CN106431060B - 一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂，由原料由如下重量份的组分组成：减水型PCE母液20.0～40.0重量份、降粘型PCE母液2.5～5.0重量份、保坍型PCE母液2.5～15.0重量份、引气剂0.02～0.05重量份、消泡剂0.02～0.05重量份、调凝剂0.5～0.8重量份、阻锈剂0.01～0.02重量份、防腐剂0.01～0.02重量份和适量水。本发明的降粘型聚羧酸减水剂采用减水型PCE、降粘型PCE和保坍型PCE三种母液，可依据实际的胶凝材料、骨料等原材料情况，通过调整三种的母液的比例，即可获得合适的高强混凝土所需的排空时间，控制高强混凝土的粘度。

Description

一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂
技术领域
本发明属于建筑外加剂技术领域，具体涉及一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂。
背景技术
随着现代建筑物大跨度、高荷载、超高层、复杂结构的发展需求，高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，使用越来越广泛。高强混凝土的抗压强度高，为普通混疑土的4～6倍，故可减小构件的截面，柱截面尺寸减小，能减轻建筑物自重，提高了经济效益；可采用高强度钢材和人为控制应力，提高受弯构件的抗弯刚度和抗裂度，因此世界范围内越来越多地高强混凝土。
高强混凝土需便于浇筑，不离析，力学性能稳定，早期强度高，同时需具有韧性和体积稳定性。高强混凝土的低干缩率、高抗渗性和足够的强度，一般可以通过混凝土配合设计以及选用优质的原材料得以实现，而对于改善混凝土的工作性(高的流动性、粘聚性和可浇筑性)改善，混凝土外加剂起到十分作用的重要，其中聚羧酸减水剂由于低掺量、结构可剪辑、提升混凝土性能等优良的性能，成为国内外该领域研究的热点。
新拌高强混凝土的粘度大，这主要是因为高强混凝土的胶材用量高，具有更大的富余浆体厚度，骨料间的作用力较小而富余浆体厚度和浆体粘度密切相关，并且高强混凝土配合比中为提高混凝土的强度，一般都会加入矿物掺和料，特别是硅灰，由于比表面积大、颗粒形貌不规则等，都会增加混凝土的粘度；同时由于水胶比低，混凝土多相体系中单位体积内的水减少，水泥等固体颗粒的体积增加，导致颗粒间距减小，颗粒摩擦等作用加强，宏观上表现为流动度经时损失快，表面易起壳，浇筑不易密实，施工粘度大的缺陷，已经严重制约着高强混凝土的推广应用。
为解决高强混凝土粘度问题，一般采用加入较多的减水剂以提高混凝土的初始流动性，加入白糖、葡萄酸钠等缓凝剂延缓混凝土坍落度的损失，但易导致混凝土在后期出现离析、泌水等不良影响，因此如何控制高强混凝土在施工期间保持良好的塑性粘度，有合适的工作性，并且不导致离析、泌水等，对于实际工程的施工十分有裨益。
CN104529225A公开了一种高与超高强混凝土降粘剂，主要成分有纳米颗粒、硫酸盐、碳酸盐、功能助剂和水，可降低混凝土粘度10％～30％以上，显著改善了混凝土和易性，有效解决高强或超高强混凝土粘度大、施工难的问题。CN10147533公开了一种无砟轨道板用早强型聚羧酸盐复配减水剂，其中母液为聚羧酸高性能减水剂，降粘组分为聚乙二醇。该减水剂可明显降低混凝土粘度，满足混凝土施工过程的流动性要求。CN 103865007A公开了一种降粘型聚羧酸系减水剂制备方法，过在羧酸共聚物分子结构中引入和控制一定量的疏水单元和疏水基团，起到降低该减水剂作用下水泥基材料粘性的作用，制备的降粘型聚羧酸系减水剂具有降粘效果明显。CN 105367721A公开了一种降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法及其应用，由含羧基的单体a、含支化型侧链的单体b与含刚性环基团的单体c进行自由基共聚反应而得降粘型聚羧酸超塑化剂，能大幅度降低混凝土的水胶比，且能有效降低混凝土的粘度。实际工程应用中，一般都需要通过合成和复配，但以上各技术方案均未涉及一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂。
本发明的技术方案如下：
一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂，由原料由如下重量份的组分组成：减水型PCE母液20.0～40.0重量份、降粘型PCE母液2.5～5.0重量份、保坍型PCE母液2.5～15.0重量份、引气剂0.02～0.05重量份、消泡剂0.02～0.05重量份、调凝剂0.5～0.8重量份、阻锈剂0.01～0.02重量份、防腐剂0.01～0.02重量份和适量水；
减水型PCE母液的质量浓度为45～55％，由2-甲基烯丙基聚氧乙烯基醚与第一不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到；其有效成分的数均分子量为30000～50000，结构式为其中，R1为-H或-CH3，R2为-CH3或-CH2CH3，R3为-H或-CH3，M为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，m1＝15～30，m2＝15～30，m3＝5～20，p1＝50～55；
降粘型PCE母液的质量浓度为45～55％，由烯丙基聚氧乙烯基醚与第二不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到；其有效成分的数均分子量为10000～20000，结构式为其中R4为-H或-CH3，M为表示为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，n1＝10～20，n2＝10～20，n3＝10～20，n4＝5～20，p2＝22～25；
