CN105399363B

CN105399363B - 一种高流动性混凝土外加剂及其制备方法

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Publication number: CN105399363B
Application number: CN201510908667.6A
Authority: CN
Inventors: 杜明强; 金丰; 金一丰; 董楠; 万庆梅; 方建强
Original assignee: Zhejiang Huangma Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Huangma Technology Co Ltd
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2018-09-14
Anticipated expiration: 2035-12-10
Also published as: CN105399363A

Abstract

本发明涉及一种高流动性混凝土外加剂及其制备方法，属于有机化合物技术领域。由高减水型聚羧酸减水剂母液、缓释型聚羧酸减水剂母液、增稠剂、缓凝剂和水复配而成。将本发明应用于流动性混凝土、高流动性混凝土、流态混凝土、泵送混凝土等各类高强大流动性混凝土，具有良好的保水性，坍塌度维持良好，抗压强度在70MPa以上，可以很好的满足高强、轻质、耐久、经济、快硬和高流动的需求。

Description

一种高流动性混凝土外加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高流动性混凝土外加剂及其制备方法，属于有机化合物技术领域。

背景技术

混凝土外加剂是水泥混凝土组分中除水泥，砂，石，混合材料，水以外的第六种组成部分，该外加剂是一种复合型化学建材，大量的工程实践证明，在混凝土中掺入适量的外加剂，可以改善混凝土的性能，提高混凝土强度，节省水泥和能源，改善工艺和劳动条件，提高施工速度和工程质量，保护环境，具有显著的经济效益和社会效益。

世界上工业发达国家一半以上的混凝土中应用了外加剂，水泥混凝土是重要的工程材料。尤其是钢筋混凝土的出现，使这一工程材料兼具有较高的拉伸性能。这是混凝土工艺上的一次飞跃，而各种外加剂的掺用，不仅可以提高混凝土的和易性，减少用水量，使混凝土更具有抗水、防冻、防各种化学侵蚀的优点，还大大提高了混凝土的耐久性，改变混凝土的物理化学性能。

混凝土科学技术发展的主要方向为高强、轻质、耐久、经济、快硬和高流动，而这些均与外加剂的应用密切相关。20世纪30年代开始采用的以引气剂与塑化剂为主的混凝土外加剂技术，对优质混凝土的四大要素，即耐久性、强度、工作性与经济性，产生了十分明显甚至是决定性的作用。外加剂已成为现代混凝土不可缺少的组分，添加优质外加剂已成为了混凝土改性的一条必经技术途径。然而现有的外加剂无法满足混凝土的上述需求。

基于此，做出本申请。

发明内容

为了克服现有外加剂在拌制高流动性混凝土时易离析、泌水，工作性能损失快的问题，本发明首先提供一种可适用于流动性混凝土、高流动性混凝土、流态混凝土、泵送混凝土等各类高强大流动性混凝土的高流动性混凝土外加剂。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高流动性混凝土外加剂，由高减水型聚羧酸减水剂母液、缓释型聚羧酸减水剂母液、增稠剂、缓凝剂和水复配而成，上述各组分的质量百分比如下：

进一步的，作为优选：

所述的高减水型聚羧酸减水剂母液与缓释型聚羧酸减水剂母液的质量比为1:0.7-0.9。更优选的，所述的高减水型聚羧酸减水剂母液与缓释型聚羧酸减水剂母液的质量比为1:0.7-0.85。

所述的高减水型聚羧酸减水剂母液、缓释型聚羧酸减水剂母液以及增稠剂、缓凝剂的添加比例分别为9.5-10.25％、7.175-8.075％、0.1-1.1％、0.5-1.7％，余量为水。

所述的增稠剂可选用甲基纤维素，羧甲基纤维素，羟丙基纤维素的一种。

所述的缓凝剂为柠檬酸。

所述的水为去离子水。

同时，本发明还提供了一种具有上述特征高流动性混凝土外加剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)高减水型聚羧酸减水剂母液的配制：在40-60℃反应温度下，向聚醚大单体(HPEG或TPEG)水溶液加入H₂O₂(50％)搅拌相溶5-15分钟后，滴加A溶液1-4h和B溶液1.5-4h并持续搅拌，滴加完毕后保温1-2h，保温完毕后降温加入NaOH(30％)，即可出料得到高减水型聚羧酸减水剂母液，简记为PC-1；所述A溶液指丙烯酸的水溶液，B溶液指Vc与巯基乙酸或巯基丙酸按1：3.0-5.0的比例混合的水溶液，聚醚大单体与丙烯酸的质量比按1：0.08-0.15，各项水溶液的含水量按PC-1的总含水量随意分配，PC-1浓度为40％，具有高减水性。

