CN101838124A - 共聚型-缩聚型复合减水剂及其使用方法 - Google Patents

共聚型-缩聚型复合减水剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共聚型-缩聚型复合减水剂及其使用方法，它是将共聚型减水剂、缩聚型减水剂、羟基羧酸或其盐、有机金属矿物相(OMP)阻生剂、单硫型水化硫铝酸钙(AFm)促生剂、有机硅消泡剂和水，按一定重量份充分混合，获得的复合减水剂具有静电斥力与空间位阻双效分散机制，可加快水泥浆体中单硫型水化硫铝酸钙的形成，抑制有机金属矿物相对减水剂的无效消耗。该复合减水剂在正常掺量下的混凝土减水率达到25％～45％，混凝土1小时坍落度损失小于20mm，能够赋予混凝土良好的工作性，同时该复合减水剂与水泥和矿物外加剂相容性好，可用于配制各种强度等级的混凝土，尤其适用于对工作性有特殊要求的高性能混凝土、自密实混凝土。

Description

共聚型-缩聚型复合减水剂及其使用方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体地说涉及一种共聚型-缩聚型复合减水剂及其使用方法。
背景技术
减水剂是现代混凝土必不可少的组份，常用的缩聚型减水剂以静电斥力作用为主要分散机制，减水率适中，但掺用后使混凝土坍落度经时损失较大，在重大和重点工程混凝土中的应用受到限制；共聚型减水剂以空间位阻作用为主要分散机制，具有高减水率、高保坍能力和减少混凝土收缩等优点，但在混凝土组份发生波动或有可溶性硫酸盐存在时，常导致混凝土工作性问题，并且由于其高价位，难以在中、低强度等级的混凝土中推广应用。
由于共聚型减水剂分子结构的特殊性，其性能特点区别于其他品种的减水剂，与传统的缩聚型减水剂复合使用时，易出现沉淀、稠化、产生絮状物等相溶性差的问题，大大降低了减水剂使用效果，而且对于共聚型减水剂，若减水剂的掺量不在最佳范围之内，或复合掺加的缩聚型减水剂含有极少量的与其不相容的成分，都有可能出现用水量急剧增加、混凝土拌合物和易性变差等情况，最终影响混凝土的强度和耐久性。通常共聚型减水剂不能与缩聚型减水剂复合使用。
发明内容
为了克服现有的混凝土减水剂存在的缺点，本发明提供了一种共聚型-缩聚型复合减水剂及其使用方法，具有小掺量、低成本的优点。
本发明的技术方案为：一种共聚型-缩聚型复合减水剂，组分以质量份计为：
梳型结构共聚型减水剂                                8～12份
缩聚型减水剂                                        20～24份
羟基羧酸或羟基羧酸盐                                2～6份
有机金属矿物相(OMP)阻生剂                           1～2份
单硫型水化硫铝酸钙(AFm)促生剂                       4～6份
有机硅消泡剂                                        0.1～0.3份
水                    58～60份
所述的梳型结构共聚型减水剂的分子结构特征为：以甲基丙烯酸、马来酸、丙烯酸中的任意一种为单体的聚合物为主链，或以甲基丙烯酸、马来酸、丙烯酸三种物质中的任意两种物质组合的聚合产物为主链，主链聚合度为20～50；以A和B为接枝物，接枝枝化率为15％～30％；其中所述A为磺酰基，所述B为聚氧乙烯基醚基(-EO)、聚氧丙烯基醚基(-PO)或两者的组合，其中物质量之比A∶B＝0.5～1.2∶1。
所述的聚氧乙烯基醚基分子量为800～3000，聚氧丙烯基醚基分子量为800～3000。
所述的缩聚型减水剂为萘磺酸盐缩合物减水剂、磺化丙酮缩合物减水剂、氨基芳基磺酸盐缩合物减水剂、蒽磺酸盐缩合物减水剂中的任意一种或任意几种的复合物。
所述的有机金属矿物相阻生剂为腐殖酸、腐殖酸钠、腐殖酸钙中的任意一种。
所述的单硫型水化硫铝酸钙促生剂为3-(3，5-二甲氧基-4-羟苯基)-2-丙烯-1-醇。
