CN103803843B - 粘度调节剂及其制备方法和自流平自密实混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粘度调节剂，专用于自流平自密实混凝土，其主要由以下重量份的原料制备而得：淀粉15-85、环氧丁烷160-550、碱0.1-2.0。相应地，本发明还公开了一种上述粘度调节剂的制备方法，包括：将碱磨成细粉，和淀粉一起加入到环氧丁烷中，在室温下搅拌2d，使环氧丁烷充分渗透到淀粉颗粒中，使其充分润湿，溶胀；升温至45-50℃，继续反应48h，过滤，干燥，得反应产物羟丁基淀粉醚。同时，本发明还公开了一种应用上述粘度调节剂的自流平自密实混凝土。采用本发明，既可以增加混凝土浆体的粘度，起到增稠作用，防止混凝土的离析和泌水，而且不影响混凝土的流动性。

Description

粘度调节剂及其制备方法和自流平自密实混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种粘度调节剂及其制备方法和一种自流平自密实混凝土。
背景技术
自流平自密实混凝土是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋中也能完全填充模板，同时获得很好的均质性，并且不需要附加振动的混凝土。自流平自密实混凝土的突出特点是流动性大,浆体悬浮于混凝土中,但又不离析、泌水。
新拌自流平自密实混凝土的工作性又称为自密实性，包括四个重要方面：流动能力，充填能力，间隙通过能力和抗离析能力。流动能力和充填能力是指自密实混凝土在其自重的作用下流动充填模板空间的能力。间隙通过能力是指混凝土浇筑时能自行穿越钢筋间隙而不发生阻塞的能力。抗离析能力是指在新鲜状态下混凝土保持成分均一的能力。良好的工作性是自密实混凝土的一项重要性能指标，即大流动性，高抗分离稳定性，间隙通过性和填充性。而大流动性和抗分离稳定性恰恰是一对矛盾，流动性大，必然有离析的倾向，针对自流平自密实混凝土拌合物离析的倾向，通常采用掺入增稠剂（增粘剂）。
另一方面，自流平自密实混凝土由于坍落度和坍落扩展度较大，容易产生泌水，离析等现象，为解决这些问题，需要增加混凝土中浆体的粘度。降低水胶比和增加浆体液相粘度都可以增加自流平自密实混凝土的粘度，但降低水胶比对混凝土的工作性不利。因此,增加浆体液相粘度的方法成为增加自流平自密实混凝土粘度的首选方法。
增稠剂是一种以增稠和保水作用来防止材料分离和泌水的外加剂，是近几年来研究开发的一种新型的水泥混凝土外加剂，它能够增加水泥胶凝材料的粘聚性和粘结力，减少材料的分离率，提高匀质性和硬化产品的性能。因此，在配制大流动度的自流平自密实混凝土时，增稠剂的选择具有重要的意义。常用的增稠剂有，纤维素水溶性高分子，丙烯酸类水溶性高分子，生物胶，葡萄糖或蔗糖等高聚物，其中以纤维素醚和甲基纤维素用得最多。但这些增稠剂的共同缺点是：若掺量低，对混凝土的抗离析和泌水没有作用，若掺量高，影响混凝土的流动性和填充性。
即，现有的增稠剂不能同时满足：既可以起到增稠作用，防止混凝土的离析和泌水，同时还不影响混凝土的流动性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种粘度调节剂，既可以增加混凝土浆体的粘度，起到增稠作用，防止混凝土的离析和泌水，而且不影响混凝土的流动性。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种上述粘度调节剂的制备方法。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种应用上述粘度调节剂制得的自流平自密实混凝土。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种粘度调节剂，专用于自流平自密实混凝土，其主要由以下重量份的原料制备而得：