(2)缓释型聚羧酸减水剂母液的配制：在40-60℃反应温度下，向聚醚大单体(TPEG)水溶液加入H₂O₂(50％)，搅拌相溶5-15分钟后，滴加A溶液2-4h和B溶液2.5-4h并持续搅拌，滴加完毕后保温1-2h，保温完毕后降温加入NaOH(30％),即可出料得缓释型聚羧酸减水剂母液，简记为PC-2。所述A溶液指丙烯酸与丙烯酸酯按1：1-2的比例混合的水溶液，所述B溶液指Vc与巯基乙酸或巯基丙酸按1：2.0-5.0的比例混合水溶液，所述PC-2的TPEG与(丙烯酸+丙烯酸酯)的质量比按1：0.12-0.2，各项水溶液的含水量按PC-2的总含水量随意分配，PC-2浓度为40％，PC-2具有缓释性。

(3)将步骤(1)制备的PC-1、步骤(2)制备的PC-2加入增稠剂、缓凝剂和水复配形成高流动性混凝土外加剂。

本发明的工作原理及有益效果如下：

(1)高流动性：本发明提供的高流动性混凝土外加剂在使用中，除了能满足混凝土设计强度，更重要的优点在于新拌混凝土的高流动性，具体体现为高流动性能保持时间长，不泌水不离析。

(2)掺量少：本发明提供的混凝土外加剂于其他同类型混凝土外加剂相比，在满足新拌混凝土工作性能需求及各项指标要求的前提下，所使用的掺量更少。

因此在使用中，除了能提高新拌混凝土后期强度，改善混凝土耐久性，更重要的优点在于提高了新拌高流动性混凝土的保水性能，以及长时间保持混凝土的高流动性能(即保坍性)。

本发明提供的高流动性混凝土外加剂HPWR-R01于其他同类型混凝土外加剂相比，在满足新拌混凝土工作性能需求及各项指标要求的前提下，所使用的掺量更少。

具体实施方式

实施例1

本发明所提供高流动性混凝土外加剂的制备方法包括如下三步：

步骤一：配制PC-1、PC-2；

步骤二：确定PC-1和PC-2的混合比例；

步骤三：确定HPWR-R01的复配比例。

(1)：配制PC-1：取350g甲基丙烯酸聚氧乙烯醚和339g去离子水放入四口烧瓶，搅拌并将四口烧瓶放入60℃水浴锅，等甲基丙烯酸聚氧乙烯醚完全溶解且其水溶液温度达到60℃，加入H₂O₂(50％)0.8g，5分钟后开始滴加A、B溶液，A溶液滴加2h，B溶液滴加2.5h；滴加完毕后保温1h，保温完毕后降温至40℃以下，加入NaOH(30％)42.5g，出料得到1kgPC-1，其浓度为40％。

其中，A、B溶液可先配制好，A溶液为40g丙烯酸和100g去离子水，B溶液为0.5gV_C、1.6巯基丙酸和140g去离子水。

为了说明高减水型聚羧酸减水剂母液的减水率，以JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》标准为参照，对所制备的PC-1的减水率进行测试，其中坍落度按照GB/T50080-2002测定，其测试结果参见表1所示。

表1 PC-1减水率测试结果对照表

表1中，基准试验是指所设计的混凝土配合比在不加高减水型聚羧酸减水剂母液时，当塌落度为150时所需的用水量，其获取方式为：(水泥为海螺水泥P.O42.5；砂子为河沙，中砂，细度模数2.5，含泥量<1％；中石子为碎石，连续级配5-20；水为自来水。将以上材料按JGJ55-2011设计而成)；试验1是指在基准试验所设计的混凝土配合比中加入高减水型聚羧酸减水剂母液即PC-1，当坍落度为150即和基准试验相同时所需的用水量，减水率为3次平行试验的平均值，其体现的效果为：在满足相同坍落度的情况下，使用PC-1能够大大减少用水量；试验2是指配制的另一批次的PC-1，为试验1的平行试验，其效果和试验1一样，结合基准试验、试验1、试验2能够直观的看出在混凝土中加入PC-1，在达到相同坍落度时能大大减少用水量，即可看出母液PC-1具有高减水性，其减水率高达37.5％。

