CN102617061A

CN102617061A - 一种混凝土用超缓凝剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102617061A
Application number: CN2012100764923A
Authority: CN
Inventors: 黄波; 王军; 刘明; 王婵; 唐玉超
Original assignee: China Construction Third Engineering Bureau Co Ltd; China Construction Ready Mixed Concrete Co Ltd
Current assignee: China Construction Ready Mixed Concrete Co Ltd
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: CN102617061B

Abstract

本发明涉及一种混凝土用超缓凝剂及其制备方法。一种混凝土用超缓凝剂，其特征在于：它是在金属盐催化剂的催化作用下，由亚磷酸、亚磷酸二酯中的一种和具有4-8个碳原子的环状酸酐按摩尔比为1-2.5∶1，在85～150℃的温度条件下反应，冷却后加入碱性溶液调节体系的pH为6～8而得到的。本发明的超缓凝剂缓凝时间长，初凝时间≥24h，并且可以通过掺量调控缓凝效果；对由其制备的混凝土强度具有后期增强效果；制备方法简单，绿色无污染，容易实现工业化生产。

Description

一种混凝土用超缓凝剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土用超缓凝剂及其制备方法，属于化学建材领域。

背景技术

缓凝剂是当今混凝土中广泛应用的一种化学外加剂。它能够延缓水泥的水化速率，调节混凝土的凝结时间，改善混凝土的施工性能。缓凝剂种类较多，目前普遍使用的有蔗糖、柠檬酸、葡萄糖酸钠以及无机磷酸盐等。预拌混凝土在生产中经常需要掺入一定量的缓凝剂，使新拌混凝土在较长时间内保持塑性，便于混凝土的运输和浇灌成型。

随着社会的发展和高性能混凝土的问世，各种大型工程和高层建筑也不断出现，缓凝剂的应用范围也不断扩大，对缓凝剂的性能要求也越来越高。例如，大体积混凝土的施工，采用普通缓凝剂效果不够理想，容易产生温度裂缝，降低混凝土强度；高层建筑物在施工过程中为避免出现“冷接头”，要求混凝土的凝结时间延长到24小时，甚至更长。普通缓凝剂作用时间短，显然已无法满足上述施工的要求。因此，具有超强缓凝作用的混凝土外加剂的开发显得十分必要。

目前超缓凝剂在日本得到广泛研究，我国也有专利报道。例如专利CN1834052A介绍了一种混凝土超缓凝减水剂及其制备方法，其中的超缓凝组分为乙烯胺烷基膦酸盐和膦丁烷三羧酸。复配这两种成份对水泥具有很好的缓凝特性，但膦丁烷三羧酸制备方法复杂，生成成本较高。

CN1410382A提供了一种能大幅度延长水泥稳定类路面基层材料延迟成型时间的超缓凝剂及其应用方法。该超缓凝剂由重量90％～95％的蔗糖和重量5％～10％的选自木质素、木钙、单糖和糖钙中任一种物质或者它们中多种混合物组成。上述缓凝剂虽然可使水泥稳定类路面基层的混合料的成型时间延长到6h以上，但用于混凝土时缓凝时间相对较短。另外，掺量过大会降低基层的强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混凝土用超缓凝剂及其制备方法，该方法生产的超缓凝剂缓凝效果好，初凝时间≥24h，对由其制备的混凝土的强度具有后期增强效果。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种混凝土用超缓凝剂，其特征在于：它是在金属盐催化剂的催化作用下，由亚磷酸、亚磷酸二酯中的一种和具有4-8个碳原子的环状酸酐按摩尔比为1-2.5∶1，在85～150℃的温度条件下反应，冷却后加入碱性溶液调节体系的pH为6～8而得到的。

按上述方案，所述的具有4-8个碳原子的环状酸酐选自马来酸酐、琥珀酸酐、2-甲基琥珀酸酐、戊二酸酐、邻苯二甲酸酐中的一种或一种以上的混合。

按上述方案，所述的环状酸酐优选为马来酸酐或琥珀酸酐。

按上述方案，所述的亚磷酸二酯为如下结构：

其中R为具有1至6个碳原子的烷基和苯基。包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基和苯基等。

按上述方案，鉴于溶解特性，所述的亚磷酸二酯优选为亚磷酸二甲酯或亚磷酸二乙酯。

一种混凝土用超缓凝剂的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)以亚磷酸、亚磷酸二酯中的一种和具有4-8个碳原子的环状酸酐按摩尔比为1-2.5∶1，选取原料，配制亚磷酸、亚磷酸二酯中的一种和酸酐以及金属盐催化剂的混合溶液；

