一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法
技术领域
本发明涉及固态聚羧酸减水剂的制备与应用技术领域,具体涉及一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法。
背景技术
近几年来,外加剂的研究与生产已日趋进步,传统的混凝土将要被高性能混凝土所取代。而减水剂是外加剂中应用面最广、使用量最大的组分之一,是配制高性能混凝土所不可或缺的重要组成部分。目前,我国传统的高性能减水剂包括:改性木钙、萘系、三聚氰氨等,这些都难以满足高性能混凝土对减水剂性能的要求。聚羧酸减水剂是一种综合性能良好的减水剂品种,其较高的减水率和良好的坍落度保持性,是萘系或脂肪族等减水剂所不能及的。而且聚羧酸系高效减水剂的性能也更为优越,它可根据实际情况,配制各种不同强度等级的混凝土,而且其分子结构的可调性大,可根据具体要求制备出不同性能的减水剂。
然而,以往的聚羧酸减水剂大多都是以液态产品推向市场的,含量为20~40%。考虑到工程施工地点远,液态产品的运输、使用和贮存等存在的麻烦,因此科研人员正在研究其固态粉末状产品,发展高浓度或固体聚羧酸产品是降低运输成本和推广聚羧酸减水剂在各地广泛使用的首要条件。固体聚羧酸高效减水剂(Solid PolycarboxylateSuperplasticizer,简写成SPC)的使用不但解决了在储存、运输方面带来的不便,而且满足了干混砂浆、喷射混凝土、高档陶瓷等工程技术领域中对减水剂使用的要求。
虽然,近些年固态聚羧酸系高效减水剂的研发取得了一定性的进展,但是依然存在着一些生产以及应用上的缺陷影响其推广和发展。总体来说,关于发明一种新的生产工艺简单、有效的合成出固体聚羧酸高效减水剂的研究还很少,理论依据不足,目前主要有喷雾干燥法、真空法和直接合成高固含量聚羧酸减水剂方法。
目前,重庆大学的钱觉时,华东理工大学的郑柏存,常州建筑科学研究院的王小兵等人通过喷雾干燥技术得到了粉体的聚羧酸高效减水剂。而且现有的一些相关的固体聚羧酸产品的报道,大多也是采用喷雾干燥的技术生产固体聚羧酸高效减水剂。但是在生产过程中由于会受到高温的影响,减水剂分子发生链转移反应,部分转化成高分子量聚合物,导致固体聚羧酸高效减水剂中起减水作用的有效成分降低,从而使减水剂的掺量增加,甚至在生产过程中就发生结块现象。
关于真空法,在国内有些厂家为了制得高固含量的产品,在反应的后续处理阶段增加真空抽吸工艺,但此工艺的效率极低,而且能耗比较大,所以此方法并没有被普遍应用。
直接合成高固减水剂的方法是目前又一种合成固态减水剂的方法。江苏科技大学的郭伟杰等用溶液聚合的方法合成了高固含量的丙烯酸酯类聚羧酸减水剂。直接合成的方法经过检测,减水剂的性能确是得到了很大保证。但是这种方法也有两种不足之处,首先直接合成后的减水剂其实还是有一定的含水率,并没有达到完全的固态粉末状;其次,直接合成的方法其工序十分繁琐,不便于批量化的生产。
西南科技大学的赵海君等人曾利用粉煤灰作为吸附剂来吸附液态减水剂中的水分,即利用一些具有吸附作用且成本低的物质,去吸收液态减水剂中的水分,从而达到减水剂固相化的目的。但研究发现,粉煤灰对聚羧酸减水剂的有效成分的吸附量偏大,这样无疑就会使原减水剂的性能受到一定程度的影响。同时粉煤灰的加入会使水泥的凝结时间变长,粉煤灰的掺入量变大,也会使混凝土的强度降低,特别是早期强度。
矿渣是传统的工业废渣,属于火山灰质活性材料,主要用于建材、建工等方面。而加大矿渣的利用率,达到绿色环保的目的也是科研工作者努力研究的课题,因此本发明用矿渣作为主要原材料。矿渣粉表面粗糙,易于吸收水分,且对聚羧酸减水剂分子的吸附量小,通过矿渣的吸附、吸收作用及一些简单的处理方法,可以将聚羧酸系液态高效减水剂固态化,以制备粉末状的聚羧酸减水剂产品,同时保障其各项应用性能不下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法,该方法具有保证原液态聚羧酸减水剂各项性能不受影响、操作简单、方便实施的优点。该方法将矿渣与液态聚羧酸减水剂按照一定比例混合均匀,经低温干燥处理,先初步除去液态减水剂中的水分,使减水剂有效成分吸附在矿渣颗粒周围,而不破坏原产品的分子结构;然后,将拌和均匀的减水剂-矿渣混合物进行干燥,彻底除去液态聚羧酸减水剂中水分,即制得固态减水剂产品。
