CN102531449A

CN102531449A - 一种混凝土减水剂及应用

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Publication number: CN102531449A
Application number: CN2011103582922A
Authority: CN
Inventors: 左辉辉; 牟勇
Original assignee: TIANJIN BINHAI NEW AREA JINYU XINAO TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: TIANJIN BINHAI NEW AREA JINYU XINAO TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了一种混凝土减水剂及应用，所述混凝土减水剂按重量配比由58-80份的聚羧酸高性能减水剂和20-42份的既含羟基又含羧基的化合物组成。本发明的一种混凝土减水剂，既能发挥聚羧酸高性能减水剂优点，改善聚羧酸高性能减水剂适应性，又能减少用量节约资源降低能耗，同时还降低了聚羧酸高性能减水剂的综合应用成本。

Description

一种混凝土减水剂及应用

技术领域

本发明涉及一种混凝土减水剂及其制备方法。

背景技术

聚羧酸高性能减水剂(以下简称PCA)作为一种新型减水剂，和目前普遍应用的其他外加剂相比，具有很多独特优点，在低掺量情况下就能发挥较好的分散作用，且更适合于低水胶比混凝土，是配制高强、自密实、高耐久性等高性能混凝土的首选品种。

PCA为梳形侧链型分子结构，带有磺酸基、羧基、聚氧化乙烯基、胺基、羟基、酯基等极性基团。分析认为，PCA的分子结构模型(如图1)，应该包括如下三个层次：

(1)中心线性主链层：以非极性基相互连接为主，可以包括脂肪烃、芳烃和部分弱极性基团，影响着平均分子量与分子量分布。

(2)长侧链溶剂化扩散层：聚氧化乙烯基长侧链PEO。本身由许多疏水基亚甲基和亲水基醚键构成，属于非离子型强极性基团，水溶性随聚合度增加而增强，它的一端通过醚基、胺基或酯基与疏水的主链连接，另一端可以是羟基、酯基或醚基连接的弱非极性基，能够伸展在水溶液中构成溶剂化层，可以增强减水剂的分散作用。

(3)短侧链绒化紧密层：连接在主链上，可以是带有极性离子型和非离子型的亲水基，也可以是低碳脂肪链的疏水基的短侧链。亲水基包括弱极性的一OH、一SH、一COR、一CONHa、一CN、一NH：和强极性的一COO-、一SO₃-以及低聚合度的PE0链等，基团极性越强、密度越高，则在极性的水泥颗粒表面锚固作用增强，有助于阻止水分子通过紧密的绒化层，具有明显的缓凝作用。非极性的脂肪短链有一定疏水作用。对水溶性影响较弱，也可作为中心链部分，具有增加空间位阻、降低水分子渗透，同时调节表面活性等作用。

由于PCA的结构、合成机理相当复杂。虽然国内已经有此类产品，但目前的现状是只有部分厂家能真正通过“结构设计”来控制PCA的分子结构以形成系列产品，要显著降低PCA的生产成本和提高其适应范围，达到高其塑化效果和改善其保塑性还有一个过程。另外，PCA在作为减水剂应用时，成本较高，对应用于混凝土时，对混凝土的原材料的来源配比要求较高，限制了其使用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种混凝土减水剂。

本发明的第二个目的是提供一种混凝土减水剂的应用。

本发明的技术方案概述如下：

一种混凝土减水剂，按重量配比由58-80份的聚羧酸高性能减水剂和20-42份的既含羟基又含羧基的化合物组成。

所述聚羧酸高性能减水剂为67-75份，所述既含羟基又含羧基的化合物为25-33份。

既含羟基又含羧基的化合物选自葡萄糖酸、柠檬酸、乳酸、右旋酒石酸、左旋酒石酸、外旋酒石酸、苹果酸及其所述酸的钾盐或钠盐。

上述一种混凝土减水剂在配制混凝土中的应用。

试验证明：本发明的使用可以使：

1)净浆流动度有增加，改善了与水泥的适应性；坍落度损失变化基本和原产品保持一致；混凝土用水量有所上升，其28d抗压强度降低很少，性能基本不变；

2)增大(含-COO基的)柠檬酸钠所占的比例时，混凝土凝结时间延长，早期强度会更低一点，但是后期强度仍然很好，这一点极大地有利于大体积、炎热季节施工的混凝土。

3)同固含量PCA的价格大约是本发明一种混凝土减水剂的3倍，在用本发明取代PCA的取代量为25％时，大致可节约16.7％费用。

4)被取代了25％的PCA的资源及合成生产所需的能源得以节约。

本发明的一种混凝土减水剂，既能发挥PCA优点，改善PCA适应性，又能减少用量节约资源降低能耗，同时还降低了PCA的综合应用成本。

附图说明

图1PCA的分子结构模型。

图中：1一线型主链中心层 2一PEO长链溶剂化扩散层 3一短链绒化紧密层

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

下面的实施例以及各实施例所使用的原料是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但不用于对本发明作任何限制。