所述的羟基羧酸或羟基羧酸盐为酒石酸、酒石酸钾钠、葡萄糖酸、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙中的任意一种或任意两种的羟基羧酸或羟基羧酸盐混合物。
以质量份计，将梳型分子结构的共聚型减水剂8～12份、缩聚型减水剂20～24份、羟基羧酸或羟基羧酸盐2～6份、有机金属矿物相阻生剂1～2份、单硫型水化硫铝酸钙促生剂4～6份、有机硅消泡剂0.1～0.3份、水58～60份混合搅拌30～40分钟后直接作为复合减水剂与混凝土混合使用，或者制成粉剂添加到混凝土中；
使用时按照复合减水剂中的固体质量占混凝土胶凝材料质量的0.15％～0.40％添加。
梳型结构共聚型减水剂的分子结构中优选接枝枝化率为20％～28％。其中优选A∶B＝0.75～0.8∶1。
以减水剂固体质量百分比为40％的共聚型-缩聚型复合减水剂为例，若混凝土胶凝材料为300kg，则复合减水剂掺量为1.125kg～1.5kg。能够赋予混凝土良好的工作性及经时保持能力，在自密实混凝土中掺用本发明的复合减水剂，能够赋予自密实混凝土优异的流动能力、穿越能力、填充能力和抗离析能力，掺复合减水剂的混凝土28天抗压强度比达到140％～160％。
有益效果
1.本发明选用含有梳型分子结构的共聚型减水剂与缩聚型减水剂复合，根据水泥化学原理，通过抑制水泥水化过程中形成有机金属矿物相对减水剂的无效消耗，并通过加速水化硫铝酸钙形成，减少水泥矿物和水化产物对减水剂的吸附量及水化体系的电位，实现复合叠加效应。本发明基于按使用性能设计减水剂的要求，选用含有梳型分子结构的共聚型减水剂与常用的缩聚型减水剂进行复配，改善缩聚型减水剂与共聚型减水剂的相容性，通过添加羟基羧酸或羟基羧酸盐、有机金属矿物相阻生剂、单硫型水化硫铝酸钙促生剂、有机硅消泡剂，增强复合减水剂与混凝土胶凝材料的适应性及新拌水泥基材料的工作性和坍落度经时保持能力。所以，本发明提供的复合减水剂具有空间位阻与静电斥力双效分散机制及徐放作用，减水率达到25％～45％，因而可大幅度节约水泥，并可增加粉煤灰等矿物外加剂的用量，使混凝土的环境友好性能提高；
2.本发明的复合减水剂充分发挥了两种不同类型减水剂的优点，克服了共聚型减水剂在混凝土用水量出现波动或掺量波动时产生的泌水、离析或无流动性的缺点，也有效解决了掺缩聚型减水剂的混凝土坍落度经时损失较大的性能缺陷，将其掺入到混凝土中，混凝土1小时坍落度损失小于20mm，且增强效果明显，可使硬化混凝土28天抗压强度提高140％～160％。按照固体质量含量为20％的聚羧酸减水剂市场价格4000元/吨、固体质量含量为30％的萘系缓凝高效减水剂市场价格2400元/吨、本发明固体质量含量为40％的共聚型-缩聚型复合减水剂市场价3500元/吨计算，使用时按照复合减水剂有效掺量为混凝土胶凝材料质量的0.20％，萘系缓凝高效减水剂有效掺量为混凝土胶凝材料质量的0.35％，则掺用本发明的复合减水剂的混凝土，减水剂应用成本比掺用萘系缓凝高效减水剂时下降37.5％。
3.本发明的复合减水剂还可用于配制超高强混凝土、自密实混凝土等特种水泥基材料及其制品。
具体实施方式：
本发明所使用的各组分皆为市售产品。
实施例1、缩聚型-共聚型复合减水剂
以下皆为质量份
(1)梳型结构共聚型减水剂                    8份
萘磺酸盐缩合物减水剂                       24份
酒石酸钾钠                                 2.5份
腐殖酸                                     1.4份
3-(3，5-二甲氧基-4-羟苯基)-2-丙烯-1-醇     4份
有机硅消泡剂                               0.1份
水                                60份
其中萘磺酸盐缩合物减水剂中的硫酸钠质量含量不大于3％；
梳型结构共聚型减水剂的主链为聚甲基丙烯酸，聚合度为35，以A和B为接枝物，接枝枝化率为22％，其中A为磺酰基，B为聚氧乙烯基醚基(-EO)，A∶B＝0.75∶1(物质量之比)，聚氧乙烯基醚(EO)的分子量为2200；