本发明的一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法,按照如下步骤进行:
(1)按质量比,矿渣:液态聚羧酸减水剂=(1~4):1,将矿渣和液态聚羧酸减水剂掺和均匀,在5~15℃干燥2~3天,制得减水剂-矿渣混合物;
(2)将减水剂-矿渣混合物,在60~100℃下干燥48小时以上,制得固态粉末状聚羧酸减水剂。
所述步骤(1)中,所述的矿渣为高炉矿渣,高炉矿渣的成分,主要含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO和Fe2O3,其中,含有SiO2的质量百分比为35~37%,Al2O3的质量百分比为12~14%;CaO的质量百分比为35~36%;MgO的质量百分比为11~13%,Fe2O3的质量百分比为1~2%。
所述步骤(1)中,所述的矿渣的粒度为1~30μm;所述的矿渣的粒度分为三个粒度区间,分别为:细粒度区间为1~10μm,中粒度区间为10~20μm,粗粒度区间为20~30μm。
所述步骤(1)中,所述的矿渣起到吸附剂及吸收剂的作用。
所述步骤(1)中,所述的液态聚羧酸减水剂为酯类聚羧酸减水剂或醚类聚羧酸减水剂中的一种。
所述步骤(1)中,在5~15℃进行低温干燥处理,目的是初步除去液态聚羧酸减水剂的水分,使液态聚羧酸减水剂有效成分吸附在矿渣颗粒周围而不破坏原产品的分子结构,保障制备的固态粉末状聚羧酸减水剂各项性能指标正常。
所述步骤(2)中,采用烘箱对减水剂-矿渣混合物进行干燥。
所述步骤(2)中,在60~100℃进行高温干燥处理,目的在于既可以彻底除去了液态聚羧酸减水剂中的水分,又可以保证制备的固态粉末状聚羧酸减水剂性能不受到影响。
所述的固态粉末状聚羧酸减水剂,其减水率为34~38%;用固态粉末状聚羧酸减水剂制备的混凝土28d的抗压强度为57.9MPa以上。
本发明的一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法,与现有技术相比具有以下优点:
(1)本发明采用工业“三废”之一的矿渣作为吸收剂,具有原料容易获取,成本低廉的优点,并且,做到了废物利用,节能环保,符合我国所大力倡导的绿色可持续发展原则。
(2)本发明的制备工艺简单易行,且所用的一些仪器设备均可在市场上购买得到,未来可以实现规模化批量生产。
(3)本方法制得的固态粉末状聚羧酸减水剂经过检测得到的结果为:其减水率为34~38%;采用固体粉末状聚羧酸减水剂制备的混凝土28d的抗压强度为57.9MPa以上。与原液态聚羧酸减水剂相比,无论在减水率上还是后期对于水泥、混凝土的应用性能上变化基本不大,原减水剂性能保持良好。
(4)本发明采用向液态聚羧酸减水剂中,加入矿渣成分,进行固相化处理,制得的固态粉末状聚羧酸减水剂,具有降低运输成本、便于储存等优点,尤其适用于干粉砂浆、喷射混凝土、高档陶瓷等工程技术领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法,按照如下步骤进行:
(1)按质量比,细粒度区间(1~10μm)的矿渣:液态PC4000酯类聚羧酸减水剂=1:1,将细粒度区间(1~10μm)的矿渣和液态聚羧酸减水剂掺和均匀,放入冰箱的冷藏室,在5℃干燥3天,初步除去液态聚羧酸减水剂的水分,制得减水剂-矿渣混合物。
(2)将(1)中减水剂-矿渣混合物,取出,放置在烘箱中,在60℃下干燥50小时,彻底除去减水剂-矿渣混合物中的水分,制得固态粉末状PC4000聚羧酸减水剂。
制备的固态粉末状PC4000聚羧酸减水剂,其减水率为34%;用固态粉末状PC4000聚羧酸减水剂制备的混凝土28d的抗压强度为58.5MPa。
实施例2
一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法,按照如下步骤进行:
(1)按质量比,细粒度区间(1~10μm)的矿渣:液态PC3600醚类聚羧酸减水剂=1:1,将细粒度区间(1~10μm)的矿渣和液态聚羧酸减水剂掺和均匀,放入冰箱的冷藏室,在15℃干燥2天,初步除去液态PC3600聚羧酸减水剂的水分,制得减水剂-矿渣混合物。
(2)将(1)中减水剂-矿渣混合物,取出,放置在烘箱中,在75℃下干燥48小时,彻底除去减水剂-矿渣混合物中的水分,制得固态粉末状PC3600聚羧酸减水剂。
