CN104529232A - 用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂、制备方法及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂、制备方法及其使用方法，所述聚羧酸复合减水剂各组分按重量比计，包括8～14%的聚羧酸减水剂母液溶质、0.15～0.3%的引气剂、0.2～0.5%的消泡剂、3～7%的炭屏蔽剂、1～2.5% 的三乙醇胺及7～14%的无机早强剂，余量为水；所述制备方法为将上述各组分混合搅拌；所述使用方法为按聚羧酸复合减水剂与混凝土重量（2～3）：100的比例混合。本发明的聚羧酸复合减水剂由无机组分和有机组分共同组成，制备方法简单、使用方便，其性能稳定，且无分层现象，用于高含炭量混凝土时，可以在不明显增大聚羧酸复合减水剂用量的情况下，取得高减水、高保坍的作用效果。

Description

用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂、制备方法及其使用方法

技术领域

本发明涉及建筑材料添加剂技术领域，尤其涉及一种用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，另外，还涉及此种聚羧酸复合减水剂、制备方法及其使用方法。

背景技术

聚羧酸减水剂是继木质减水剂和萘系减水剂之后的第三代混凝土减水剂，具有减水率高、保塑性好、磺酸根和氯离子含量低、生产过程中无需用到甲醛、废液排除量少、分子可设计性强等突出优点，因而，聚羧酸减水剂在大小建筑工程中均得到了广泛的应用。虽然聚羧酸减水剂的性能较为优异，但在实际应用过程中还是会出现一些问题，如混合后混凝土的流动性差、保坍性不佳、缓凝严重等，工程上将此类问题归结为聚羧酸减水剂与水泥的相容性差，聚羧酸减水剂与水泥之间的相容性问题已经引起业内人士的普遍关注，研究表明，水泥的含炭量对聚羧酸减水剂与水泥的相容性具有较大影响。

水泥在生产过程中，通常会掺入一定量混合材用以降低生产成本或是充分利用固体废弃物。出于相同的目的，在配制混凝土时也会大量使用掺和料。混合材及掺和料中应用最广泛的是粉煤灰，粉煤灰是燃煤发电厂煤粉燃烧后的高分散性固体废弃物，含有玻璃微珠、富铁微珠、富钙微珠及未燃尽的炭粒。粉煤灰中炭粒的含量不容忽视，据统计，国内有40%左右的燃煤发电场的粉煤灰含炭量超过8%。粉煤灰中的炭粒由于在高温中脱失了挥发分，炭粒内部形成了大量的孔隙，具有很大的比表面积，并且由于炭粒亲油疏水，有很好的吸附活性。

在高含炭量混凝土中应用聚羧酸减水剂时，为达到浇筑要求的流动强度，一般需要加大减水剂的掺量，由于减水剂的价格偏高，加大减水剂掺量会增大企业的成本。

现有的聚羧酸减水剂应用于高含炭量水泥、混凝土中时，聚羧酸减水剂分子优先吸附于炭粒上，导致水泥颗粒表面及液相中减水剂分子数量降低，起到的分散作用减弱。工程上反映，混凝土中粉煤灰掺量较高时，尤其是对于品质较低的粉煤灰，混凝土的流动性明显较差，粉煤灰中的炭粒影响了聚羧酸减水剂性能的发挥，使得聚羧酸减水剂与胶凝材料产生了相容性问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂、制备方法及其使用方法，有效解决了应用于高含炭量混凝土时聚羧酸复合减水剂与胶凝材料之间的相容性问题，可在不增加聚羧酸复合减水剂掺量的情况下取得混凝土的高流动度和高保坍性效果。

为了达到上述技术目的，本发明通过下述技术方案得以解决：

用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，按重量百分比计，由以下组分组成：

聚羧酸减水剂母液溶质         8～14%

引气剂                0.15～0.3%

消泡剂                0.2～0.5%

炭屏蔽剂                 3～7%

三乙醇胺                1～2.5%

无机早强剂               7～14%

其余为水，其总重量满足100%。

各组分按上述比例混合后，可制得一种适用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，此减水剂应用于高含炭量的混凝土中时，可有效消除或减弱炭对聚羧酸复合减水剂的影响，使混凝土达到预期流动度及坍落度，且其他性能不受损。

