一种水泥块水基溶解剂及其制备方法

1.本发明涉及一种水泥块水基溶解剂及其制备方法，属于功能性材料研发领域。


背景技术：

2.为了缩短房屋建筑周期，提高施工效率，越来越多的施工单位采纳混凝土预制(浇筑)构件拼装方式进行快速施工。混凝土预制(浇筑)构件制作离不开混凝土搅拌罐和预制模具。但若水泥混凝土搅拌罐和预制模具清理不及时，会导致残余水泥混凝土固结在搅拌罐和预制模具中。而水泥混凝土固结的搅拌罐和预制模具清理非常麻烦，通常采用振动、电转、高温烘烤、机械挤压等方式清理在，清理效率低，还易产生安全危害事故。若能研发一种高效的水泥溶解剂，这可以避免上述问题的发生。但现有的水泥混凝土溶解剂配置原料均离不开硫酸、盐酸、氢氟酸等强酸、强腐蚀性试剂，这类试剂采购难度大且无法大批量长期堆存，不利于水泥溶解剂的产业化生产。因此，研发一种无需以硫酸、盐酸、氢氟酸等为原料且以非管控类试剂和常见物质为原料的高效水泥溶解剂，更新研发方法，是解决上述问题的关键。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了一种无需加入盐酸和硫酸或其他腐蚀性强的水泥块水基溶解剂，本发明还要解决的技术问题是提供了一种水泥溶解能力强的水泥块水基溶解剂的制备方法。
4.技术方案：本发明所述一种水泥块水基溶解剂按重量份数包括以下组分制成：氯化钠15～120份、糖类物质150份、水165～810份、磷酸9～186份和硝酸18～223份。
5.其中，所述水泥块水基溶解剂按重量份数包括以下组分制成：氯化钠30～90份、糖类物质150份、水180～720份、磷酸10～165份和硝酸20～178份。
6.其中，糖类物质包括但不仅限于食品级、工业级等的糖类物质，其可以为白糖、蔗糖或葡萄糖等一种或几种糖类物质。
7.本发明还包括所述水泥块水基溶解剂的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将氯化钠与糖类物质混合，得到混盐糖；
9.(2)将混盐糖与水混合，搅拌至混盐糖完全溶解，得到混盐糖溶液；
10.(3)向混盐糖溶液中加入磷酸和硝酸，得到酸化混盐糖溶液；
11.(4)将酸化混盐糖溶液导入电解槽阳极室，同时进行直流电解和低温等离子体照射，得到水泥块水基溶解剂。
12.其中，步骤(1)中，所述氯化钠与糖类物质质量比为1～3:5。
13.其中，步骤(2)中，所述水和混盐糖液固比为1～3:1ml/g。
14.其中，步骤(3)中，所述酸化混盐糖溶液中磷酸的质量浓度为2.5～12.5％，所述酸化混盐糖溶液中硝酸的质量浓度为5～15％。
15.其中，步骤(4)中，所述同时进行直流电解和低温等离子体照射时间为1～4h。
16.其中，步骤(4)中，所述直流电解的电压为20～120v，直流电解的电流为500～2500a。
17.其中，步骤(4)中，所述低温等离子体照射作用气氛为阳极室阳极电极产生的气体。
18.其中，步骤(4)中，所述低温等离子体照射的电压为5～75kv。
19.反应机理：在电解作用下，氯离子迁移至阳极电极表面生成氯气，钠离子转移出阳极室，水分子在阳极表面发生水解生成氢离子和氧气。氯气可实现糖类物质中大分子碳链断裂，同时可转化为次氯酸根。同时氯气和氧气扩散至低温等离子体放电通道中后发生电离和解离，生成氯自由基和氧自由基。氯自由基和氧自由基不仅可进一步氧化糖类物质，使其成分中的碳环断裂开，转化成碳链长短不一的羧酸基物质。氯自由基和氧自由基还可与水结合，生成盐酸、次氯酸、氯酸、高氯酸。次氯酸和氯酸还可再被阳极氧化转化为高氯酸。在氧自由基氧化作用及氢离子结合作用下，磷酸发生水解聚合，生成聚磷酸。聚磷酸将羧酸基物质、盐酸、次氯酸、氯酸、高氯酸、硝酸有效溶合在一起。
