CN103408242A - 灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂，该减水剂为液态，其组分如下：油酸钠、减水型聚羧酸塑化剂、保坍型聚羧酸塑化剂、羟基乙叉二膦酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物、羟丙基甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素、引气剂、三异丙醇胺。本发明的灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂获得以下有益效果：能够使灌注桩混凝土具有良好的均质性；使灌注桩混凝土静置泌水率一般可达1%以下；可以在较长时间跨度内维持较稳定的工作性能，通过配方和掺量调整，可满足经时0.5-5.0h的混凝土工作性；可以提高混凝土的抗压强度比，28d强度可达基准混凝土的130%以上。本发明还提供了这种灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂的制备方法。

Description

灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土生产领域，具体而言，是涉及灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法。

背景技术

灌注桩类工程对混凝土的匀质性要求较高，部分工程的桩类结构长达50米，甚至长达百米，混凝土出现泌水后，可能给工程带来较大的问题。首先，混凝土泌水后，桩头必将聚集一定量的自由水，使桩头混凝土的水胶比提高，导致混凝土强度降低，甚至丧失强度；再者，部分桩基工程需要插入钢管柱类构件，混凝土泌水后，石子下沉，钢管柱插入困难，甚至无法插入。因此，必须采取合理措施，保证混凝土的良好工作性，使用减水剂是其中的有效途径之一，良好的减水剂可以提高混凝土的和易性。

灌注桩类工程对混凝土有特殊的要求，除了要与原材料具备适应性以外，还要求稳定的混凝土供应，为此必需保持混凝土具有足够的工作性保持能力。由于可能出现影响运输通畅的不利因素，客观上要求商品混凝土在不确定时间跨度内，具有稳定的工作性保持能力，即同时能兼顾流动性和匀质性，以避免因等待时间过长，造成混凝土流动性损失过大而出现断桩，或者在运输通畅情况下，混凝土流动性过大而匀质性不良。在现有技术中，减水剂有助于解决上述问题，确保在不确定时间跨度内，使混凝土的工作性保持稳定。

近年来出现的聚羧酸减水剂具有全新的分散机理，该减水剂以其高减水率及较好的保坍效果，在市场中迅速得到普及。

但是，迄今为止，聚羧酸减水剂在应用中主要存在两方面的问题：

一、聚羧酸减水剂由于高减水特征，使得所配制的灌注桩混凝土对用水量有较高的敏感性，极易使混凝土出现严重的离析和泌水；

二、由于可能出现灌注时间不确定的情况，在通过增加聚羧酸塑化剂-保坍型组份来满足长时间工作性要求时，不能合理确定可靠用量，在运输通畅时，混凝土在较短的时间内灌注，极易出现流动性后滞“返大”问题。

也就是说，要在较长时间内保持灌注桩混凝土稳定的良好状态，难度较大。

为提高混凝土匀质性，人们尝试大幅度提高胶凝材料或添加硅灰，但这种做法成本高，极易加大混凝土流动性的损失，而且不能确保混凝土的匀质性和超保坍要求。近年来，有将硅纳米材料应用于水泥基混凝土的试验报道，据称能够大大提高混凝土的匀质性和强度，但该材料会极大加速混凝土流动性损失，因此难以同时满足对超保坍的要求，此外，硅纳米材料成本高而且不易得到。

在保坍性方面，传统的葡萄糖酸钠、柠檬酸、白糖、常用磷酸盐均难以可靠保证同时满足3小时以上混凝土流动性能和混凝土高匀质状态的要求。例如：常用的羟基羧酸盐类，如葡萄糖酸盐、酒石酸盐等缓凝保坍剂易于引起混凝土泌水，且超保坍效果不佳，在满足匀质状态的情况下，一般无法达到3小时以上的保坍效果；常用的糖类缓凝剂与聚羧酸减水剂所配制的混凝土相容性不良，造成混凝土发粘，流动性不佳，保坍效果大多无法得到保证。

发明内容

本发明的目的就是要解决现有技术中存在的上述问题，提供一种能确保在不确定时间跨度内，具有稳定的工作性保持能力的灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法。