(2)配制PC-2：取330g异戊烯醇聚氧乙烯醚和338g去离子水放入四口烧瓶，搅拌并将四口烧瓶放入60℃水浴锅，等异戊烯醇聚氧乙烯醚完全溶解且其水溶液温度达到60℃，加入H₂O₂(50％)0.9g，5分钟后开始滴加A’、B’溶液，A’溶液滴加3h，B’溶液滴加3.5h。A’、B’溶液可先配制好，A’溶液为28g丙烯酸、32g丙烯酸羟乙酯和100g水，B’溶液为0.6gV_C、1.2g巯基丙酸和140g去离子水。滴加完毕后保温1h，保温完毕后降温至40℃以下，加入NaOH(30％)63g，出料得到1kgPC-2，其浓度为40％。

为了说明缓释型聚羧酸减水剂母液的缓释型效果，根据《GB/T8077-2000混凝土外加剂匀质性试验方法》设计水泥净浆流动度实验，其测试结果参见表2所示。

表2 PC-2流动度测试结果对照表

表2以PC-1作为对照，对净浆流动度进行对照和比较，从表2可以看出，添加PC-1的混凝土，其初始净浆流动度为248mm，1小时净浆流动度为203mm，到2小时时已经锐减为115mm；而添加PC-2的混凝土，其初始净浆流动度为168mm，1小时净浆流动度为237mm，而2小时后净浆流动度仍然保持在231mm，与1小时几乎没有差别，由此可以看出，添加母液PC-2的净浆流动度较为稳定，该PC-2具有很好的缓释性。

(3)确定PC-1与PC-2的混合比例。

在使用过程中，PC-1、PC-2各有其特点，并对混凝土的整体性能造成影响，因此，需对两者的混合比例进行调控。

为了说明高减水型聚羧酸减水剂母液与缓释型聚羧酸减水剂母液混合后的效果，根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》设计混凝土配合比进行了几组试验，并按GB50080-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》检测，其测试结果参见表3所示。

表3 PC-2流动度测试结果对照表

表3中混凝土配合比为C60的高强高流动性混凝土配合比，表3中水泥为海螺水泥P.O42.5；粉煤灰为I级；砂子为河沙，中砂，细度模数2.5，含泥量<1％；中石子为碎石，连续级配5-20；水为自来水。

(4)确定复配比例，由于复配比例受到混凝土搅拌站现场砂石材料的的影响比较大，尤其砂石的含泥量大小、级配的优劣。

按JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》设计配合比，具体参见表4所示。

表4 不同成品的复配方式

其中，表4中，PC-1、PC-2均为40％固含量。

按表4中混凝土配合比对复配成品(外加剂)进行应用测试，并对混凝土外加剂进行应用测试，其测试结果参见表5所示。

表5 不同复配比对产品性能的影响

其中，表5中，折固掺量为外加剂固含量与胶凝材料的质量比。

从表5可以看出，控制高减水型聚羧酸减水剂母液与缓释型聚羧酸减水剂母液的质量比为1:0.7-0.9时，并控制高减水型聚羧酸减水剂母液、缓释型聚羧酸减水剂母液以及增稠剂、缓凝剂的添加比例分别为1-58.7％、1-41.1％、0.1-3％、0.1-3％，余量则采用水补足，尤其控制高减水型聚羧酸减水剂母液与缓释型聚羧酸减水剂母液的质量比为1:0.7-0.85，并控制高减水型聚羧酸减水剂母液、缓释型聚羧酸减水剂母液以及增稠剂、缓凝剂的添加比例分别为9.5-10.25％、7.175-8.075％、0.1-1.1％、0.5-1.7％，余量用水补足时，所获得的减水剂具有良好的保水性，坍塌度维持良好，抗压强度在70MPa以上，可以很好的满足高强、轻质、耐久、经济、快硬和高流动的需求。