将上述组分混合后搅拌30～40分钟即可直接使用或经浓缩蒸发制成粉剂使用。
(2)梳型结构共聚型减水剂                        11份
磺化丙酮缩合物减水剂                           21份
葡萄糖酸钠                                     2份
腐殖酸钠                                       1.8份
3-(3，5-二甲氧基-4-羟苯基)-2-丙烯-1-醇         4份
有机硅消泡剂                                   0.2份
水                                             60份
其中，梳型结构共聚型减水剂的主链为聚马来酸，聚合度为30，以A和B为接枝物，接枝枝化率为25％，其中A为磺酰基，B为聚氧丙烯基醚基(-PO)，A∶B＝0.8∶1(物质量之比)，聚氧丙烯基醚(PO)的分子量为2500；
将各组分混合后搅拌30-40分钟即可直接使用或经蒸发浓缩制成粉剂使用。
(3)梳型结构共聚型减水剂                        9份
氨基芳基磺酸盐缩合物减水剂                     22份
葡萄糖酸钠                                     1.5份
酒石酸钾钠                                     1.5份
腐殖酸                                         1.8份
3-(3，5-二甲氧基-4-羟苯基)-2-丙烯-1-醇         4.05份
有机硅消泡剂                                   0.15份
水                                             60份
梳型结构共聚型减水剂的主链为聚丙烯酸，聚合度为45，以A和B为接枝物，接枝枝化率为28％，其中A为磺酰基，B为聚氧乙烯基醚基(-EO)和聚氧丙烯基醚基(-PO)的组合，A∶B＝0.7∶1(物质量之比)，聚氧乙烯基醚(EO)的分子量为800，聚氧丙烯基醚(PO)的分子量为800；
各组分混合后搅拌30-40分钟即可直接使用或经蒸发浓缩制成粉剂使用。
(4)梳型结构共聚型减水剂                8份
蒽磺酸盐缩合物减水剂                   23份
酒石酸钾钠                             2.2份
腐殖酸                                 1.6份
3-(3，5-二甲氧基-4-羟苯基)-2-丙烯-1-醇 5份
有机硅消泡剂                           0.1份
水                                     60份
其中，蒽磺酸盐缩合物减水剂中硫酸钠的质量含量不大于3％；
所述的梳型结构共聚型减水剂的主链为丙烯酸和马来酸的共聚物，聚合度为25，以A和B为接枝物，接枝枝化率为25％，其中A为磺酰基，B为聚氧乙烯基醚基(-EO)和聚氧丙烯基醚基(-PO)的组合，A∶B＝0.75∶1(物质量之比)，聚氧乙烯基醚(EO)的分子量为1500，聚氧丙烯基醚(PO)的分子量为1500；
各组分混合后搅拌30-40分钟即可直接使用或经蒸发浓缩制成粉剂使用。
以上实例中使用的缩聚型减水剂为江苏省水泥基材料工程技术研究中心提供的RJ系列产品；梳形分子结构共聚型减水剂为盐城建科混凝土外加剂技术有限公司提供的JC系列产品，其它皆为市售混凝土外加剂通用产品。
实施例2、复合减水剂的应用实例
(1)本发明在C30泵送混凝土中的应用实例：江苏八菱海螺水泥有限公司产P·O 42.5级水泥260kg，I级低钙粉煤灰50kg，5～20mm石子1175kg，中砂730kg，水165kg，按照实施例1(1)制备的固体质量含量为40％的缩聚型-共聚型复合减水剂的添加量就应该是(260+50)×0.15％/0.4＝1.16kg，该掺量下复合减水剂的混凝土减水率为27.2％。拌和后混凝土的指标如下：初始坍落度为212mm，1小时坍落度损失17mm，含气量3.2％，初凝时间7h，终凝时间9h，7d抗压强度31.3MPa，28d抗压强度42.6MPa。