本发明的超保坍型聚羧酸减水剂的技术方案如下：

灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂，优选掺量为胶凝材料的1.5%-2.5%，该减水剂为液态，各组分以其中固体质量或有效含量计，占减水剂总质量的百分比如下：

所述的引气剂采用三萜皂苷类、烷基苯磺酸盐类、聚醚类或其它任何与本聚羧酸减水剂相容性好的引气剂产品，用量以使混凝土含气量达到2-4%。

本发明的灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：原料准备

（1）制备油酸钠溶液备用：

在9重量份的20-80℃的水中加入1重量份油酸钠粉，搅拌直至完全溶解后，配制成10%浓度的溶液备用；

（2）制备羟丙基甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素溶液备用：

在98重量份的10-40℃水中加入2重量份羟丙基甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素，搅拌至目测溶解，然后存放2小时以上，直至胶状颗粒物完全消失后，配制成2%浓度的溶液备用；

（3）准备减水型聚羧酸塑化剂溶液、保坍型聚羧酸塑化剂溶液、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物溶液、三异丙醇胺、引气剂以及羟基乙叉二膦酸溶液；

以上（1）-（3）步骤中各组份采用液体形式或预先溶解成液体，根据溶液浓度，计算溶液中所含水份的质量，在用水量中予以扣除。

步骤2：原料混合

一边搅拌，一边按各组分的比例，依次向搅拌容器内加入羟基乙叉二膦酸溶液、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物溶液、减水型聚羧酸塑化剂溶液、保坍型聚羧酸塑化剂溶液、油酸钠溶液、羟丙基甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素溶液、三异丙醇胺和引气剂溶液，最后加水至100%，再继续搅拌2-3分钟，得到液态灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂产品。

本发明的灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂与现有技术的减水剂相比，主要改进在于：

1.采用了油酸钠配合聚羧酸塑化剂以提供超长灌注桩混凝土流动性能，同时减少超保坍型聚羧酸减水剂对用水量的高敏感性，减少混凝土流动性后滞“返大”程度；

2.采用羟基乙叉二膦酸配合2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物，在达到延长超长灌注桩混凝土保坍性能的同时，减少泌水；

3.以羟丙基甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素配合引气剂，达到减少灌注桩混凝土泌水、提高其稳定气泡的性能；

4.用三异丙醇胺保障超长灌注桩混凝土后期强度。

油酸钠别名十八烯酸钠，是呈淡黄色的油脂状固体、块状、颗粒或白色粉末，属于阴离子表面活性剂。

羟丙基甲基纤维素即纤维素羟丙基甲基醚，缩写HPMC，是一种非离子型纤维素醚，其水溶液具有表面活性、PH稳定性、保水性、分散性和粘结性等特点。

羟乙基甲基纤维素，缩写HEMC，能溶解于冷水，是一种高效保水剂。

羟基乙叉二膦酸是一种有机磷酸类阻垢缓蚀剂，缩写HEDP，在高pH值下稳定，不易水解。

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物的分子结构中有大量的酰胺基、磺酸基及羧酸基团，缓蚀、分散能力较强，能抑制水泥的水化。

三异丙醇胺，促进水泥水化，增强中后期强度，一般要求有效含量不低于85%。

引气剂可采用三萜皂苷类、烷基苯磺酸盐类、聚醚类，或其它与聚羧酸减水剂相容性较好的引气剂产品，引气剂产品的用量按说明书选择试验，使混凝土含气量达到2-4%。在本发明的减水剂中，不应使用松香类引气剂。

此外，根据工作性保持要求，本发明对减水型聚羧酸塑化剂和保坍型聚羧酸塑化剂进行了必要的搭配，二者固体含量之和占减水剂总质量的10%。

与现有技术相比，本发明的液态灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂具有以下有益效果：

1.灌注桩混凝土对本发明的超保坍型聚羧酸减水剂用量的敏感性弱，因此减水剂的用量可在一定范围浮动而不影响混凝土良好的匀质性；

2.在使用本发明的超保坍型聚羧酸减水剂的情况下，灌注桩混凝土静置泌水率极低，一般可达1%以下；

3.使用本发明的超保坍型聚羧酸减水剂具有稳定的工作性保持能力，在保坍组份搭配、用量适当的情况下，可维持经时0.5-5.0小时的混凝土流动性，同时兼顾保水性能；

4.使用本发明的超保坍型聚羧酸减水剂不影响混凝土的抗压强度。

具体实施方式

以下通过实施例具体说明本发明的灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法，并且通过试验数据说明本发明与现有技术比较所具备的有益效果。