上述组合物中，聚羧酸减水剂母液溶质的主要作用为减水、保塑，消泡剂和引气剂配合使用，有效降低混凝土中的大气泡含量，有利于提高混凝土的流动性，且在一定程度上改善了混凝土的耐久性。炭屏蔽剂组分的分子量较小，对炭更具吸附活性，可以减弱混凝土中炭对聚羧酸复合减水剂的无效吸附。三乙醇胺和无机早强剂均可明显改善混凝土的早期强度，两者配合使用效果更佳。

上述各组分的组合及各组分的重量百分比范围，是通过大量实验确定的，上述组合及重量百分比范围使本发明的聚羧酸复合减水剂取得很好的高减水、高保坍效果。

本发明提供的聚羧酸复合减水剂中添加了炭屏蔽剂，用以降低粉煤灰中的炭对聚羧酸复合减水剂性能的影响，避免聚羧酸复合减水剂与胶凝材料之间的相容性问题。若炭屏蔽剂的含量超过7%，则会导致混凝土严重缓凝，影响正常施工；若炭屏蔽剂的含量小于3%，则对混凝土中炭的屏蔽作用不明显。

若引气剂的含量超过0.3%,使用后，混凝土的含气量过大，导致混凝土的强度降低；若引气剂的含量小于0.15%，则引气效果不明显，导致混凝土的流动性及耐久性相对较差。

若消泡剂的含量超过0.5%，则会减弱引气剂的作用效果；若消泡剂的含量小于0.2%，消泡剂的含量不足以降低混凝土中大气泡的含量，不能很好地控制混凝土中微小气泡的含量及比例。

三乙醇胺的价格偏高，若三乙醇胺的含量超过2.5%，则加大了聚羧酸减水剂的制造成本，取得的经济效益小；若三乙醇胺的含量小于1%，则添加聚羧酸减水剂后混凝土的早强效果不显著。

若无机早强剂的含量超过14%，则聚羧酸复合减水剂中其余有效组分的相对含量较少，聚羧酸复合减水剂的减水效果、保坍作用及屏蔽作用减弱；若无机早强剂的含量小于7%，则添加聚羧酸复合减水剂后混凝土的早强效果不佳。

较佳的，用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂中，所述各组分按重量百分比计的含量为：

聚羧酸减水剂母液溶质           10～14%

引气剂                  0.2～0.25%

消泡剂                  0.3～0.4%

炭屏蔽剂                   5～7%

三乙醇胺                   1～2%

无机早强剂                  7～10%

其余为水，其总重量满足100%。

进一步，更佳的，用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂中，所述各组分按重量百分比计的含量为：

聚羧酸减水剂母液溶质            12%

引气剂                    0.2%

消泡剂                    0.35%

炭屏蔽剂                   6%

三乙醇胺                   1.5%

无机早强剂                  10%

其余为水，其总重量满足100%。

本发明中，所述炭屏蔽剂为醇类物质，其化学通式为C_nH_(2n+1)OH，其中，n为不大于6的正整数。炭屏蔽剂采用醇类小分子物质，它们较聚羧酸复合减水剂大分子更易吸附于炭粒表面，可减弱聚羧酸复合减水剂在炭粒表面的无效吸附，使聚羧酸复合减水剂的性能得到充分发挥。

本发明中，所述引气剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。引气剂采用十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠，可向混凝土中引入适量微小的气泡，这些气泡可增大新拌混凝土的流动性，对硬化混凝土的耐久性方面也多有益处。

本发明中，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。消泡剂采用聚二甲基硅氧烷，用于消除由于机械搅拌引入混凝土的大气泡，大气泡的尺寸相对较大，对混凝土的强度、耐久性具有较大的负面作用，应尽量消除。

本发明中，所述无机早强剂为硫代硫酸钠或硫酸钠。无机早强剂采用硫代硫酸钠或硫酸钠，用以克服炭屏蔽剂引起的缓凝作用，使混凝土适于施工。

本发明提供的一种制备上述用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤A，按各组分所占重量比为：聚羧酸减水剂母液溶质8～14%、引气剂0.15～0.3%、消泡剂0.2～0.5%、炭屏蔽剂3～7%、三乙醇胺1～2.5%、无机早强剂7～14%、水为其余量，选取聚羧酸减水剂母液溶质、引气剂、消泡剂、炭屏蔽剂、三乙醇胺、无机早强剂和水，备用；

