的数均分子量为5000～20000。
2.一种权利要求1所述的粉煤灰活性激发剂的制备方法，包括以下步骤：
将对氨基苯磺酸钠、水、碱液、丙酮、尿素和甲醛溶液混合后进行反应，得到粉煤灰活性激发剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
A)将对氨基苯磺酸钠和水混合，利用碱液调节pH 值至12～14，得到混合溶液；
B)将所述混合溶液与丙酮及尿素混合后进行反应，得到第一反应液；
C)将所述第一反应液与甲醛溶液混合后进行反应，得到粉煤灰活性激发剂。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述对氨基苯磺酸钠、水、丙酮、尿素和甲醛溶液的重量份之比为(30～50)：(80～120)：(20～40)：(10～20)：(80～130)。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)中，所述反应的温度为50℃～60℃，所述反应的时间为0.5h ～1h 。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C)中，所述混合的温度为75℃～85℃。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C)中，所述混合具体为：向所述第一反应液中滴加甲醛溶液，所述滴加的时间为2h ～3h 。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C)中，所述反应的温度为90℃～98℃，所述反应的时间为3h ～4h 。
9.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述碱液的质量浓度为30％。
10.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述甲醛溶液的质量浓度为37％。权 利 要 求 书CN 104058621 A
粉煤灰活性激发剂及其制备方法技术领域
[0001] 本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种粉煤灰活性激发剂及其制备方法。背景技术
[0002]
粉煤灰，是可以从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是一种具有潜在活性的火
山灰质粉末，可作为水泥和混凝土等建筑材料的掺料，具有改善材料性能和降低成本等作用。粉煤灰的成分包括活性成分和表面光滑且坚硬的玻璃体等，其中，玻璃体的存在会阻碍活性成分的水化，从而导致粉煤灰在使用时早期活性低，影响其在水泥和混凝土中的掺量。
[0003] 为了提高粉煤灰在水泥和混凝土中的掺量，必须激发其潜在活性。激发粉煤灰活性的途径主要有三种：一是物理活化，即通过机械磨细来破坏粉煤灰玻璃体的结构，同时增加比表面积，以加快生成Ca(OH)2的水化反应速度；二是化学活化，即通过添加化学激发剂和改性剂来激发粉煤灰的活性；三是水热激发。相比之下，通过加入化学激发剂和改性剂的化学活化方法快捷，简单有效。目前，粉煤灰活性激发剂主要分为无机类激发剂和有机类激发剂，其中，无机类激发剂主要有NaOH 、Na 2SiO 3和Na 2CO 3(纯碱)等碱性化合物，CaSO 4和Na 2SO 4等硫酸盐，以及NaCl 和CaCl 2等卤化物。有机类激发剂主要有三乙醇胺和三异丙醇胺等醇胺类有机物，以及乙二醇和丙三醇等醇类有机物。
[0004] 虽然上述激发剂对粉煤灰的活性都有一定的激发作用，但是，这些粉煤灰活性激发剂的掺量普遍较大，成本较高，也会影响混凝土等材料的质量，例如，碱含量过高会引起碱集料反应，氯盐会锈蚀钢筋等等。发明内容
[0005]
为了解决以上技术问题，本发明提供一种粉煤灰活性激发剂及其制备方法，本发
明提供的粉煤灰活性激发剂在较低的掺量下，能有效激发粉煤灰的活性，提高粉煤灰在水泥和混凝土中的掺量。
[0006] 本发明提供一种粉煤灰活性激发剂，具有式(I)所示的重复单元：[0007] 式(I)；
[0008]
所述粉煤灰活性激发剂的数均分子量为5000～20000。
[0009] 本发明提供一种上文所述的粉煤灰活性激发剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010] 将对氨基苯磺酸钠、水、碱液、丙酮、尿素和甲醛溶液混合后进行反应，得到粉煤灰活性激发剂。
[0011] 优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：
[0012] A)将对氨基苯磺酸钠和水混合，利用碱液调节pH 值至12～14，得到混合溶液；
[0013] B)将所述混合溶液与丙酮及尿素混合后进行反应，得到第一反应液；
[0014] C)将所述第一反应液与甲醛溶液混合后进行反应，得到粉煤灰活性激发剂。[0015] 优选的，所述对氨基苯磺酸钠、水、丙酮、尿素和甲醛溶液的重量份之比为(30～50)：(80～120)：(20～40)：(10～20)：(80～130)。
[0016] 优选的，所述步骤B)中，所述反应的温度为50℃～60℃，所述反应的时间为0.5h～1h。
[0017] 优选的，所述步骤C)中，所述混合的温度为75℃～85℃。
[0018] 优选的，所述步骤C)中，所述混合具体为：
[0019] 向所述第一反应液中滴加甲醛溶液，所述滴加的时间为2h～3h。