制备的固态粉末状PC3600聚羧酸减水剂,其减水率为36%;用固态粉末状PC3600聚羧酸减水剂制备的混凝土28d的抗压强度为58.7MPa。
实施例3
一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法,按照如下步骤进行:
(1)按质量比,中粒度区间(10~20μm)的矿渣:液态PC8000醚类聚羧酸减水剂=1:1,将粒度区间(10~20μm)的矿渣和液态聚羧酸减水剂掺和均匀,放入冰箱的冷藏室,在15℃干燥2天,初步除去PC8000醚类聚羧酸减水剂的水分,制得减水剂-矿渣混合物。
(2)将(1)中减水剂-矿渣混合物,取出,放置在烘箱中,在100℃下干燥48小时,彻底除去减水剂-矿渣混合物中的水分,制得固态粉末状PC8000聚羧酸减水剂。
制备的固态粉末状PC8000聚羧酸减水剂,其减水率为37%;用固态粉末状PC8000聚羧酸减水剂制备的混凝土28d的抗压强度为57.9MPa。
其中,使用未经过处理的PC8000液态醚类聚羧酸减水剂制备的混凝土,28d的抗压强度为57.6MPa;这说明加入矿渣,对液态聚羧酸减水剂进行固相化处理,对制备的混凝土的性能并没有影响。
实施例4
一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法,按照如下步骤进行:
(1)按质量比,细粒度区间(1~10μm)的矿渣:液态PC4000酯类聚羧酸减水剂=2:1,将细粒度区间(1~10μm)的矿渣和液态PC4000聚羧酸减水剂掺和均匀,放入冰箱的冷藏室,在10℃干燥3天,初步除去液态PC4000聚羧酸减水剂的水分,制得减水剂-矿渣混合物。
(2)将(1)中减水剂-矿渣混合物,取出,放置在烘箱中,在100℃下干燥50小时,彻底除去减水剂-矿渣混合物中的水分,制得固态粉末状PC4000聚羧酸减水剂。
制备的固态粉末状PC4000聚羧酸减水剂,其减水率为38%;用固态粉末状PC4000聚羧酸减水剂制备的混凝土28d的抗压强度为57.0MPa。
实施例5
一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法,按照如下步骤进行:
(1)按质量比,粗粒度区间(20~30μm)的矿渣:液态PC5000醚类聚羧酸减水剂=3:1,将粗粒度区间(20~30μm)的矿渣和液态PC5000聚羧酸减水剂掺和均匀,放入冰箱的冷藏室,在10℃干燥3天,初步除去PC5000聚羧酸减水剂的水分,制得减水剂-矿渣混合物。
(2)将(1)中减水剂-矿渣混合物,取出,放置在烘箱中,在100℃下干燥48小时,彻底除去减水剂-矿渣混合物中的水分,制得固态粉末状PC5000聚羧酸减水剂。
制备的固态粉末状PC5000聚羧酸减水剂,其减水率为35%;用固态粉末状PC5000聚羧酸减水剂制备的混凝土28d的抗压强度为57.5MPa。
实施例6
一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法,按照如下步骤进行:
(1)按质量比,中粒度区间(10~20μm)的矿渣:液态PC7000醚类聚羧酸减水剂=4:1,将中粒度区间(10~20μm)的矿渣和液态PC5000聚羧酸减水剂掺和均匀,放入冰箱的冷藏室,在10℃干燥3天,初步除去液态PC5000聚羧酸减水剂的水分,制得减水剂-矿渣混合物。
(2)将(1)中减水剂-矿渣混合物,取出,放置在烘箱中,在65℃下干燥55小时,彻底除去减水剂-矿渣混合物中的水分,制得固态粉末状PC5000聚羧酸减水剂。
制备的固态粉末状PC5000聚羧酸减水剂,其减水率为36%;用固态粉末状PC5000聚羧酸减水剂制备的混凝土28d的抗压强度为58.2MPa。
实施例7
一种液态聚羧酸减水剂的固相化处理方法,按照如下步骤进行:
(1)按质量比,中粒度区间(10~20μm)的矿渣:液态PC3600型号的醚类聚羧酸减水剂=4:1,将中粒度区间(10~20μm)的矿渣和液态PC3600聚羧酸减水剂掺和均匀,放入冰箱的冷藏室,在15℃干燥2天,初步除去液态PC3600聚羧酸减水剂的水分,制得减水剂-矿渣混合物。
(2)将(1)中减水剂-矿渣混合物,取出,放置在烘箱中,在80℃下干燥50小时,彻底除去减水剂-矿渣混合物中的水分,制得固态粉末状PC3600聚羧酸减水剂。
制备的固态粉末状PC3600聚羧酸减水剂,其减水率为35%;用固态粉末状PC3600聚羧酸减水剂制备的混凝土28d的抗压强度为58.8MPa。