保坍型PCE母液的质量浓度为45～55％，由异戊烯基聚氧乙烯基醚与第三不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到；其有效成分的数均分子量为25000～45000，结构式为其中，R5为-H或-CH3，M为表示为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，q1＝10～20，q2＝10～20，q3＝1～5，q4＝10～15，p3＝50～55。
在本发明的一个优选实施方案中，由原料由如下重量百分比的组分组成：减水型PCE母液20.0～40.0％、降粘型PCE母液2.5～5.0％、保坍型PCE母液2.5～15.0％、引气剂0.02％～0.05％、消泡剂0.02％～0.05％、调凝剂0.5％～0.8％、阻锈剂0.01～0.02％和防腐剂0.01～0.02％，余量为水。
进一步优选的，所述第一不饱和单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯。
进一步优选的，所述第二不饱和单体为马来酸酐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或N-羟甲基丙烯酰胺。
进一步优选的，所述第三不饱和单体为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯。
在本发明的一个优选实施方案中，所述引气剂为EVONIK Sitren AirVoid 601、BASF MasterAir 303A和SANNOPCOAE-151中的一种或两种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述消泡剂为TAKEMOTO Chupol AFK-2、BASFRHEOPLUS 421和SANNOPCO HS-DEFOAMER 567中的一种或两种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述调凝剂为氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸、二乙醇单异丙醇胺和单乙醇二异丙醇胺中的一种或两种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述阻锈剂为苯并三唑、羧基苯并三唑和硫脲中的一种或两种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述防腐剂为尼泊金酯、卡松和异噻唑啉酮中的一种或两种。
本发明的有益效果：
1、本发明依据混凝土外加剂的复配机理，提出以减水型、降粘型和保坍型聚羧酸母液为主，辅之以具有良好相容性的引气剂、消泡剂、调凝剂、阻锈剂、防腐剂等组份，经混合、搅拌形成均匀的溶液，从而获得一种用于高强混凝土粘度的聚羧酸高效减水剂。
2、本发明的降粘型聚羧酸减水剂采用减水型PCE、降粘型PCE和保坍型PCE三种母液，可依据实际的胶凝材料、骨料等原材料情况，通过调整三种的母液的比例，即可获得合适的高强混凝土所需的排空时间，控制高强混凝土的粘度。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
下述实施例中，
减水型PCE母液的质量浓度为45～55％，由2-甲基烯丙基聚氧乙烯基醚与第一不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到；其有效成分的数均分子量为30000～50000，结构式为其中，R1为-H或-CH3，R2为-CH3或-CH2CH3，R3为-H或-CH3，M为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，m1＝15～30，m2＝15～30，m3＝5～20，p1＝50～55；
具体制备方法包括如下：
(1)按比例称取各原料组分。
(2)将第一不饱和单体溶于去离子水中配置成溶液A，将抗坏血酸溶于去离子水中配置成溶液B。
(3)将2-甲基烯丙基聚氧乙烯基醚和过氧化氢溶于去离子水中，调节反应温度，按照一定的滴加速度滴加溶液A和溶液B，反应结束后加入氢氧化钠调节pH值至中性，即得减水型PCE母液。
降粘型PCE母液的质量浓度为45～55％，由烯丙基聚氧乙烯基醚与第二不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到；其有效成分的数均分子量为10000～20000，结构式为其中R4为-H或-CH3，M为表示为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，n1＝10～20，n2＝10～20，n3＝10～20，n4＝5～20，p2＝22～25；
具体制备方法包括如下：
(1)按比例称取各原料组分。
(2)将抗坏血酸溶于去离子水中配置成溶液C。
(3)将烯丙基聚氧乙烯基醚、第二不饱和单体和过氧化氢溶于去离子水中，调节反应温度，按照一定的滴加速度滴加溶液C，反应结束后加入氢氧化钠调节pH值至中性，即得降粘型PCE母液。
保坍型PCE母液的质量浓度为45～55％，由异戊烯基聚氧乙烯基醚与第三不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到；其有效成分的数均分子量为25000～45000，结构式为其中，R5为-H或-CH3，M为表示为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，q1＝10～20，q2＝10～20，q3＝1～5，q4＝10～15，p3＝50～55；
具体制备方法包括如下：
(1)按比例称取各原料组分。
(2)将第三不饱和单体溶于去离子水中配置成溶液D，将抗坏血酸溶于去离子水中配置成溶液E。
