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CN111978019A - 一种抗菌清水混凝土及其制备工艺 - Google Patents

一种抗菌清水混凝土及其制备工艺 Download PDF

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CN111978019A CN202010807857.XA CN202010807857A CN111978019A CN 111978019 A CN111978019 A CN 111978019A CN 202010807857 A CN202010807857 A CN 202010807857A CN 111978019 A CN111978019 A CN 111978019A
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张致峰
陈朝辉
陆徐波
李勤
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Abstract

本发明涉及混凝土领域,本发明一种抗菌清水混凝土及其制备工艺,公开了一种抗菌清水混凝土,解决了现有使用季铵盐抗菌剂的抗菌清水混凝土在温热潮湿环境下抗菌效果衰减显著的问题,其在使用有机抗菌剂季铵盐的同时还加入无机抗菌剂硫酸铜和氨,由此提高抗菌性能以及由有机抗菌剂季铵盐在湿热受潮环境中水解导致的抗菌性能衰减;同时还公开了上述抗菌清水混凝土的制备工艺,使无机抗菌剂硫酸铜和氨对减缓有机抗菌剂季铵盐水解导致抗菌性能衰减效果更好。

Description

一种抗菌清水混凝土及其制备工艺
技术领域
本发明涉及混凝土领域,更具体地说,它涉及一种抗菌清水混凝土及其制备工艺。
背景技术
混凝土指以水泥为主要胶凝材料,与水、砂、石子,必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料,按适当比例配合,经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。在温热潮湿的环境下,混凝土的表面易滋生细菌,对混凝土造成生物侵蚀,导致混凝土强度以及表面完整性下降。
故而现有技术中改进了混凝土,在普通混凝土中加入抗菌剂,例如季铵盐抗菌剂,用以使混凝土具有抗菌效果,得到抗菌清水混凝土。
但现有季铵盐抗菌剂的抗菌清水混凝土在温热潮湿环境下易吸水湿润,同时混凝土中的碱性成分溶于水中,使得抗菌清水混凝土中自由水为碱性,季铵盐在此环境下容易水解,降低了抗菌清水混凝土的抗菌效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的第一个目的在于提供一种抗菌清水混凝土,其具有抑制季铵盐在碱性环境下水解,增强除菌效果的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种抗菌清水混凝土的制备工艺,获得一种抗菌效果好,抗菌衰减慢的抗菌清水混凝土。
为实现上述第一个目的,本发明提供了如下技术方案:
一种抗菌清水混凝土,所述抗菌清水混凝土包含以下重量份数的原料:
水泥450-550份,
混合砂600-800份,
碎石800-1000份,
水100-200份,
季铵盐10-15份,
可溶性铜盐10-20份,
氨40-80份。
通过采用上述技术方案,由于采用有机抗菌剂和无机抗菌剂相混合,抗菌效果较好,不受紫外线干扰,由于混凝土在温热潮湿的环境中容易滋生细菌,且混凝土的pH较高,而有机抗菌剂季铵盐在碱性环境中,季铵盐的铵根离子与水所电离出来的氢氧根生成弱电解质的水解反应,使其抗菌效果变差。
本申请通入氨来抑制季铵盐的水解反应,同时作为抗菌剂的可溶性铜盐,其溶解出的铜离子与氨结合形成铜氨络合物,将氨稳定结合入未固化的混凝土中,使得氨抑制季铵盐的水解反应的效果得到实际作用,避免混凝土混合制备过程中的高温破坏氨存在的环境,由此减少季铵盐的水解,提高抗菌效果以及减少成品混凝土在后续受潮后抗菌效果的衰减。
优选地,所述可溶性铜盐为硫酸铜。
通过采用上述技术方案,使得季铵盐在固化混凝土中再次水解减缓,由此减缓抗菌效果的衰减,本发明人认为其可能是由于水泥水化过程中会产生氢氧化钙,使未固化混凝土呈碱性,硫酸铜可与氢氧化钙生成硫酸钙,硫酸钙微溶于水,将一部分钙离子“固化”,不再再次溶解,未固化的混凝土中的碱转化为较氢氧化钙溶解度更低的碱(如氢氧化铜)或溶解度极好的碱(氢氧化钠或氢氧化钾);
其中转化为较氢氧化钙溶解度更低的碱降低了混凝土中可溶性碱或使液体环境中呈碱性的总碱量;
转化为溶解度极好的碱,总碱量上限有限,对液体环境中碱性不会造成提升,但溶解度极好的碱在固化的混凝土受潮时随水分流动流失快,固化的混凝土中碱性减低快,由此使得季铵盐在固化混凝土中再次水解减缓,由此减缓抗菌效果的衰减。