20.将水泥块泡入溶解剂中后，聚磷酸有利于提高溶解剂与水泥块界面的接触时间，溶解剂中的盐酸、次氯酸、氯酸、高氯酸、硝酸协同作用，表现出极强的氧化特性和酸溶特性，可使得水泥中的胶凝物质快速溶解。聚磷酸和糖类物质中羧酸基物质可与水泥块中溶解出的钙离子快速结合，从而促进水泥块硅酸盐持续析出。聚磷酸和糖类物质中羧酸基物质还可吸附到构建表面，还可避免溶解剂对构建的腐蚀。
21.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明制备过程简单，所需原料常见且易得，原料中无需加入盐酸和硫酸或其他腐蚀性强的物质，制备的水泥块溶解剂为水基溶解剂，水泥溶解能力强。
附图说明
22.图1为本发明制备方法的流程图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
24.实施例1氯化钠与白糖质量比对所制备水泥块溶解剂性能影响
25.按照氯化钠与白糖质量比0.5:5、0.7:5、0.9:5、1:5、2:5、3:5、3.2:5、3.5:5、4:5分别称取氯化钠与白糖混合，得到九组混盐糖。按照液固比1:1ml/g混合水和混盐糖，搅拌直至混盐糖完全溶解，得到混盐糖溶液。向混盐糖溶液中加入磷酸和硝酸，得到酸化混盐糖溶液，酸化混盐糖溶液中磷酸的质量浓度为2.5％，酸化混盐糖溶液中硝酸的质量浓度为5％。将酸化混盐糖溶液导入电解槽阳极室，并随后对酸化混盐糖溶液同时进行直流电解和低温等离子体照射1h，得到九组水泥块水基溶解剂。其中直流电解的电压为20v，直流电解的电流为500a，低温等离子体照射作用气氛为阳极室阳极电极产生的气体(氯气和氧气混合气体)，低温等离子体照射时的电压为5kv。
26.待检水泥块制备：购买普通硅酸盐水泥制成受检胶砂，胶砂的制备、试件的制备、试件的养护、试件龄期的选择均依据《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》gb/t17671-1999标准执行。试件制备所掺沙采用《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》gb/t17671-1999规定的iso
标准沙。
27.溶解率：取养护28天的待检水泥块，分别称取九组待检水泥试件块重量(g)，然后将九组水泥试件块浸没在上述制备的九组水泥块溶解剂中，过12h后取出水泥试件块置于烘箱中，在120℃温度下烘干2h，取出烘干后的水泥试件块，称取九组溶解后水泥试件块的重量(g)，水泥块溶解率按照下列公式计算，其中loss％为水泥块溶解率，m1和m2分别为待检水泥试件块原样重量(g)与溶解后水泥试件块的重量(g)。
[0028][0029]
本实施例试验结果见表1。
[0030]
表1氯化钠与白糖质量比对所制备水泥块溶解剂性能影响
[0031][0032]
由表1可知，当氯化钠与白糖质量比低于1:5，氯气和氯自由基生成量减少，白糖中大分子碳链断裂效率降低，使得羧酸基物质、盐酸、次氯酸、氯酸、高氯酸最终生成量减少，导致水泥块溶解率随着氯化钠与白糖质量比减小而显著降低。当氯化钠与白糖质量比等于1～3:5，在电解作用下，氯离子迁移至阳极电极表面生成氯气，钠离子转移出阳极室，水分子在阳极表面发生水解生成氢离子和氧气。氯气可实现白糖中大分子碳链断裂，同时可转化为次氯酸根。同时氯气和氧气扩散至低温等离子体放电通道中后发生电离和解离，生成氯自由基和氧自由基。氯自由基和氧自由基不仅可进一步氧化白糖，使其成分中的碳环断裂开，转化成碳链长短不一的羧酸基物质。氯自由基和氧自由基还可与水结合，生成盐酸、次氯酸、氯酸、高氯酸。次氯酸和氯酸还可再被阳极氧化转化为高氯酸。最终，水泥块溶解率均大于64％。当氯化钠与白糖质量比大于1:5，水泥块溶解率随着氯化钠与白糖质量比进一步增加变化不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当氯化钠与白糖质量比等于1～3:5时，最有利于提高所制备水泥块溶解剂性能。