步骤B，将聚羧酸减水剂母液溶质、引气剂、消泡剂、炭屏蔽剂、三乙醇胺、无机早强剂和水一起置于容器中搅拌至均匀，得到用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂；

上述步骤都是在常温常压下进行的。

本发明提供的一种用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂的使用方法，所述使用方法采用下述方法中任一种；

方法一：具体步骤如下：

步骤a，向混凝土干混料中掺加水搅拌1～10min，得到混凝土；

步骤b，按重量百分比计，聚羧酸复合减水剂与混凝土胶凝材料的比例为（2～3）：100，向步骤a中的混凝土中掺加聚羧酸复合减水剂，搅拌2～10min。

方法二：具体步骤如下：

按重量百分比计，聚羧酸复合减水剂与混凝土胶凝材料的比例为（2～3）：100，将聚羧酸复合减水剂和水同时掺加到混凝土干混料中，搅拌2～10min。

与现有技术相比，本发明提供的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，由无机组分和有机组分共同组成，性能稳定，且无分层现象产生。本发明提供的聚羧酸复合减水剂中加入了炭屏蔽剂，能降低粉煤灰中的炭粒对聚羧酸复合减水剂和胶凝材料之间相容性的影响，使减水剂性能得到充分发挥，使得本发明的聚羧酸复合减水剂应用于高含炭量的混凝土时，可以在不明显增大聚羧酸复合减水剂用量的情况下，取得很好的高减水、高保坍的作用效果。

本发明提供的关于聚羧酸复合减水剂的制备方法，其步骤简单，制备方便。本发明提供的关于聚羧酸复合减水剂的使用方法，使用步骤简单，聚羧酸复合减水剂的使用量少，便于降低企业生产成本，提高经济效益。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

在以下实施例中，用减水率（%）反映减水作用，这一数值越大，表示减水作用越强；用坍落度1h经时变化量（mm）反映保坍作用，这一数值越小，表示保坍作用效果越好；用凝结时间差（min）反映缓凝作用，这一数值越小，表示减水剂对混凝土正常凝结的影响越小；用28d抗压强度比（%）反映对硬化混凝土的增强作用，数值越大表示增强效果越好。

实施例1-9

在常温常压下，分别按表1中每个实施例的各组分所占重量比准备各组分，将准备好的聚羧酸减水剂母液溶质、引气剂、消泡剂、炭屏蔽剂、三乙醇胺、无机早强剂和水一起置于容器中搅拌至均匀，得到用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂。

各实施例中，炭屏蔽剂采用醇类物质，其化学通式为C_nH_(2n+1)OH，其中，n为不大于6的正整数；引气剂采用十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；消泡剂采用聚二甲基硅氧烷；无机早强剂采用硫代硫酸钠或硫酸钠。

向主要由水泥、粉煤灰、砂、石组成的混合物中掺加水搅拌1～10min，得到混凝土，按重量百分比计，聚羧酸复合减水剂与混凝土的比例为（2～3）：100，按表1所列重量百分比取不同比例的聚羧酸复合减水剂掺加到混凝土中，搅拌2～10min。也可以将水和聚羧酸减水剂同时掺加到主要由水泥、粉煤灰、砂、石组成的混合物中，搅拌2～10min。

各实施例中，混凝土中的水泥、粉煤灰、砂、石的重量比为 252 : 108: 828: 1012，其中，粉煤灰采用含炭量为9.5%的Ⅲ级粉煤灰，加入搅拌的用水量采用使混凝土坍落度达到（210±10）mm时的最小用水量。

依照GB 8076-2008《混凝土减水剂》规定的试验方法，测试加入聚羧酸减水剂后混凝土的减水率、坍落度1h经时变化量、凝结时间差和28d抗压强度比，如表1中各实施例测得数值所示。

为突出使用效果，特选取市场上两种通用型聚羧酸复合减水剂作为对比样，其中，对比样1包含约15%的聚羧酸减水剂母液溶质、约0.5%的消泡剂、约0.05%的葡萄糖酸钠，余量为水；对比样2包含约15%的聚羧酸减水剂母液溶质、约8%的木质素磺酸盐、约7%的元明粉，余量为水。两个对比样聚羧酸复合减水剂的掺量采用推荐掺量，对比样1占混凝土重量占的2.4%，对比样2占混凝土重量的2.6%。