缓凝剂作用机理的解释存在四种理论：吸附理论、配合物生成理论、沉淀理论和氢氧化钙结晶成核抑制理论。

一是吸附理论——利用有机物作缓凝剂时，由于大多数有机缓凝剂具有表面活性，能在水泥颗粒的固液界面吸附，改变水泥颗粒表面的亲水性，形成一层可抑制水泥水化的缓凝剂膜层，从而导致凝结时间的延长。

二是配合物生成理论——缓凝剂的分子可以与水泥水化生成的Ca²⁺形成络盐，在水泥水化初期，控制了液相中的Ca²⁺浓度，阻止了水泥水化相的形成，产生了缓凝作用。

三是沉淀理论——有机和无机缓凝剂通过水泥颗粒表面形成一层不溶性的薄膜层，阻止了水泥颗粒与水的接触，因而延缓了水泥的水化，起到缓凝作用。

四是氢氧化钙结晶成核抑制理论——缓凝剂是通过吸附在Ca(OH)₂晶核上，抑制Ca(OH)₂晶体继续增长而产生缓凝作用的。不同类型和种类的缓凝剂的作用，并不能用同一理论进行解释，通常，多数有机类缓凝剂的缓凝作用归结为吸附理论。羟基、羧酸基、羧基及其盐类是典型的配合物生成剂，采用配合物生成理论解释更为合理。多数无机类缓凝剂的作用，则主要归结于水泥颗粒表面不溶物的生成，用沉淀理论解释合情合理。

依据以上理论选择既含羟基又含羧基的化合物为本发明的一种混凝土减水剂的缓凝组分。并通过实验来证明。

实施例1

一种混凝土减水剂，按重量配比由75份的聚羧酸高性能减水剂(PCA)和20.83份的葡萄糖酸钠和4.17份的柠檬酸钠组成。

实施例2

一种混凝土减水剂，按重量配比由75份的PCA和17.86份的葡萄糖酸钠和7.14份的柠檬酸钠组成。

实施例3

一种混凝土减水剂，按重量配比由67份的PCA和27.5份的葡萄糖酸钠和5.5份的柠檬酸钠组成。

实施例4

一种混凝土减水剂，按重量配比由67份的PCA和23.57份的葡萄糖酸钠和9.43份的柠檬酸钠组成。

实施例5

一种混凝土减水剂，按重量配比由58份的PCA和35份的葡萄糖酸钠和7份的柠檬酸钠组成。

实施例6

一种混凝土减水剂，按重量配比由58份的PCA和30份的葡萄糖酸钠和12份的柠檬酸钠组成。

实施例7

一种混凝土减水剂，按重量配比由80份的PCA和16.67份的左旋酒石酸和3.33份苹果酸钠组成。

实施例8

一种混凝土减水剂，按重量配比由80份的PCA和14.29份的乳酸和5.71份的右旋酒石酸钾组成。

实施例9

一种混凝土减水剂，按重量配比由75份的PCA和20.83份的外旋酒石酸和4.17份的柠檬酸组成。

实施例10

实验例1

1)试验材料

材料名称	型号、产地
		水泥：	冀东P.042.5
粉煤灰	高钙II级灰
		砂	细度模数2.3
石子	粒径5～25mm碎石
		PCA	天津市滨海新区津渝新奥科技发展有限公司
葡萄糖酸钠	山东福洋生物科技公司
		柠檬酸钠	天津信达公司

2)试验时的混凝土配合比

3)试验方案

葡萄糖酸钠和柠檬酸钠的分子结构式如下：

葡萄糖酸钠

柠檬酸钠

葡萄糖酸钠和柠檬酸钠含有-OH和-COO基，对水泥的缓凝作用强，是良好的混凝土缓凝剂。

(1)将PCA稀释到20％含固量的液体；葡萄糖酸钠与柠檬酸钠按质量5∶1～2混合后同样稀释到20％含固量的液体(以下简称葡萄糖酸钠∶柠檬酸钠＝5∶1的混合液为PNNN-A；葡萄糖酸钠∶柠檬酸钠＝5∶2的混合液为PNNN-B)。