淀粉15-85
环氧丁烷160-550
碱0.1-2.0。
作为上述方案的改进，所述粘度调节剂由以下重量份的原料制备而得：
淀粉45-75
环氧丁烷260-380
碱0.3-0.6。
作为上述方案的改进，所述粘度调节剂由以下重量份的原料制备而得：
淀粉60
环氧丁烷322.5
碱0.45。
作为上述方案的改进，所述粘度调节剂为5-20%固含量的水溶液。
相应的，本发明还公开了一种粘度调节剂的制备方法，包括：
将碱磨成细粉，和淀粉一起加入到环氧丁烷中，在室温下搅拌2d，使环氧丁烷充分渗透到淀粉颗粒中，使其充分润湿，溶胀；
升温至45-50℃，继续反应48h，过滤，干燥，得反应产物羟丁基淀粉醚；
包装所述羟丁基淀粉醚即得粘度调节剂成品；
其中，所述粘度调节剂主要由以下重量份的原料制备而得：
淀粉15-85
环氧丁烷160-550
碱0.1-2.0。
作为上述方案的改进，所述粘度调节剂由以下重量份的原料制备而得：
淀粉45-75
环氧丁烷260-380
碱0.3-0.6。
作为上述方案的改进，所述粘度调节剂由以下重量份的原料制备而得：
淀粉60
环氧丁烷322.5
碱0.45。
作为上述方案的改进，所述粘度调节剂为5-20%固含量的水溶液。
相应的，本发明还公开了一种自流平自密实混凝土，其原料包括水泥、粉煤灰、矿渣粉、砂子、石子、水、减水剂和上述粘度调节剂，所述粘度调节剂的掺量为0.01-0.1%。
作为上述方案的改进，所述粘度调节剂的掺量为0.03-0.05%。
作为上述方案的改进，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
作为上述方案的改进，所述自流平自密实混凝土由以下方法制备而得：先加入水泥、粉煤灰、砂子和石子，再加入矿渣粉，然后加入50%水，再加入减水剂和粘度调节剂，最后加入余下的50%水，搅拌均匀制得混凝土。
实施本发明具有如下有益效果：
一、本发明提供的粘度调节剂是羟丁基改性淀粉，是一种以天然淀粉为原料，利用淀粉同环氧丁烷在碱性条件下进行醚化反应制得的淀粉醚。它是非离子型改性淀粉，由于醚化淀粉的醚键的稳定性高，引入的羟丁基基团比较大，且具有亲水性，能减弱淀粉颗粒结构的内部氢键强度，使其易溶于水，成为水溶性高分子聚合物。该聚合物作为粘度调节剂加入自流平自密实混凝土中，增加混凝土拌合物浆体粘度，起到增稠作用，防止混凝土的离析和泌水，而且还不影响混凝土拌合物的流动性。
二、在自流平自密实混凝土的应用中，本发明和聚羧酸减水剂配合使用，相容性好，掺量为0.03-0.05%时，混凝土拌合物的初始扩展度可以达到650-690mm，2h后的混凝土坍落扩展度基本无损失，且不离析，不泌水。而现有的混凝土在不离析，不泌水的情况下，最大的扩展度只能做到580-610mm。因此，本发明用极少掺量的粘度调节剂，就能增加混凝土浆体的粘度，起到增稠作用，防止混凝土的离析和泌水，还可以保持混凝土的良好的流动性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供了一种粘度调节剂，专用于自流平自密实混凝土，其主要由以下重量份的原料制备而得：
淀粉15-85
环氧丁烷160-550
碱0.1-2.0。
优选的，所述粘度调节剂由以下重量份的原料制备而得：
淀粉45-75
环氧丁烷260-380
碱0.3-0.6。
更佳的，所述粘度调节剂由以下重量份的原料制备而得：
淀粉60
环氧丁烷322.5
碱0.45。
其中，所述粘度调节剂为5-20%固含量的水溶液。优选的，所述粘度调节剂为10%固含量的水溶液。
环氧丁烷既是反应物，又是溶剂，其密度为1.075g/cm3，将本发明的环氧丁烷换算为体积单位，为149-512ml。
碱可以选用KOH、NaOH、Na2CO3、K2CO3，但不限于此。