混凝土外加剂对新拌混凝土的作用原理主要体现在以下几个方面：

1、在相同用水量情况下提高混凝土流动性，工作性，和易性。

2、减少或延长初凝时间。

3、对收缩率的影响。

4、改变泌水率，防止离析。

5、改善抗渗性。

6、减小坍落度损失。

结合表2-表5所示，本发明的混凝土外加剂对提高混凝土流动性，改变泌水率，防止离析，减小坍落度损失，起到了一定的作用。且根据表5所示的外加剂折固掺量，推测本发明的混凝土外加剂具有以下两个的特征：

1、高流动性：提高新拌混凝土的高流动性，保持长时间坍落度/扩展度不变，不泌水不离析。

2、掺量少：本发明提供的高流动性混凝土外加剂于其他同类型混凝土外加剂相比，在满足新拌混凝土工作性能需求及各项指标要求的前提下，所使用的掺量更少。

以上内容是结合本发明创造的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明创造具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。

Claims

1.一种高流动性混凝土外加剂，其特征在于：由高减水型聚羧酸减水剂母液、缓释型聚羧酸减水剂母液、增稠剂、缓凝剂和水复配而成，上述各组分的质量百分比如下：

高减水型聚羧酸减水剂母液 1-58.7%

缓释型聚羧酸减水剂母液 1-41.1%

增稠剂 0.1-3%

缓凝剂 0.1-3%

余量为水；

所述的高减水型聚羧酸减水剂母液与缓释型聚羧酸减水剂母液的质量比为1:0.7-0.9；

所述高流动性混凝土外加剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）高减水型聚羧酸减水剂母液的配制：在40-60℃反应温度下，向聚醚大单体一水溶液加入H₂O₂搅拌相溶5-15分钟后，滴加A溶液1-4h和B溶液1.5-4h并持续搅拌，滴加完毕后保温1-2h，保温完毕后降温加入NaOH，即可出料得到高减水型聚羧酸减水剂母液，简记为PC-1，

其中，A溶液指丙烯酸的水溶液，B溶液指Vc与巯基乙酸或巯基丙酸按1：3.0-5.0的比例混合的水溶液，聚醚大单体与丙烯酸的质量比按1：0.08-0.15；

（2）缓释型聚羧酸减水剂母液的配制：在40-60℃反应温度下，向聚醚大单体二水溶液加入H₂O₂，搅拌相溶5-15分钟后，滴加C溶液2-4h和D溶液2.5-4h并持续搅拌，滴加完毕后保温1-2h，保温完毕后降温加入NaOH,即可出料得缓释型聚羧酸减水剂母液，

其中，所述C溶液指丙烯酸与丙烯酸酯按1：1-2的比例混合的水溶液，D溶液指Vc与巯基乙酸或巯基丙酸按1：2.0-5.0的比例混合水溶液，聚酯大单体二与丙烯酸和丙烯酸酯质量和的质量比按1：（0.12-0.2）；

（3）向步骤（1）制备的高减水型聚羧酸减水剂母液、步骤（2）制备的缓释型聚羧酸减水剂母液加入增稠剂、缓凝剂和水复配形成高流动性混凝土外加剂。

2.如权利要求1所述的一种高流动性混凝土外加剂，其特征在于：所述的高减水型聚羧酸减水剂母液、缓释型聚羧酸减水剂母液以及增稠剂、缓凝剂的添加比例分别为9.5-10.25%、7.175-8.075%、0.1-1.1%、0.5-1.7%，余量为水。

3.如权利要求1所述的一种高流动性混凝土外加剂，其特征在于：所述的高减水型聚羧酸减水剂母液与缓释型聚羧酸减水剂母液的质量比为1:0.7-0.85。

4.如权利要求1所述的一种高流动性混凝土外加剂，其特征在于：所述的增稠剂为甲基纤维素，羧甲基纤维素，羟丙基纤维素的一种。

5.如权利要求1所述的一种高流动性混凝土外加剂，其特征在于：所述的缓凝剂为柠檬酸。

6.如权利要求1所述的一种高流动性混凝土外加剂，其特征在于：所述的水为去离子水。

7.如权利要求1所述的一种高流动性混凝土外加剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的聚醚大单体一为HPEG或TPEG，H₂O₂的质量浓度为50%，NaOH的质量浓度为30%，高减水型聚羧酸减水剂母液质量浓度为40%。

8.如权利要求1所述的一种高流动性混凝土外加剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的聚醚大单体二为TPEG，H₂O₂的质量浓度为50%，NaOH的质量浓度为30%，缓释型聚羧酸减水剂母液质量浓度为40%。