(2)以PCA为主体，用PNNN-A、PNNN-B溶液分别以三种比例取代，形成六种复配方案。(实施例1-6)

(3)试验时以推荐掺量1.2％为基准，用PNNN-A和PNNN-B溶液分别取代PCA溶液：25％，33％，42％，然后测定其砂浆减水率及净浆流动度、混凝土强度。

按GB 8076-2008《混凝土外加剂》、GB/T 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》要求及标准试验。

5.试验结果及分析

1)试验结果

(1)PNNN-A不同取代量时砂浆减水率及净浆流动度变化见表1。

表1PNNN-A不同取代量时砂浆减水率及净浆流动度

组分1	掺量(％)	组分2	掺量(％)	取代量(％)	砂浆减水率(％)	净浆流动度/mm
							PCA	1.2	-	-	0	26.9	184
PCA	0.9	PNNN-A	0.3	25	25.1	256
							PCA	0.8	PNNN-A	0.4	33	25.7	265
PCA	0.7	PNNN-A	0.5	42	24.9	211

(2)PNNN-A不同取代量时混凝土性能的变化见表2。

表2PNNN-A不同取代量时混凝土性能

(3)PNNN-B不同取代量时砂浆减水率及净浆流动度变化见表3

表3PNNN-B不同取代量时砂浆减水率及净浆流动度

组分1	掺量(％)	组分2	掺量(％)	取代量(％)	砂浆减水率(％)	净浆流动度/mm
							PCA	1.2	-	-	0	26.9	184
PCA	0.9	PNNN-B	0.3	25	25.1	260
							PCA	0.8	PNNN-B	0.4	33	25.7	277
PCA	0.7	PNNN-B	0.5	42	24.9	215

(4)PNNN-B不同取代量时混凝土性能的变化见表4。

表4PNNN-B不同取代量时混凝土性能

2)结果分析

(1)随着PNNN缓凝剂取代量的逐渐增大，使用本发明的减水剂的砂浆减水率逐步降低见表1、表3；混凝土需水量逐渐上升。

(2)使用本发明的减水剂的净浆流动度变化，随着PNNN取代量的增大，净浆流动度先增大后降低，在取代量30％左右时有个拐点见表1、表3。

(3随着PNNN取代量的增大，凝结时间逐渐延长。坍落度损失基本和原产品保持一致，有较好的表现，。

(4)随着缓凝剂取代量的增大，混凝土早期强度的降低明显，见表2、表4，但后期强度根据缓凝剂取代量的不同有所区别。当取代量不超过25％时，虽然混凝土用水量有所上升，但28d抗压强度降低很少，当缓凝剂取代量超过25％时，后期强度降低明显。

(5)增大柠檬酸钠所占的比例时，混凝土凝结时间延长，早期强度会更低一点，但是后期强度仍然很好，这一点极大地有利于大体积、炎热季节施工的混凝土。

6.结论

通过PCA与既含羟基又含羧基的化合物进行组合，在控制PNNN(葡萄糖酸钠∶柠檬酸钠为5∶1～2)取代量不超过25％的前提下，试验证明：

3)同固含量PCA的价格大约是PNNN的3倍，在取代量为25％时，大致可节约16.7％费用。

4)被取代了25％的PCA的资源及合成生产所需的能源得以节约。

故用PCA与复含有-OH、COOH物质的缓凝组分复配使用，既能发挥PCA优点，改善PCA适应性，又能减少用量节约资源降低能耗，同时还降低了PCA的综合应用成本。

实验证明，既含羟基又含羧基的化合物还可以选用乳酸、右旋酒石酸、左旋酒石酸、外旋酒石酸、苹果酸及其所述酸的钾盐或钠盐。

经实验，以不同企业生产的PCA为原料，采用本发明的方法制备的混凝土减水剂，也能产生与本发明上述实验相似的效果。

Claims

1.一种混凝土减水剂，其特征是按重量配比由58-80份的聚羧酸高性能减水剂和20-42份的既含羟基又含羧基的化合物组成。

2.根据权利要求1的混凝土减水剂，其特征是所述聚羧酸高性能减水剂为67-75份，所述既含羟基又含羧基的化合物为25-33份。

3.根据权利要求1或2所述的一种混凝土减水剂，其特征是所述既含羟基又含羧基的化合物选自葡萄糖酸、柠檬酸、乳酸、右旋酒石酸、左旋酒石酸、外旋酒石酸、苹果酸及其所述酸的钾盐或钠盐。

4.权利要求1至3之一的一种混凝土减水剂，其特征是在配制混凝土中的应用。