本发明粘度调节剂可溶于冷水中，是水溶性高分子聚合物，具有很好的快速增稠能力，且具有一定的保水性。
所述粘度调节剂是羟丁基改性淀粉，是一种以天然淀粉为原料，利用淀粉同环氧丁烷在碱性条件下进行醚化反应制得的淀粉醚。它是非离子型改性淀粉，由于醚化淀粉的醚键的稳定性高，引入的羟丁基基团比较大，且具有亲水性，能减弱淀粉颗粒结构的内部氢键强度，使其易溶于水，成为水溶性高分子聚合物。该聚合物作为粘度调节剂加入自流平自密实混凝土中，增加混凝土拌合物浆体粘度，起到增稠作用，防止混凝土的离析和泌水，而且还不影响混凝土拌合物的流动性，是一种理想的自密实混凝土用增稠剂。与其它增稠剂相比，本发明产品用于自流平自密实混凝土中，具有掺量低，增粘效果好的优点。
需要说明的是，本发明粘度调节剂同样适用于水下混凝土、大流动度混凝土。
相应的，本发明还公开了一种粘度调节剂的制备方法。
淀粉乳湿法是工业上制备羟基淀粉的基本方法。目前正在实现工业化的方法都是利用淀粉同环氧丙烷在碱性条件下进行醚化反应。因生产工艺条件不同，有多种合成方法，各国生产羟丙基淀粉的方法归纳为：干法、水分散法、非水溶剂法和微乳化法。用这些方法合成的醚化淀粉，仅微溶于水或在高温下溶胀成淀粉糊，而且溶剂昂贵，又有爆炸危险，且产品分离纯化困难。
为克服上述缺点，本发明采用类似于本体聚合的方法合成羟丁基淀粉醚，具体方法如下：
将碱磨成细粉，和淀粉一起加入到环氧丁烷中，在室温下搅拌2d，使环氧丁烷充分渗透到淀粉颗粒中，使其充分润湿，溶胀；升温至45-50℃，继续反应48h，过滤，干燥，得反应产物羟丁基淀粉醚；包装所述羟丁基淀粉醚即得粘度调节剂成品。
在把碱磨成细粉的过程中，可以用粉碎搅拌机粉碎15-30min即可，其中，粉碎搅拌机的功率可设定为1KW。
本发明的合成方法采用类似本体聚合的方法，环氧丁烷既为反应物又为溶剂，工艺简单，反应效率高，产品易于分离纯化，未反应的环氧丁烷可循环使用，有利于环保，节省成本。
其中，所述粘度调节剂主要由以下重量份的原料制备而得：
淀粉15-85
环氧丁烷160-550
碱0.1-2.0。
优选的，所述粘度调节剂由以下重量份的原料制备而得：
淀粉45-75
环氧丁烷260-380
碱0.3-0.6。
更佳的，所述粘度调节剂由以下重量份的原料制备而得：
淀粉60
环氧丁烷322.5
碱0.45。
其中，所述粘度调节剂为5-20%固含量的水溶液。优选的，所述粘度调节剂为10%固含量的水溶液。
环氧丁烷既是反应物，又是溶剂，其密度为1.075g/cm3，将本发明的环氧丁烷换算为体积单位，为149-512ml。
碱可以选用KOH、NaOH、Na2CO3、K2CO3，但不限于此。
另一方面，本发明还公开了一种自流平自密实混凝土，其原料包括水泥、粉煤灰、矿渣粉、砂子、石子、水、减水剂和上述粘度调节剂，所述粘度调节剂的掺量为0.01-0.1%。
优选的，所述粘度调节剂的掺量为0.03-0.05%。
自流平自密实混凝土中的粘度调节剂，是采用上述配方以及采用上述制备方法制得，所述配方和制备方法同上，在此不再赘述。
要使自流平自密实混凝土保持良好的工作性，不仅对混凝土原材料和配合比具有严格的要求,而且必须采用减水剂和增稠剂。本发明减水剂优选为聚羧酸减水剂。与传统的减水剂相比（如萘系减水剂），聚羧酸减水剂具有更高的减水率和工作性保持能力。
所述粘度调节剂和聚羧酸减水剂配合使用，相容性好，掺量为0.03-0.05%时，混凝土拌合物的初始扩展度可以达到650-690mm，2h后的混凝土坍落扩展度基本无损失，且不离析，不泌水。而现有的混凝土在不离析，不泌水的情况下，最大的扩展度只能做到580-610mm。因此，本发明采用极低的掺量，即能达到良好的效果，增加混凝土浆体的粘度，起到增稠作用，防止混凝土的离析和泌水，还可以保持混凝土的良好的流动性。
但是，当掺量小于0.03%时，混凝土的粘度不够，易离析和泌水；当掺量大于0.05%时，混凝土的粘度太大，影响流动性和间隙通过性能。