表1

由表1的检测结果可以看出，对比样1和对比样2的聚羧酸复合减水剂应用于高含碳量的混凝土中时，其减水效果、保坍效果均不佳。而使用本发明实施例提供的聚羧酸复合减水剂时，即实施例1～9，混凝土的减水率、保坍性、凝结时间及28d抗压强度比均优于对比样。尤其是实施例6，各项指标均符合GB 8076《混凝土减水剂》中对受检混凝土性能指标的要求。

与现有技术相比，本发明实施例提供的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，由无机组分和有机组分共同组成，性能稳定，且无分层现象产生。本发明实施例提供的聚羧酸复合减水剂中包含炭屏蔽剂，屏蔽剂组分的分子量较小，对炭更具吸附活性，可以减弱混凝土中炭对聚羧酸复合减水剂的无效吸附，解决聚羧酸复合减水剂应用于高含炭量混凝土时与胶凝材料之间的相容性问题，可以在不明显增大聚羧酸复合减水剂用量的情况下，取得很好的高减水、高保坍的作用效果。

本发明实施例提供的关于聚羧酸复合减水剂的制备方法，其步骤简单，制备方便。本发明实施例提供的关于聚羧酸复合减水剂的使用方法，使用步骤简单，聚羧酸复合减水剂的使用量少，便于降低企业生产成本，提高经济效益。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是依据本发明所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明申请专利的保护范围。

Claims (10)

1.用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，其特征在于，按重量百分比计，该组合物由以下组分组成：

聚羧酸减水剂母液溶质        8～14%

引气剂              0.15～0.3%

消泡剂              0.2～0.5%

炭屏蔽剂               3～7%

三乙醇胺              1～2.5%

无机早强剂             7～14%

其余为水，其总重量满足100%。

2.根据权利要求1所述的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，其特征在于，所述各组分按重量百分比计的含量为：

聚羧酸减水剂母液溶质        10～14%        

引气剂              0.2～0.25%         

消泡剂              0.3～0.4%          

炭屏蔽剂               5～7%         

三乙醇胺               1～2%        

无机早强剂              7～10%        

其余为水，其总重量满足100%。

3.根据权利要求2所述的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，其特征在于，所述各组分按重量百分比计的含量为：

聚羧酸减水剂母液溶质           12%

引气剂                   0.2%

消泡剂                   0.35%

炭屏蔽剂                  6%

三乙醇胺                  1.5%

无机早强剂                 10%

其余为水，其总重量满足100%。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，其特征在于，所述炭屏蔽剂为醇类物质，其化学通式为C_nH_(2n+1)OH，其中，n为不大于6的正整数。

5.根据权利要求1-3任一项所述的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，其特征在于，所述引气剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

6.根据权利要求1-3任一项所述的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，其特征在于，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。

7.根据权利要求1-3任一项所述的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂，其特征在于，所述无机早强剂为硫代硫酸钠或硫酸钠。

8.一种如权利要求1-3所述的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

按原料配比称取聚羧酸减水剂母液溶质、引气剂、消泡剂、炭屏蔽剂、三乙醇胺、无机早强剂和水；在常温常压下将聚羧酸减水剂母液溶质、引气剂、消泡剂、炭屏蔽剂、三乙醇胺、无机早强剂和水一起置于容器中搅拌至均匀，得到用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂。

9.一种如权利要求1-3所述的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂的使用方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤a，向混凝土干混料中掺加水搅拌1～10min，得到混凝土；

步骤b，向步骤a的混凝土中掺加聚羧酸复合减水剂，搅拌2～10min，其中：聚羧酸复合减水剂与混凝土胶凝材料的重量比为（2～3）：100。

10.一种如权利要求1-3所述的用于高含炭量混凝土的聚羧酸复合减水剂的使用方法，其特征在于，将聚羧酸复合减水剂和水同时掺加到混凝土干混料中，搅拌2～10min，其中：聚羧酸复合减水剂与混凝土胶凝材料的重量比为（2～3）：100。