[0033]
实施例2电解电压对所制备水泥块溶解剂性能影响
[0034]
分别按照氯化钠与白糖质量比3:5分别称取氯化钠与白糖混合，得到九组混盐糖。
按照液固比2:1ml/g混合水和混盐糖，搅拌直至混盐糖完全溶解，得到九组混盐糖溶液。向混盐糖溶液中加入磷酸和硝酸，得到九组酸化混盐糖溶液。酸化混盐糖溶液中磷酸的质量浓度为7.5％，酸化混盐糖溶液中硝酸的质量浓度为10％。将九组酸化混盐糖溶液导入电解槽阳极室，并随后对酸化混盐糖溶液同时进行直流电解和低温等离子体照射2.5h，得到九组水泥块水基溶解剂。其中直流电解电压分别为10v、15v、18v、20v、70v、120v、130v、140v、150v，直流电解的电流为1500a，低温等离子体照射照射气氛为阳极室阳极电极产生的气体，低温等离子体照射的电压为40kv。
[0035]
待检水泥块制备及溶解率计算均同实施例1，本实施例试验结果见表2。
[0036]
表2电解电压对所制备水泥块溶解剂性能影响
[0037][0038][0039]
由表2可知，当电解电压低于20v，电解电压过低，在电解作用下氯离子迁移及转化效率就较低，使得后期白糖中大分子碳链断裂效率降低，羧酸基物质、盐酸、次氯酸、氯酸、高氯酸最终生成量减少，导致水泥块溶解率随着电解电压减小而显著降低。当电解电压等于20～120v，在电解作用下，氯离子迁移至阳极电极表面生成氯气，钠离子转移出阳极室，水分子在阳极表面发生水解生成氢离子和氧气。氯气可实现白糖中大分子碳链断裂，同时可转化为次氯酸根。同时氯气和氧气扩散至低温等离子体放电通道中后发生电离和解离，生成氯自由基和氧自由基。氯自由基和氧自由基不仅可进一步氧化白糖，使其成分中的碳环断裂开，转化成碳链长短不一的羧酸基物质。氯自由基和氧自由基还可与水结合，生成盐酸、次氯酸、氯酸、高氯酸。次氯酸和氯酸还可再被阳极氧化转化为高氯酸。最终，水泥块溶解率均大于72％。当电解电压高于120v，水泥块溶解率随着电解电压进一步增加变化不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当电解电压等于20～120v时，最有利于提高所制备水泥块溶解剂性能。
[0040]
实施例3低温等离子体作用电压对所制备水泥块溶解剂性能影响
[0041]
按照氯化钠与白糖质量比3:5分别称取氯化钠与白糖混合，得到九组混盐糖。按照
液固比3:1ml/g混合水和混盐糖，搅拌直至混盐糖完全溶解，得到九组混盐糖溶液。向混盐糖溶液中加入磷酸和硝酸，得到九组酸化混盐糖溶液。酸化混盐糖溶液中磷酸的质量浓度为12.5％，酸化混盐糖溶液中硝酸的质量浓度为15％。将九组酸化混盐糖溶液导入电解槽阳极室，并随后对酸化混盐糖溶液同时进行直流电解和低温等离子体照射4h，得到九组水泥块水基溶解剂。其中直流电解的电压为120v，直流电解的电流为2500a，低温等离子体照射照射气氛为阳极室阳极电极产生的气体，低温等离子体照射时电压分别为3.5kv、4kv、4.5kv、5kv、40kv、75kv、80kv、85kv、90kv。
[0042]
待检水泥块制备及溶解率计算均同实施例1，本实施例试验结果见表3。
[0043]
表3低温等离子体作用电压对所制备水泥块溶解剂性能影响
[0044][0045][0046]