(2)在金属盐催化剂的催化作用下，85～150℃反应4～8小时，冷却；

(3)加入碱性溶液调节体系的pH为6～8而得终产品超缓凝剂。

按上述方案，所述的金属盐催化剂为铁盐或亚铁盐，所述金属盐催化剂的用量为反应物总重量(亚磷酸、亚磷酸二酯中的一种和具有4-8个碳原子的环状酸酐的总质量)的0.1％-1wt％。

按上述方案，所述的金属盐催化剂为硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁或硝酸亚铁，进一步优选硫酸铁或硫酸亚铁。

按上述方案，所述的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或三乙醇胺，优选为氢氧化钠。

按上述方案，所述的制备方法还包括进行脱除溶剂后处理的步骤。

本发明利用具有4-8个碳原子的环状酸酐与亚磷酸或亚磷酸二酯发生亲核加成—消除反应，生成羰基化合物，然后生成的羰基化合物在金属盐催化剂作用下，进一步与亚磷酸或其酯发生羰基加成反应，得到所需超缓凝剂。以琥珀酸酐为例，发生反应如下：

本发明的有益效果：

1.本发明的超缓凝剂缓凝时间长，初凝时间≥24h，并且可以通过掺量调控缓凝效果。

2.本发明的超缓凝剂对由其制备的混凝土强度具有后期增强效果，可提高混凝土28天的抗压强度。

3.制备方法简单，绿色无污染，容易实现工业化生产。

附图说明

图1为超缓凝剂对水泥水化温升影响曲线。图中：A为表1中的实验组11，B为表1中的实验组2，C为表1中的实验组3，D为表1中的实验组4。

具体实施方式

实施例1

称量220g亚磷酸二甲酯放入四口烧瓶中，另将98g马来酸酐、0.38g催化剂硫酸亚铁缓慢投入上述烧瓶，搅拌溶解均匀后升温至100℃，保温回流反应6小时，反应完毕后冷却至室温，加入40wt％的氢氧化钠溶液进行反应至体系的pH至6-8，减压蒸馏脱除溶剂，得到所需缓凝剂。

实施例2

称量85g亚磷酸溶于100g醋酸放入四口烧瓶中，另将98g马来酸酐、0.2g催化剂硫酸铁缓慢投入上述烧瓶，搅拌溶解均匀后升温至90℃，保温回流反应4小时，反应完毕后冷却至室温，加入氢氧化钠溶液调节溶液的pH至7，脱除溶剂，得到所需超缓凝剂。

实施例3

称量69g亚磷酸二乙酯放入四口烧瓶中，另将25g琥珀酸酐、0.1g催化剂硫酸亚铁投入上述烧瓶，搅拌溶解均匀后升温至85℃，保温回流反应5小时，反应完毕后冷却至室温，加入氢氧化钠溶液进行反应至体系的pH至7，得到所需超缓凝剂。

实施例4

称量194g亚磷酸二丁基酯放入四口烧瓶中，另将50g琥珀酸酐、2.4g催化剂硫酸亚铁投入上述烧瓶，搅拌溶解均匀后升温至150℃，保温回流反应4小时，反应完毕后冷却至室温，加入氢氧化钾溶液进行反应至体系的pH至6，脱除溶剂，得到所需超缓凝剂。

实施例5

称量58.6g亚磷酸二苯基酯放入四口烧瓶中，另将11.4g戊二酸酐、0.07g催化剂硝酸亚铁投入上述烧瓶，搅拌溶解均匀后升温至135℃，保温回流反应5小时，反应完毕后冷却至室温，加入氨水溶液进行反应至体系的pH至8，得到所需超缓凝剂。

实施例6

称量111g亚磷酸二异戊酯放入四口烧瓶中，另将37g邻苯二甲酸酐、0.74g催化剂硝酸铁投入上述烧瓶，搅拌溶解均匀后升温至110℃，保温回流反应6小时，反应完毕后冷却至室温，加入三乙醇胺溶液进行反应至体系的pH至8，减压蒸馏脱除溶剂，得到所需超缓凝剂。

实施例7

称量166g亚磷酸二异丙酯放入四口烧瓶中，另将50g 2-甲基琥珀酸酐、0.25g催化剂硝酸亚铁投入上述烧瓶，搅拌溶解均匀后升温至100℃，保温回流反应4小时，反应完毕后冷却至室温，加入40wt％氢氧化钾溶液进行反应至体系的pH至8，得到所需超缓凝剂。

应用实施例1

对以上实施例1-7提供的超缓凝剂应用于水泥浆体中的添加剂，测定该超缓凝剂的缓凝效果。水泥浆体的初凝时间和终凝时间按照GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测试；水泥水化温升参照GB/T12959-2008《水泥水化热测定方法》进行。各具体的应用方法为：