优选地,所述抗菌清水混凝土包含以下重量份数的原料:
水泥500份,
混合砂700份,
碎石900份,
水150份,
季铵盐12份,
硫酸铜15份,
氨60份。
通过采用上述技术方案,使用这些重量份数的原料能够使各组分要聊相互作用效果更优,得以得到抗菌效果更好的混凝土。
优选地,一种抗菌清水混凝土的制备工艺,包括以下步骤:
S1:将水泥、混合砂、碎石搅拌均匀,得到混合原料;
S2:在水中加入季铵盐、可溶性铜盐,得到混合液体;
S3:在混合液体中通入氨,温度为60-80℃,得到待用液体;
S4:将混合原料与待用液体混合,搅拌均匀,浇筑,振捣,得到浇筑产品;
S5:将浇筑产品在5-25℃的潮湿环境中养护7-9天,得到抗菌清水混凝土成品。
通过采用上述技术方案,通过有机抗菌剂和无机抗菌剂接合的方法提高抗菌效果,通入氨抑制碱性环境下季铵盐中的铵根离子与水中氢氧根生成弱电解质的水解反应,同时利用无机抗菌剂与氨结合为配合物稳定体系中的氨,进一步使混凝土的抗菌效果更好。
优选地,一种抗菌清水混凝土的制备工艺,包括以下步骤:
S1:将水泥、混合砂、碎石搅拌均匀,得到混合原料;
S2:在水中加入季铵盐、可溶性铜盐,得到混合液体;
S3:将混合原料与待用液体混合,搅拌均匀,浇筑,振捣,得到浇筑产品;
S4:在混凝土中鼓入氨,温度为60-80℃;
S5:将浇筑产品在5-25℃的潮湿环境中养护7-9天,得到抗菌清水混凝土成品。
通过采用上述技术方案,可溶性铜盐在转化为铜氨络合物过程中,由铜离子到碱式铜盐沉淀再到铜氨络合物,上述过程中铜离子到碱式铜盐沉淀所消耗的氢氧根由水泥中的碱提供,由此减缓混凝土混合制备过程中碱性物质的释放,减缓季铵盐在混合过程中的水解;再在混凝土中通入氨,此时碱式铜盐沉淀开始转化为铜氨络合物,原碱式铜盐沉淀中氢氧根得到释放,但此时氨和铜氨络合物对季铵盐进行保护,进一步减缓季铵盐水解,由此增强本申请对季铵盐水解抑制效果,使得获得抗菌清水混凝土抗菌效果更好以及抗菌效果衰减更小。
优选地,所述上述原料中还包括减水剂。
通过采用上述技术方案,减水剂增加混凝土的流动性,使后续在混凝土中通氨的难度减小,将更多的氨进入混凝土,增强生成铜氨配合物的反应效果,抑制季铵盐中的铵根离子与水中氢氧根生成弱电解质的水解反应的效果更优。
优选地,所述减水剂为聚羧酸减水剂。
通过采用上述技术方案,聚羧酸减水剂呈酸性,进一步降低混凝土的碱性,减缓季铵盐中铵根离子与水中氢氧根生成弱电解质的水解反应。
优选地,所述聚羧酸减水剂为甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯。
通过采用上述技术方案,甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯进一步降低混凝土固化后所发生的水解反应,增强混凝土的额、抗菌效果,且甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯不与混凝土的其他原料发生反应,不影响其他原料的相互作用。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1.由于本发明采用有机抗菌剂和无级抗菌剂相结合加入混凝土中,由于有机抗菌剂与无机抗菌剂混合后抗菌效果更好,获得了提高抗菌清水混凝土抗菌性能的效果。
2.由于本发明中采用氨,由于氨具有抑制季铵盐在碱性环境下发生水解反应,获得了进一步提高抗菌性能的效果。
3.由于本发明中无机抗菌剂采用铜离子,由于氨不稳定,铜与氨能够形成配合物,因此获得了减少氨挥发的效果。
具体实施方式
水泥为唐山市丰润区圣元伟业商贸有限公司产品,强度为R42.5。
混合砂为宜兴市李宜耐火原料有限公司产品,粒度1~2mm。
碎石为广西友信矿业有限公司产品,粒度为3~4cm。
硫酸铜为苏州铨镒化工科技有限公司产品。
甲基二乙氧基硅烷季铵盐为甲基二乙氧基硅烷季铵盐为武汉华翔科洁生物技术有限公司产品。
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯为河北圣通建材科技有限公司产品。
氨为河南迎众化工产品有限公司产品。
实施例1,
一种抗菌清水混凝土,所述抗菌清水混凝土由包含以下重量份数的原料:
水泥450份,混合砂600份,碎石1000份,水100份,甲基二乙氧基硅烷季铵盐10份,硫酸铜10份,氨60份,聚羧酸减水剂5份。
其包括以下步骤:
S1:将水泥、混合砂、碎石、水搅拌均匀,得到混合原料;
S2:在水中加入聚羧酸减水剂、甲基二乙氧基硅烷季铵盐、硫酸铜,混合得到混合液体,聚羧酸减水剂为甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯;
S3:在70℃的混合液体中通入氨,得到待用液体;
S4:将混合原料与待用液体混合,搅拌均匀,浇筑,振捣,得到浇筑产品;