在本具体实施方式的实施例1和实施例2中，引气剂均为液体三萜皂苷引气剂，此外，均采用羟丙基甲基纤维素。

实施例1

将本实施例的灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂称为减水剂1#，使用时的掺量为胶凝材料的1.5%-2.5%，该减水剂为液态，各组分以下述既定浓度溶液质量计，占减水剂总质量的百分比如下：

按以下制备方法配制本实施例的超保坍型聚羧酸减水剂1#：

步骤1：原料准备

（1）溶解油酸钠备用：在9重量份的20-80℃的水中加入1重量份油酸钠粉，搅拌直至完全溶解，配制成10%浓度的溶液备用；

（2）溶解羟丙基甲基纤维素备用：在98重量份的10-40℃水中加入2重量份羟丙基甲基纤维素，搅拌至目测溶解，然后存放2小时以上，直至胶状颗粒物完全消失，配制成2%浓度的溶液备用；

（3）准备减水型聚羧酸塑化剂溶液、保坍型聚羧酸塑化剂溶液、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物溶液、三异丙醇胺、三萜皂苷引气剂溶液和羟基乙叉二膦酸溶液。

步骤2：原料混合

按减水剂1#各组分的比例，先向搅拌设施中加入4%的羟基乙叉二膦酸溶液，然后一边搅拌，一边按各组分的比例，依次加入10%的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物溶液、20%的减水型聚羧酸塑化剂溶液、5%的保坍型聚羧酸塑化剂溶液、1%的油酸钠溶液、5%的羟丙基甲基纤维素溶液、1%的三异丙醇胺以及0.2%的液态三萜皂苷引气剂，最后加入53.8%的水，继续搅拌2-3分钟，得到1#超保坍型聚羧酸减水剂组合物产品。

实施例2

将本实施例的灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂称为减水剂2#，使用时的掺量为胶凝材料的1.5%-2.5%，该减水剂为液态，各组分以下述既定浓度溶液质量计，占减水剂总质量的百分比如下：

按以下制备方法配制本实施例的超保坍型聚羧酸减水剂2#：

步骤1：原料准备

（1）溶解油酸钠备用：在9重量份的20-80℃的水中加入1重量份油酸钠粉，搅拌直至完全溶解，配制成10%浓度的溶液备用；

（2）溶解羟乙基甲基纤维素备用：在98重量份的10-40℃水中加入2重量份羟乙基甲基纤维素，搅拌至目测溶解，然后存放2小时以上，直至胶状颗粒物完全消失，配制成2%浓度的溶液备用；

（3）准备减水型聚羧酸塑化剂溶液、保坍型聚羧酸塑化剂溶液、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物溶液、三异丙醇胺、三萜皂苷引气剂溶液和羟基乙叉二膦酸溶液。

步骤2：原料混合

按减水剂2#各组分的比例，先向搅拌设施中加入10%的羟基乙叉二膦酸溶液，然后一边搅拌，一边按各组分的比例，依次加入10%的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物溶液、12.5%的减水型聚羧酸塑化剂溶液、12.5%的保坍型聚羧酸塑化剂溶液、1%的油酸钠溶液、10%的羟乙基甲基纤维素溶液、2%的三异丙醇胺、0.4%的液态三萜皂苷引气剂，最后加入41.6%的水，继续搅拌2-3分钟，得到2#超保坍型聚羧酸减水剂组合物产品。

实验室试验数据

为了验证实施例1、2制备的减水剂1#、2#的有益效果，与现有技术减水剂（市售1#和2#）在实验室条件下进行了对比试验。市售1#减水剂为辽宁科隆精细化工股份有限公司产SPF-101聚羧酸高效泵送剂，市售2#减水剂为西卡公司产Viscocrete3301C聚羧酸高效减水剂。