(2)本发明在C80低收缩高性能混凝土中的应用实例：南京江南小野田水泥有限公司产P·II52.5级水泥390kg，I级低钙粉煤灰165kg，5～20mm石子1195kg，中砂670kg，水140kg，按照实施例1(2)制备的固体质量含量为40％的缩聚型-共聚型复合减水剂的添加量为(390+165)×0.37％/0.4＝5.13kg，该掺量下复合减水剂的混凝土减水率为42.0％。拌和后的混凝土的指标如下：初始坍落度为220mm，1.5小时坍落度为220mm，含气量3.0％，初凝时间7.8h，终凝时间10h，7d抗压强度82.4MPa，28d抗压强度93.9MPa，28d收缩率为204×10-6，60d收缩率为312×10-6。
(3)本发明在C50合成纤维增强混凝土中的应用实例：江苏京阳水泥有限公司产P·O 52.5级水泥370kg，I级低钙粉煤灰95kg，中砂720kg，5～25mm石子1080kg，聚丙烯纤维0.9kg，水160kg，按照实施例1(3)制备的固体质量含量为40％的缩聚型-共聚型复合减水剂2.10kg，该掺量下复合减水剂的混凝土减水率为31.1％。拌和后混凝土的指标如下：初始坍落度为210mm，1小时坍落度损失12mm，含气量3.6％，初凝时间8h，终凝时间10.4h，7d抗压强度52.4MPa，28d抗压强度64.4MPa.
(4)本发明在C40大掺量粉煤灰自密实混凝土中的应用实例：南京三龙水泥有限公司产P·II52.5级水泥280kg，I级低钙粉煤灰280kg，中砂920kg，5～20mm石子800kg，水170kg，按照实施例1(4)制备的固体质量含量为40％的缩聚型-共聚型复合减水剂4.90kg，该掺量下复合减水剂的混凝土减水率为39.6％。拌和后混凝土的指标如下：含气量4.0％，坍落扩展度760mm，J-环扩展度710mm，L-型盒高度比0.88，筛析质量比12％，初凝时间9h，终凝时间10.5h，7d抗压强度42.0MPa，28d抗压强度53.7MPa。
(5)本发明在自流平砂浆中的应用实例：马鞍山海螺水泥有限公司产P·O52.5级水泥92kg，膨胀剂8kg，最大粒径为1.25mm的石英砂150kg，水40kg，按照实例1(4)制备的固体质量含量为40％的缩聚型-共聚型复合减水剂0.7kg该掺量下复合减水剂的混凝土减水率为34.5％。拌合后砂浆的指标如下：马氏锥流下时间12秒，初凝时间7.6h，终凝时间9.5h，3天抗压强度47.5MPa，28天抗压强度71.3MPa。
实施例3、缩聚型-共聚型复合减水剂
以下皆为质量份
(1)梳型结构共聚型减水剂                     12份
萘磺酸盐缩合物减水剂                        10份
磺化丙酮缩合物减水剂                        10份
葡萄糖酸                                    2.5份
葡萄糖酸钙                                  3.5份
腐殖酸钙                                    2份
3-(3，5-二甲氧基-4-羟苯基)-2-丙烯-1-醇      6份
有机硅消泡剂                                0.3份
水                                          58份
其中萘磺酸盐缩合物减水剂中的硫酸钠质量含量不大于3％；
梳型结构共聚型减水剂的主链为聚甲基丙烯酸，聚合度为50，以A和B为接枝物，接枝枝化率为30％，其中A为磺酰基，B为聚氧乙烯基醚基(-EO)，A∶B＝0.5∶1(物质量之比)，聚氧乙烯基醚(EO)的分子量为3000；
将上述组分混合后搅拌30～40分钟即可直接使用或经浓缩蒸发制成粉剂使用。