S5:将浇筑产品在20℃的潮湿环境中养护7天,得到抗菌清水混凝土成品。
实施例2,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于原料包括以下:水泥550份,混合砂800份,碎石800份,水200份,甲基二乙氧基硅烷季铵盐15份,硫酸铜20份,氨80份,聚羧酸减水剂4份。
实施例3,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于原料包括以下:水泥500份,混合砂700份,碎石900份,水150份,甲基二乙氧基硅烷季铵盐12份,硫酸铜15份,氨60份,聚羧酸减水剂7份。
对比例1,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2基础上,区别之处在于硫酸铜用量为0。
对比例2,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2基础上,区别之处在于甲基二乙氧基硅烷季铵盐用量为0。
实施例4,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于使用用等摩尔量辛烷基二甲基苄基季铵盐替代甲基二乙氧基硅烷季铵盐。
实施例5,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于使用等摩尔量硝酸铜替代硫酸铜。
实施例6,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于聚羧酸减水剂用量为0。
实施例7,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于使用等质量的木质素磺酸钠替代甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯。
实施例8,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于所述S3的温度为60℃。
实施例9,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于所述S3的温度为80℃。
对比例3,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于所述S3的温度为50℃。
对比例4,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于所述S3的温度为90℃。
实施例10,
一种抗菌清水混凝土,其原料用量于实施例1相同,其区别在于,制备方法如下:
S1:将水泥、混合砂、碎石搅拌均匀,得到混合原料;
S2:在水中加入季铵盐、可溶性铜盐和聚羧酸减水剂,得到混合液体;
S3:将混合原料与待用液体混合,搅拌均匀,浇筑,振捣,得到浇筑产品;
S4:在混凝土中鼓入氨,鼓入时保持混凝土温度为70℃;
S5:将浇筑产品在20℃的潮湿环境中养护7天,得到抗菌清水混凝土成品。
实施例11,
一种抗菌清水混凝土,其原料用量于实施例2相同,其区别在于,制备方法如下:
S1:将水泥、混合砂、碎石搅拌均匀,得到混合原料;
S2:在水中加入季铵盐、可溶性铜盐和聚羧酸减水剂,得到混合液体;
S3:将混合原料与待用液体混合,搅拌均匀,浇筑,振捣,得到浇筑产品;
S4:在混凝土中鼓入氨,鼓入时保持混凝土温度为70℃;
S5:将浇筑产品在20℃的潮湿环境中养护7天,得到抗菌清水混凝土成品。
实施例12,
一种抗菌清水混凝土,其原料用量于实施例3相同,其区别在于,制备方法如下:
S1:将水泥、混合砂、碎石搅拌均匀,得到混合原料;
S2:在水中加入季铵盐、可溶性铜盐和聚羧酸减水剂,得到混合液体;
S3:将混合原料与待用液体混合,搅拌均匀,浇筑,振捣,得到浇筑产品;
S4:在混凝土中鼓入氨,鼓入时保持混凝土温度为70℃;
S5:将浇筑产品在20℃的潮湿环境中养护7天,得到抗菌清水混凝土成品。
对比例5,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2基础上,区别之处在于硫酸铜用量为0。
对比例6,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2基础上,区别之处在于甲基二乙氧基硅烷季铵盐用量为0。
实施例13,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例10的基础上,其区别之处在于S4的温度为60℃。
实施例14,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例10的基础上,其区别之处在于S4的温度为80℃。
对比例7,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例10的基础上,其区别之处在于S4的温度为50℃。