需要说明的是，掺量是指粘度调节剂与总胶凝材料的重量百分比。所述粘度调节剂为5-20%固含量的水溶液，优选为10%固含量的水溶液。
本发明粘度调节剂用作自流平自密实混凝土的增粘剂，与聚羧酸减水剂复配使用，粘度调节剂和聚羧酸减水剂的用量配比优选为4%-10%，可以增加混凝土拌合物的粘度，但对混凝土的流动性影响很小，具有良好的增稠，保坍保水和抗离析能力。
本发明还应根据聚羧酸减水剂的品种、掺量及混凝土的配合比及拌合物的扩展度的不同而调整粘度调节剂的用量。
进一步，所述自流平自密实混凝土由以下方法制备而得：先加入水泥、粉煤灰、砂子和石子，再加入矿渣粉，然后加入50%水，再加入减水剂和粘度调节剂，最后加入余下的50%水，搅拌均匀制得混凝土。
优选的，搅拌过程中，先干拌20-50s，湿拌100-150s。
更佳的，搅拌过程中，先干拌30，湿拌120s。
将本发明粘度调节剂做技术检测，具体如下：
1、增稠能力：扩展速度是指在测量坍落度的过程中，从坍落度筒上体开始计时，当混凝土的扩展直径达到500mm时所用的时间，故这一速度可在一定程度上体现混凝土的塑性粘度。
本发明采用扩展速度（T50）表征混凝土的粘度。不掺加本发明粘度调节剂的混凝土，T50=6.5S；相同条件，掺加0.04%的本发明粘度调节剂后，T50=7.8S；这证明了本发明粘度调节剂用于自流平自密实混凝土时的快速增稠增粘能力。
2、保水性：
上面的试验中，2h后，不掺加本发明粘度调节剂的混凝土泌水量200/10L；但掺加本发明粘度调节剂的混凝土，2h后，泌水量为0；这证明了本发明粘度调节剂的保水能力。
3、流动性：流动性是衡量自流平自密实混凝土工作性能的最重要指标。本发明用坍落度和坍落扩展度来评价自流平自密实混凝土的流动性。坍落度主要是指混凝土的塑化性能和可泵性能。坍落扩展度是指在测量坍落度的过程中，混凝土扩展后所能达到的最大直径。坍落扩展度量化了混凝土在自重作用下克服屈服应力，粘度和摩擦后的流动状态，扩展后的混凝土越接近圆形，其质量就越均匀，在目测不产生离析的情况下，混凝土直径越大，表明其通过间隙的能力越强。
同为上面的试验，不掺加本发明粘度调节剂的混凝土，2h后，坍落度由初始的240mm减少到190mm；而掺加本发明粘度调节剂的混凝土，2h后，坍落度由初始的240mm变为235mm，基本无损失；这证明了本发明粘度调节剂的良好的坍落度保持能力。
此外，不掺加本发明粘度调节剂的混凝土拌合物的初始扩展度为590mm，2h后的混凝土坍落扩展度为530mm；而掺加本发明粘度调节剂的混凝土拌合物的初始扩展度可以达到680mm，2h后的混凝土坍落扩展度为670mm，基本无损失；这证明了本发明粘度调节剂的良好的坍落扩展度。
因此，本发明具有良好的流动性。
4、抗离析能力：
同为上面的试验，目测判断，不掺加本发明粘度调节剂的混凝土，2h后，泌水，抓底，有一定程度的离析；而掺本发明粘度调节剂的混凝土，2h后，无泌水，不抓底，料柔软，流动性如初，不离析。
综上所述，本发明粘度调节剂具有很好的快速增稠能力，且具有一定的保水性。所述粘度调节剂加入自流平自密实混凝土中，增加混凝土拌合物浆体粘度，起到增稠作用，防止混凝土的离析和泌水，而且还不影响混凝土拌合物的流动性。
下面以具体实施例进一步阐述本发明
实施例1
1、制备粘度调节剂
将0.45gKOH磨成细粉，和60g淀粉一起加入到300ml的环氧丁烷中，在室温下搅拌2d，使环氧丁烷充分渗透到淀粉颗粒中，使其充分润湿，溶胀；升温至45-50℃，继续反应48h，过滤，干燥，得反应产物羟丁基淀粉醚，即粘度调节剂。
2、将粘度调节剂应用于制备混凝土
先加入400kg水泥、150kg粉煤灰、832kg砂子和768kg石子，再加入25kg矿渣粉，然后加入86kg水，再加入5.75kg的20%固含量的聚羧酸减水剂和0.4kg粘度调节剂，最后加入余下的86kg水，搅拌均匀制得混凝土。