[0020] 优选的，所述步骤C)中，所述反应的温度为90℃～98℃，所述反应的时间为3h～4h。
[0021] 优选的，所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述碱液的质量浓度为30％。[0022] 优选的，
所述甲醛溶液的质量浓度为37％。
[0023] 与现有技术相比，本发明采用对氨基苯磺酸钠、丙酮、尿素和甲醛溶液为反应原料，以水为溶剂，利用碱液调节pH值，经过反应，得到具有式(I)所示的重复单元的粉煤灰活性激发剂，其数均分子量为5000～20000。在本发明中，所述粉煤灰活性激发剂具有式(I)所示的重复单元，一方面其分子结构包括含有孤对电子的N和C＝O双键，能够激发
粉煤灰中的活性SiO
2和Al
2
O
3
，使其与Ca(OH)
2
电离出来的钙离子反应，生成具有空间网络
结构的水合硅酸钙和水合铝酸钙等水合产物；另一方面，所述粉煤灰活性激发剂分子中含有大量的羟基，溶于水后，电离出OH-，会腐蚀粉煤灰玻璃体的表面，使粉煤灰的表面结构解体，增加粉煤灰的不饱和键，促进火山灰反应，从而可以在掺量较低的情况下有效激发粉煤灰的活性。实验表明，所述粉煤灰活性激发剂掺加量可为0.5‰～1.0‰，用于粉煤灰复合水泥中，可使掺加50％粉煤灰的水泥的3d(3天)抗压强度提高4MPa～7MPa，28d(28天)抗压强度提高5MPa～10MPa；在水泥强度不变的条件下，使用所述粉煤灰活性激发剂，可使熟料掺入量降低6～8个百分点；用于粉煤灰混凝土中，在混凝土配比不变的情况下，3d和28d强度均能提高5MPa～8MPa，在保证混凝土强度不变的条件下，可提高粉煤灰替代水泥量的10％～20％。
具体实施方式
[0024] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0025] 本发明公开了一种粉煤灰活性激发剂，具有式(I)所示的重复单元：
[0026] 式(I)；
[0027] 所述粉煤灰活性激发剂的数均分子量为5000～20000。
[0028] 本发明提供的粉煤灰活性激发剂为高分子聚合物，属于化学激发剂，成本低，质量均一稳定，在较低的掺量下，能够有效激发粉煤灰的活性，提高其在水泥和混凝土中的掺量。
[0029] 在本发明中，所述粉煤灰活性激发剂具有式(I)所示的重复单元，一方面其分子
结构包括含有孤对电子的N和C＝O双键，能够激发粉煤灰中的活性SiO
2和Al
2
O
3
，使其与
Ca(OH)
2
电离出来的钙离子反应，生成具有空间网络结构的水合硅酸钙和水合铝酸钙等水合产物；另一方面，所述粉煤灰活性激发剂分子中含有大量的羟基，溶于水后，电离出OH-，会腐蚀粉煤灰玻璃体的表面，使粉煤灰的表面结构解体，增加粉煤灰的不饱和键，促进火山灰反应，从而可以在掺量较低的情况下有效激发粉煤灰的活性。
[0030] 同时，由于本发明提供的粉煤灰活性激发剂为大分子单相均一物质，相对于有机物和无机物混合的复配型激发剂，其不会因温度的变化出现分层、沉淀，质量稳定。[0031] 在本发明中，所述粉煤灰活性激发剂的数均分子量为5000～20000，优选为6000～15000。所述粉煤灰活性激发剂的粘度(25℃)优选为100mPa·S～130mPa·S，更优选为110mPa·S～120mPa·S。
[0032] 本发明提供的粉煤灰活性激发剂为红棕透明液体，其掺加量可为0.5‰～1.0‰，用于粉煤灰复合水泥中，可使掺加50％粉煤灰的水泥的3d(3天)抗压强度提高4MPa～7MPa，28d(28天)抗压强度提高5MPa～10MPa；在水泥强度不变的条件下，使用所述粉煤灰活性激发剂，可使熟料掺入量降低6～8个百分点；用于粉煤灰混凝土中，在混凝土配比不变的情况下，3d和28d强度均能提高5MPa～8MPa，在保证混凝土强度不变的条件下，可提高粉煤灰替代水泥量的10％～20％。
[0033] 本发明提供的粉煤灰活性激发剂可适用于各等级粉煤灰，尤其在低等级粉煤灰中的使用效果更佳，其通过化学激发作用，使粉煤灰的活性成分得到进一步的激发，大大提高粉煤灰在水泥和混凝土中的掺量，经济效益和社会效益显著。
[0034] 相应的，本发明提供了一种上文所述的粉煤灰活性激发剂的制备方法，包括以下步骤：
[0035] 将对氨基苯磺酸钠、水、碱液、丙酮、尿素和甲醛溶液混合后进行反应，得到粉煤灰活性激发剂。
[0036] 本发明提供了一种粉煤灰活性激发剂的制备技术，制得的激发剂激发活性高，掺量低，不仅能够有效激发粉煤灰的活性，而且可以改善混凝土等的性能。并且，此激发剂为合成的高分子产品，质量均一稳定。
[0037] 本发明实施例将对氨基苯磺酸钠、水、碱液、丙酮、尿素和甲醛溶液加入反应釜中，混合后进行反应，得到粉煤灰活性激发剂。
[0038] 作为优选，所述制备方法具体包括以下步骤：
[0039] A)将对氨基苯磺酸钠和水混合，利用碱液调节pH值至12～14，得到混合溶液；[0040] B)将所述混合溶液与丙酮及尿素混合后进行反应，得到第一反应液；
[0041] C)将所述第一反应液与甲醛溶液混合后进行反应，得到粉煤灰活性激发剂。[0042] 具体的，本发明实施例首先将对氨基苯磺酸钠和水加入反应瓶中，开动搅拌，待对氨基苯磺酸钠完全溶解后，加入碱液，调节pH值至12～14，得到混合溶液。
[0043] 本发明以对氨基苯磺酸钠为反应原料，可提供带孤对电子的N；并以水为溶剂，利
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