对比例8,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例10的基础上,其区别之处在S4的温度为90℃。
对比例9,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例2的基础上,其区别之处在于所述氨的用量为0。
对比例10,
一种抗菌清水混凝土,基于实施例10的基础上,其区别之处在于S4中氨用量为0。
性能检测试验
根据论文徐安正,孟云芳.抗菌高性能混凝土试验研究[J].绿色科技,2014(4):315-317.中记载的抗菌效果实验进行测试,测试结果试样48h培育的培育液以波长630nm的吸光度表示,吸光度越大,细菌浓度越低,抗菌效果越好。
分别对养护初产品抗菌清水混凝土试样和模拟环境试样进行测试。
模拟环境试样:将养护初产品抗菌清水混凝土试样在30℃、相对湿度80%且每间隔1天用水完全浸润混凝土表面,持续28天后获得。
养护初产品抗菌清水混凝土试样测试结果如下:
Figure BDA0002629816870000071
其中,实施例11为最优,对比例6为最差。
对于对比例和实施例所得的抗菌清水混凝土进行性能检测,结果如下:
抗菌清水混凝土制备过程中各组分的最佳用量为水泥500份,混合砂700份,碎石900份,水150份,外加剂15份,有机硅季铵盐12份,硫酸铜15份,氨60份。
季铵盐采用有机硅季铵盐效果更优,硫酸铜比硝酸铜效果更优,氨需要用管道不断地大量通入,以减少其挥发,提高利用率。
在70℃的条件下生成铜氨配合物的反应进行的更快、更彻底,温度范围低于60℃或高于80℃反应效果明显变差。
加入有机抗菌剂和无机抗菌剂相混合比单纯加入有机抗菌剂的抗菌效果更好。
模拟环境试样:将养护初产品抗菌清水混凝土试样室温下放置一个月后获得。
模拟环境试样测试结果如下:
Figure BDA0002629816870000081
从抗菌性衰减的结果来看,对比实施例1-3和对比例9,对比实施例9-11和对比例10可知,本申请中氨、可溶性铜盐和季铵盐混合使用,有效的减缓的湿热受潮环境对抗菌清水混凝土的抗菌性能衰减。
对比实施例2和实施例5可知,使用硫酸铜较硝酸铜而言,对减缓的湿热受潮环境对抗菌清水混凝土的抗菌性能衰减更好。
对比实施例2和实施例7可知,使用聚羧酸减水剂较其他减水剂而言,对减缓的湿热受潮环境对抗菌清水混凝土的抗菌性能衰减更好。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种抗菌清水混凝土,其特征在于,所述抗菌清水混凝土包含以下重量份数的原料:
水泥450-550份,
混合砂600-800份,
碎石800-1000份,
水100-200份,
季铵盐10-15份,
可溶性铜盐10-20份,
氨40-80份。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌清水混凝土,其特征在于,所述可溶性铜盐为硫酸铜。
3.根据权利要求2所述的一种抗菌清水混凝土的制备方法,其特征在于,所述抗菌清水混凝土包含以下重量份数的原料:
水泥500份,
混合砂700份,
碎石900份,
水150份,
季铵盐12份,
硫酸铜15份,
氨60份。
4.根据权利要求1-3任一所述一种抗菌清水混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将水泥、混合砂、碎石搅拌均匀,得到混合原料;
S2:在水中加入季铵盐、可溶性铜盐,得到混合液体;
S3:在混合液体中通入氨,温度为60-80℃,得到待用液体;
S4:将混合原料与待用液体混合,搅拌均匀,浇筑,振捣,得到浇筑产品;
S5:将浇筑产品在5-25℃的潮湿环境中养护7-9天,得到抗菌清水混凝土成品。
5.权利要求1-3任一所述一种抗菌清水混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将水泥、混合砂、碎石搅拌均匀,得到混合原料;
S2:在水中加入季铵盐、可溶性铜盐,得到混合液体;
S3:将混合原料与待用液体混合,搅拌均匀,浇筑,振捣,得到浇筑产品;
S4:在混凝土中鼓入氨,温度为60-80℃;
S5:将浇筑产品在5-25℃的潮湿环境中养护7-9天,得到抗菌清水混凝土成品。
6.根据权利要求5所述的一种抗菌清水混凝土,其特征在于,所述上述原料中还包括减水剂。
7.根据权利要求6所述的一种抗菌清水混凝土,其特征在于,所述减水剂为聚羧酸减水剂。
8.根据权利要求7所述的一种抗菌清水混凝土,其特征在于,所述聚羧酸减水剂为甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯。
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