(3)将2-甲基烯丙基聚氧乙烯基醚和过氧化氢溶于去离子水中，调节反应温度，按照一定的滴加速度滴加溶液D和溶液E，反应结束后加入氢氧化钠调节pH值至中性，即得保坍型PCE母液。
实施例1
往1000L反应釜内先加入水798.38kg，后投料加入EVONIK SitrenAirVoid 6010.25kg、TAKEMOTO Chupol AFK-2 0.15kg、氨基三甲叉膦酸3.94kg、苯并三唑0.05kg和卡松0.10kg，搅拌30min后，再投料加入减水型PCE母液PCE-1 98.57地、降粘型PCE母液PCE-524.64kg和保坍型PCE母液PCE-9 73.92kg，继续搅拌至其溶解成均匀的溶液，质量浓度为10％，即所述用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂。
实施例2
往1000L反应釜内先加入水798.86kg，后投料加入BASF MasterAir 303A 0.10kg，TAKEMOTO ChupolAFK-2 0.2kg，单乙醇二异丙醇胺3.45kg，羧基苯并三唑0.10kg，尼泊金酯0.05kg，搅拌30min后，再投料加入减水型PCE母液PCE-2 123.28kg、降粘型PCE母液PCE-624.66kg和保坍型PCE母液PCE-10 49.31，继续搅拌至其溶解成均匀的溶液，质量浓度为10％，即所述用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂。
实施例3
往1000L反应釜内先加入水797.46kg，后投料加入SANNOPCOAE-151 0.20kg，BASFRHEOPLUS 421 0.26kg，羟基乙叉二膦酸2.56kg，硫脲0.05kg，尼泊金酯0.10kg，搅拌30min后，再投料加入减水型PCE母液PCE-3 153.36kg、降粘型PCE母液PCE-7 20.45kg和保坍型PCE母液PCE-11 25.56kg，继续搅拌至其溶解成均匀的溶液，质量浓度为10％，即所述用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂。
实施例4
往1000L反应釜内先加入水797.59kg，后投料加入SANNOPCOAE-151 0.13kg，SANNOPCO HS-DEFOAMER 567 0.09kg，二乙醇单异丙醇胺2.66kg，苯并三唑0.09kg，异噻唑啉酮0.04kg，搅拌30min后，再投料加入减水型PCE母液PCE-4 177.24kg、降粘型PCE母液PCE-8 11.08kg和保坍型PCE母液PCE-12 11.08kg，继续搅拌至其溶解成均匀的溶液，质量浓度为10％，即所述用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂。
上述减水型PCE母液的质量浓度为50％，由2-甲基烯丙基聚氧乙烯基醚与第一不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到，第一不饱和单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯；其有效成分的数均分子量为30000～50000，结构式为其中，R1为-H或-CH3，R2为-CH3或-CH2CH3，R3为-H或-CH3，M为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，m1＝15～30，m2＝15～30，m3＝5～20，p1＝50～55；对应上述各实施例，所用到的减水型PCE母液具体结构信息如下：
减水型PCE母液 R1 R2 R3 M m1 m2 m3 p1
PCE-1 -H -CH2CH3 -H -H 15 25 5 55
PCE-2 -H -CH3 -CH3 -K 20 20 20 50
PCE-3 -CH3 -CH3 -H -Na 25 30 10 52
PCE-4 -CH3 -CH2CH3 -CH3 -NH4 30 15 15 53
上述降粘型PCE母液的质量浓度为50％，由烯丙基聚氧乙烯基醚与第二不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到，第二不饱和单体为马来酸酐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或N-羟甲基丙烯酰胺；其有效成分的数均分子量为10000～20000，结构式为其中R4为-H或-CH3，M为表示为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，n1＝10～20，n2＝10～20，n3＝10～20，n4＝5～20，p2＝22～25；对应上述各实施例，所用到的降粘型PCE母液具体结构信息如下：
降粘型PCE母液 R4 M n1 n2 n3 n4 p2
PCE-5 -H -Na 10 10 20 5 22
PCE-6 -CH3 -NH4 15 20 15 20 25
PCE-7 -H -H 20 20 15 15 23
PCE-8 -CH3 -K 15 10 10 10 24
上述保坍型PCE母液的质量浓度为50％，由异戊烯基聚氧乙烯基醚与第三不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到，第三不饱和单体为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯；其有效成分的数均分子量为25000～45000，结构式为其中，R5为-H或-CH3，M为表示为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，q1＝10～20，q2＝10～20，q3＝1～5，q4＝10～15，p3＝50～55；对应上述各实施例，所用到的保坍型PCE母液具体结构信息如下：