由表3可知，当低温等离子体作用电压低于5kv，低温等离子体作用电压较低，氯气和氧气扩散至低温等离子体放电通道中后发生电离和解离生成的氯自由基和氧自由基减少，白糖碳环断裂效率降低，羧酸基物质、盐酸、次氯酸、氯酸、高氯酸生成量减少，导致水泥块溶解率随着低温等离子体作用电压低减小而显著降低。当低温等离子体作用电压等于5～75kv，氯气和氧气扩散至低温等离子体放电通道中后发生电离和解离，生成氯自由基和氧自由基。氯自由基和氧自由基不仅可进一步氧化白糖，使其成分中的碳环断裂开，转化成碳链长短不一的羧酸基物质。氯自由基和氧自由基还可与水结合，生成盐酸、次氯酸、氯酸、高氯酸。次氯酸和氯酸还可再被阳极氧化转化为高氯酸。在氧自由基氧化作用及氢离子结合作用下，磷酸发生水解聚合，生成聚磷酸。聚磷酸将羧酸基物质、盐酸、次氯酸、氯酸、高氯酸、硝酸有效溶合在一起。最终，水泥块溶解率均大于75％。当低温等离子体作用电压高于75kv，低温等离子体作用电压过高，白糖氧化矿化，二氧化碳自由基生成量增多，使得次氯酸、氯酸、高氯酸生成量减少，导致水泥块溶解率随着低温等离子体作用电压进一步增加反而降低。因此，综合而言，结合效益与成本，当低温等离子体作用电压等于5～75kv时，最有利于提高所制备水泥块溶解剂性能。
[0047]
对比例不同水泥块水基溶解剂性能对比
[0048]
本发明制备水泥块溶解剂：按照氯化钠与白糖质量比3:5分别称取氯化钠与白糖混合，得到混盐糖。按照液固比3:1ml/g混合水和混盐糖，搅拌直至混盐糖完全溶解，得到混盐糖溶液。向混盐糖溶液中加入磷酸和硝酸，得到酸化混盐糖溶液。酸化混盐糖溶液中磷酸的质量浓度为12.5％，酸化混盐糖溶液中硝酸的质量浓度为15％。将酸化混盐糖溶液导入电解槽阳极室，并随后对酸化混盐糖溶液同时进行直流电解和低温等离子体照射4h，得到水泥块水基溶解剂。其中直流电解的电压为120v，直流电解的电流为2500a，低温等离子体照射照射气氛为阳极室阳极电极产生的气体，低温等离子体照射时电压为75kv。
[0049]
对比水泥块水基溶解剂1：按照氯化钠与白糖质量比3:5分别称取氯化钠与白糖混合，得到混盐糖。按照液固比3:1ml/g混合水和混盐糖，搅拌直至混盐糖完全溶解，得到混盐糖溶液。向混盐糖溶液中加入磷酸和硝酸，得到酸化混盐糖溶液。酸化混盐糖溶液中磷酸的质量浓度为12.5％，酸化混盐糖溶液中硝酸的质量浓度为15％。对酸化混盐糖溶液进行低温等离子体照射4h，得到对比水泥块水基溶解剂1。其中低温等离子体照射照射气氛为阳极室阳极电极产生的气体，低温等离子体照射时电压为75kv。
[0050]
对比水泥块水基溶解剂2：按照氯化钠与白糖质量比3:5分别称取氯化钠与白糖混合，得到混盐糖。按照液固比3:1ml/g混合水和混盐糖，搅拌直至混盐糖完全溶解，得到混盐糖溶液。向混盐糖溶液中加入磷酸和硝酸，得到酸化混盐糖溶液。酸化混盐糖溶液中磷酸的质量浓度为12.5％，酸化混盐糖溶液中硝酸的质量浓度为15％。将酸化混盐糖溶液导入电解槽阳极室，并随后对酸化混盐糖溶液进行直流电解，得到对比水泥块水基溶解剂2。其中直流电解的电压为120v，直流电解的电流为2500a。
[0051]
对比水泥块水基溶解剂3：混合水和浓硫酸，得到硫酸水溶液，其中硫酸水溶液中硫酸的质量浓度为27.5％。
[0052]
对比水泥块水基溶解剂4：混合水和浓硝酸，得到硝酸水溶液，其中硝酸水溶液中硝酸的质量浓度为27.5％。
[0053]
待检水泥块制备及溶解率计算均同实施例1，本实施例试验结果见表4。
[0054]
表4对比例不同水泥块水基溶解剂性能对比
[0055][0056][0057]
由表4可知，本发明制备水泥块溶解剂实现的水泥溶解效果明显优于对比水泥块水基溶解剂1、对比水泥块水基溶解剂2、对比水泥块水基溶解剂3、对比水泥块水基溶解剂4。