1、试验用混凝土配合比

将减水剂性能对比试验所使用的混凝土配合比列于以下表1、表2和表3。

表1：A水泥混凝土配合比

表2：B水泥混凝土配合比

表3：C水泥混凝土配合比

2、实施例1、2制备的1#、2#减水剂与市售减水剂的效果比较

在实验室条件下，对本发明实施例1、2分别得到的减水剂1#和2#与市售减水剂1#和2#进行了测试。将试验数据列于以下表4、表5和表6。

表4：不同减水剂配制混凝土性能试验结果（A水泥混凝土）

附注：上述试验中泌水率为常压静置状态泌水率，以下所有试验所涉及该指标均与该试验相同。

表5：不同减水剂配制混凝土性能试验结果（B水泥混凝土）

表6：不同减水剂配制混凝土性能试验记录（C水泥混凝土）

采用以上表1-表3所述的A、B和C三种水泥及不同混凝土材料，共计进行了27组试验。表4-表6记载的试验数据充分表明：经过减水剂1#和减水剂2#改性的混凝土对减水剂掺量的敏感性较低，而且对不同材料的适应性良好，另外，增减减水剂的掺量可有效调节混凝土保坍效果，可满足5小时以内正常灌注要求，没有严重的后滞返大所导致的离析现象，混凝土静置泌水均小于1%；抗压强度较为稳定。

从表4-表6记载的数据还可以看出，市售聚羧酸减水剂在掺量较低时，虽然能在满足初始或0.5小时坍落度要求的同时满足保水性的要求，但难以满足1小时后坍落度要求，难以平衡工作性在不同时间内的稳定性；或者说，为满足较长时间保坍要求，在初始阶段难以满足保水性能，泌水严重，通过增减掺量难以可靠协调保坍性能和保水性能。从强度数据比较，市售聚羧酸减水剂配制混凝土整体的标养强度低于减水剂1#和2#所配制的混凝土。

上述试验数据充分说明：本发明的灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂组合物与现有技术减水剂相比，在保障混凝土的质量稳定性和可靠性上有明显的优势。

应当指出，本发明的灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂是一种组合物，各组分均有一定的范围，部分情况下，根据材料特点，各组份可以少有超过上述范围的浮动，因此得到的减水剂产品可以构成系列产品，在实际应用中，可以针对各种灌注桩混凝土的不同要求，选择由各组分不同比例构成的减水剂产品。

应当理解，以上实施例只是结合使用效果对本发明的超保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法进行具体说明，而不是对本发明保护范围的限制，本发明的保护范围记载在各项权利要求中。

Claims (2)

1.灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂，使用时的掺量为胶凝材料的1.5%-2.5%，该减水剂为液态，各组分以其中固体质量或有效含量计，占减水剂总质量的百分比如下：

所述的引气剂采用三萜皂苷类、烷基苯磺酸盐类、聚醚类或其它任何与本聚羧酸减水剂相容性好的引气剂产品，用量以使混凝土含气量达到2-4%。

2.权利要求1所述的灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：原料准备

（1）制备油酸钠溶液备用：

在9重量份的20-80℃的水中加入1重量份油酸钠粉，搅拌直至完全溶解后，配制成10%浓度的溶液备用；

（2）制备羟丙基甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素溶液备用：

在98重量份的10-40℃水中加入2重量份羟丙基甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素，搅拌至目测溶解，然后存放2小时以上，直至胶状颗粒物完全消失后，配制成2%浓度的溶液备用；

（3）准备减水型聚羧酸塑化剂溶液、保坍型聚羧酸塑化剂溶液、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物溶液、三异丙醇胺、引气剂溶液以及羟基乙叉二膦酸溶液；

以上（1）-（3）步骤中各组份采用液体形式或预先溶解成液体，根据溶液含固量，计算溶液中所含水份的质量，在用水量中予以扣除。

步骤2：原料混合

一边搅拌，一边按各组分的比例，依次向搅拌设备中加入羟基乙叉二膦酸溶液、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/亚甲基丁二酸/丙烯酸三元共聚物溶液、减水型聚羧酸塑化剂溶液、保坍型聚羧酸塑化剂溶液、油酸钠溶液、羟丙基甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素溶液、三异丙醇胺和引气剂溶液，最后加水至100%，再继续搅拌2-3分钟，得到液态灌注桩混凝土用超保坍型聚羧酸减水剂产品。