实施例2
1、制备粘度调节剂
将0.3gKOH磨成细粉，和45g淀粉一起加入到260ml的环氧丁烷中，在室温下搅拌2d，使环氧丁烷充分渗透到淀粉颗粒中，使其充分润湿，溶胀；升温至45-50℃，继续反应48h，过滤，干燥，得反应产物羟丁基淀粉醚，即粘度调节剂。
2、将粘度调节剂应用于制备混凝土
先加入400kg水泥、150kg粉煤灰、832kg砂子和768kg石子，再加入25kg矿渣粉，然后加入86kg水，再加入5.75kg的20%固含量的聚羧酸减水剂和0.3kg粘度调节剂，最后加入余下的86kg水，搅拌均匀制得混凝土。
实施例3
1、制备粘度调节剂
将0.6gKOH磨成细粉，和75g淀粉一起加入到380ml的环氧丁烷中，在室温下搅拌2d，使环氧丁烷充分渗透到淀粉颗粒中，使其充分润湿，溶胀；升温至45-50℃，继续反应48h，过滤，干燥，得反应产物羟丁基淀粉醚，即粘度调节剂。
2、将粘度调节剂应用于制备混凝土
先加入400kg水泥、150kg粉煤灰、832kg砂子和768kg石子，再加入25kg矿渣粉，然后加入86kg水，再加入5.75kg的20%固含量的聚羧酸减水剂和0.5kg粘度调节剂，最后加入余下的86kg水，搅拌均匀制得混凝土。
实施例4
1、制备粘度调节剂
将0.5gKOH磨成细粉，和65g淀粉一起加入到320ml的环氧丁烷中，在室温下搅拌2d，使环氧丁烷充分渗透到淀粉颗粒中，使其充分润湿，溶胀；升温至45-50℃，继续反应48h，过滤，干燥，得反应产物羟丁基淀粉醚，即粘度调节剂。
2、将粘度调节剂应用于制备混凝土
先加入400kg水泥、150kg粉煤灰、832kg砂子和768kg石子，再加入25kg矿渣粉，然后加入86kg水，再加入6kg的20%固含量的聚羧酸减水剂和0.45kg粘度调节剂，最后加入余下的86kg水，搅拌均匀制得混凝土。
将实施例1-4所得粘度调节剂进行技术检测，结果如下：
由上可知，（1）本发明粘度调节剂的扩展速度T50较高，证明了本发明粘度调节剂用于自流平自密实混凝土时具有快速增稠增粘能力。
（2）2h后泌水量为0，证明了本发明粘度调节剂具有优秀的保水能力。
（3）2h后坍落度由初始的240mm变为232-236mm，基本无损失，证明了本发明粘度调节剂具有良好的坍落度保持能力；
掺加本发明粘度调节剂的混凝土拌合物的初始扩展度可以达到680mm，2h后的混凝土坍落扩展度也基本无损失，证明了本发明粘度调节剂具有良好的坍落扩展度保持能力；
因此，本发明具有良好的流动性。
（4）2h后目测，无泌水，不抓底，料柔软，流动性如初，不离析，证明了本发明粘度调节剂具有良好的抗离析能力。
综上所述，本发明粘度调节剂加入自流平自密实混凝土中，既可以增加混凝土浆体的粘度，起到增稠作用，防止混凝土的离析和泌水，而且不影响混凝土的流动性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种制备粘度调节剂的方法，其特征在于，包括：
将碱磨成细粉，和淀粉一起加入到环氧丁烷中，在室温下搅拌2d，使环氧丁烷充分渗透到淀粉颗粒中，使其充分润湿，溶胀；
升温至45-50℃，继续反应48h，过滤，干燥，得反应产物羟丁基淀粉醚；
包装所述羟丁基淀粉醚即得粘度调节剂成品；
其中，所述粘度调节剂由以下重量份的原料制备而得：
淀粉15-85
环氧丁烷160-550
碱0.1-2.0。
2.如权利要求1所述的粘度调节剂的制备方法，其特征在于，所述粘度调节剂由以下重量份的原料制备而得：
淀粉45-75
环氧丁烷260-380
碱0.3-0.6。
3.如权利要求1所述的粘度调节剂的制备方法，其特征在于，所述粘度调节剂为5-20％固含量的水溶液。
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