保坍型PCE R5 M q1 q2 q3 q4 P3
PCE-9 -CH3 -NH4 10 20 1 10 53
PCE-10 -CH3 -H 15 10 5 10 52
PCE-11 -H -K 20 10 3 15 50
PCE-12 -H -Na 20 10 2 12 55
将实施例1～4合成得到的用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂，采用标准水泥，掺量按水泥质量0.17％(折成固体份)，根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》规定的方法检测本发明的醚类降粘型聚羧酸减水剂对新拌混凝土的影响。混凝土配合比为：水泥440kg/m3、粉煤灰30kg/m3、矿粉80kg/m3、砂720kg/m3、石头1030kg/m33、水150kg/m3，扩展度控制在600±10mm。混凝土粘度通过倒坍落度筒测流空时间来量化，具体方法为：将坍落度筒倒置，底部加可快速开启的封盖，装满混凝土并抹平，倒置坍落度筒固定在台架上，底部距地面不宜小于500mm，迅速滑开底盖，用秒表测试混凝土流空时间，所得结果如表1所示：
表1实施例性能对比
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于：原料由如下重量份的组分组成：减水型PCE母液20.0～40.0重量份、降粘型PCE母液2.5～5.0重量份、保坍型PCE母液2.5～15.0重量份、引气剂0.02～0.05重量份、消泡剂0.02～0.05重量份、调凝剂0.5～0.8重量份、阻锈剂0.01～0.02重量份、防腐剂0.01～0.02重量份和适量水；
减水型PCE母液的质量浓度为45～55％，由2-甲基烯丙基聚氧乙烯基醚与第一不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到；其有效成分的数均分子量为30000～50000，结构式为其中，R1为-H或-CH3，R2为-CH3或-CH2CH3，R3为-H或-CH3，M为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，m1＝15～30，m2＝15～30，m3＝5～20，p1＝50～55；上述第一不饱和单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯；
降粘型PCE母液的质量浓度为45～55％，由烯丙基聚氧乙烯基醚与第二不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到；其有效成分的数均分子量为10000～20000，结构式为其中R4为-H或-CH3，M为表示为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，n1＝10～20，n2＝10～20，n3＝10～20，n4＝5～20，p2＝22～25；上述第二不饱和单体为马来酸酐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或N-羟甲基丙烯酰胺；
保坍型PCE母液的质量浓度为45～55％，由异戊烯基聚氧乙烯基醚与第三不饱和单体采用氧化还原引发体系，通过自由基溶液聚合得到；其有效成分的数均分子量为25000～45000，结构式为其中，R5为-H或-CH3，M为表示为氢原子、钠原子、钾原子或铵离子，q1＝10～20，q2＝10～20，q3＝1～5，q4＝10～15，p3＝50～～55；上述第三不饱和单体为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯。
2.如权利要求1所述的一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于：由原料由如下重量百分比的组分组成：减水型PCE母液20.0～40.0％、降粘型PCE母液2.5～5.0％、保坍型PCE母液2.5～15.0％、引气剂0.02％～0.05％、消泡剂0.02％～0.05％、调凝剂0.5％～0.8％、阻锈剂0.01～0.02％和防腐剂0.01～0.02％，余量为水。
3.如权利要求1所述的一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于：所述引气剂为EVONIK Sitren AirVoid 601、BASF MasterAir 303A和SANNOPCO AE-151中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于：所述消泡剂为TAKEMOTO Chupol AFK-2、BASF RHEOPLUS 421和SANNOPCO HS-DEFOAMER 567中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于：所述调凝剂为氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸、二乙醇单异丙醇胺和单乙醇二异丙醇胺中的一种或两种。
6.如权利要求1所述的一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于：所述阻锈剂为苯并三唑、羧基苯并三唑和硫脲中的一种或两种。
7.如权利要求1所述的一种用于高强混凝土的降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于：所述防腐剂为尼泊金酯、卡松和异噻唑啉酮中的一种或两种。
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