按以下条件配制水泥浆体：亚东P.O42.5水泥，PC(聚羧酸系减水剂)的掺量为固体量的0.2％，水灰比为0.29，实验室温度26℃，湿度47％；根据表1中的用量相应添加缓凝剂，同时以上海国药公司购买的葡萄糖缓凝剂作对照实验(实验组1)，以不添加缓凝剂做空白试验(实验组11)，列于表1。另外，测定实验组2，实验组3，实验组4，实验组11中超缓凝剂对水泥水化温升的影响，见图1。

表1水泥净浆凝结时间测试结果

注：缓凝剂的掺量是以水泥为基准计量。

表1说明：本发明的超缓凝剂缓凝效果明显优于普通缓凝剂，能显著延长水泥浆体的凝结时间。当其掺量为水泥的0.1wt％，初凝时间达27h，随着掺量的增大，凝结时间可逐渐延长。由图1可知，不含超缓凝剂的水泥浆体(实验组11)的最大水化放热峰出现在13h，当掺入0.1％的超缓凝剂(实验组2)时，最大放热峰延缓至24h，随着掺量增大，放热峰不仅明显延迟，而且最高温升显著降低。当超缓凝剂掺量为0.3％(实验组4)时，水化放热峰出现在98小时，和空白试验(实验组11)相比推迟了近85h，说明本发明制备的超缓凝剂能够显著抑制水泥的水化，起到较强的超缓凝效果，并通过调控超缓凝剂的掺量还可调控缓凝效果。

应用实施例2

将本实施例1-7提供的超缓凝剂应用于混凝土中，测定该超缓凝剂的缓凝效果，具体的应用方法为：按如下计量配比混凝土：水泥7.2kg，粉煤灰4kg，矿粉4kg，干砂31.46kg，石41.6kg，水4.8kg，聚羧酸减水剂148.8g，然后根据表2中各实验组的相应用量掺加超缓凝剂，配制超缓凝剂混凝土。

表2超缓凝混凝土试验结果

注：超缓凝剂的掺量以水泥，粉煤灰和矿粉的总重量为基准计量。

表2说明，采用本发明的超缓凝剂制备的混凝土28天强度和空白样(实验组1)相比有不同程度的提高。另外，由于其缓凝作用较强，混凝土的7天强度和空白样相比略有降低。

Claims

1. 一种混凝土用超缓凝剂，其特征在于：它是在金属盐催化剂的催化作用下，由亚磷酸、亚磷酸二酯中的一种和具有4-8个碳原子的环状酸酐按摩尔比为1-2.5∶1，在 85～150℃的温度条件下反应，冷却后加入碱性溶液调节体系的pH为6～8而得到的。

2. 根据权利要求1所述的混凝土用超缓凝剂，其特征在于：所述的具有4-8个碳原子的环状酸酐选自马来酸酐、琥珀酸酐、2-甲基琥珀酸酐、戊二酸酐、邻苯二甲酸酐中的一种或一种以上的混合。

3. 根据权利要求1所述的混凝土用超缓凝剂，其特征在于：所述的环状酸酐为马来酸酐或琥珀酸酐。

4. 根据权利要求1所述的混凝土用超缓凝剂，其特征在于：所述的亚磷酸二酯为如下结构：

Figure 2012100764923100001DEST_PATH_IMAGE002

其中R为具有1至6个碳原子的烷基和苯基。

5. 根据权利要求1所述的混凝土用超缓凝剂，其特征在于：所述的亚磷酸二酯为亚磷酸二甲酯或亚磷酸二乙酯。

6. 一种混凝土用超缓凝剂的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（1）以亚磷酸、亚磷酸二酯中的一种和具有4-8个碳原子的环状酸酐按摩尔比为1-2.5∶1，选取原料，配制亚磷酸、亚磷酸二酯中的一种和酸酐以及金属盐催化剂的混合溶液；

（2）在金属盐催化剂的催化作用下，85～150℃反应4～8小时，冷却；

（3）加入碱性溶液调节体系的pH为6～8而得终产品超缓凝剂。

7. 根据权利要求6所述的混凝土用超缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述的金属盐催化剂为铁盐或亚铁盐，所述金属盐催化剂的用量为反应物总重量的0.1%-1wt%。

8. 根据权利要求6所述的混凝土用超缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述的金属盐催化剂为硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁或硝酸亚铁。

9. 根据权利要求6所述的混凝土用超缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或三乙醇胺。

10. 根据权利要求6所述的混凝土用超缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述的制备方法还包括进行脱除溶剂后处理的步骤。