(2)梳型结构共聚型减水剂                        9份
氨基芳基磺酸盐缩合物减水剂                     22份
葡萄糖酸钠                                     1份
酒石酸钾钠                                     1份
腐殖酸                                         1份
3-(3，5-二甲氧基-4-羟苯基)-2-丙烯-1-醇         5份
有机硅消泡剂                                   0.15份
水                                             59份
梳型结构共聚型减水剂的主链为聚马来酸，聚合度为20，以A和B为接枝物，接枝枝化率为15％，其中A为磺酰基，B为聚氧乙烯基醚基(-EO)和聚氧丙烯基醚基(-PO)的组合，A∶B＝1.2∶1(物质量之比)，聚氧乙烯基醚(EO)的分子量为1800，聚氧丙烯基醚(PO)的分子量为1800；
各组分混合后搅拌30-40分钟即可直接使用或经蒸发浓缩制成粉剂使用。

Claims (8)

1.一种共聚型-缩聚型复合减水剂，其特征在于，组分以质量份计为：
梳型结构共聚型减水剂                8～12份
缩聚型减水剂                        20～24份
羟基羧酸或羟基羧酸盐                2～6份
有机金属矿物相阻生剂                1～2份
单硫型水化硫铝酸钙促生剂            4～6份
有机硅消泡剂                        0.1～0.3份
水                                  58～60份
2.如权利要求1所述的共聚型-缩聚型复合减水剂，其特征在于，所述的梳型结构共聚型减水剂的分子结构特征为：以甲基丙烯酸、马来酸、丙烯酸中的任意一种为单体的聚合物为主链，或以甲基丙烯酸、马来酸、丙烯酸三种物质中的任意两种物质组合的聚合产物为主链，主链聚合度为20～50；以A和B为接枝物，接枝枝化率为15％～30％；其中所述A为磺酰基，所述B为聚氧乙烯基醚基、聚氧丙烯基醚基或两者的组合，其中物质量之比A∶B＝0.5～1.2∶1。
3.如权利要求2所述的共聚型-缩聚型复合减水剂，其特征在于，所述的聚氧乙烯基醚基分子量为800～3000，聚氧丙烯基醚基分子量为800～3000。
4.如权利要求1所述的共聚型-缩聚型复合减水剂，其特征在于，所述的缩聚型减水剂为萘磺酸盐缩合物减水剂、磺化丙酮缩合物减水剂、氨基芳基磺酸盐缩合物减水剂、蒽磺酸盐缩合物减水剂中的任意一种或任意几种的复合物。
5.如权利要求1所述的共聚型-缩聚型复合减水剂，其特征在于，所述的有机金属矿物相阻生剂为腐殖酸、腐殖酸钠、腐殖酸钙中的任意一种。
6.如权利要求1所述的共聚型-缩聚型复合减水剂，其特征在于，所述的单硫型水化硫铝酸钙促生剂为3-(3，5-二甲氧基-4-羟苯基)-2-丙烯-1-醇。
7.如权利要求1所述的共聚型-缩聚型复合减水剂，其特征在于，所述的羟基羧酸或羟基羧酸盐为酒石酸、酒石酸钾钠、葡萄糖酸、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙中的任意一种或任意两种的羟基羧酸或羟基羧酸盐混合物。
8.一种权利要求1所述的共聚型-缩聚型复合减水剂的使用方法，其特征在于，以质量份计，将梳型分子结构的共聚型减水剂8～12份、缩聚型减水剂20～24份、羟基羧酸或羟基羧酸盐2～6份、有机金属矿物相阻生剂1～2份、单硫型水化硫铝酸钙促生剂4～6份、有机硅消泡剂0.1～0.3份、水58～60份混合搅拌30～40分钟后直接作为复合减水剂与混凝土混合使用，或者制成粉剂添加到混凝土中；
使用时按照复合减水剂中的固体质量占混凝土胶凝材料质量的0.15％～0.40％添加。
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