CN106810641B - 一种混凝土水分蒸发抑制剂及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土水分蒸发抑制剂的制备及其应用方法，所述混凝土水分蒸发抑制剂的制备是以不饱和酸、不饱和酰胺和不饱和酯为主要原材料，以1:(1～2.5):(0.01～0.1)的物质的量比，采用水溶液自由基方法聚合而成。将该水分蒸发抑制剂溶液通过外喷或内掺的方式引入到混凝土中，能够明显抑制混凝土塑性阶段表面水分的蒸发，从而大幅度减少混凝土的塑性开裂，具有制备工艺简单、绿色环保、使用方便、防开裂效果好的特点。

Description

一种混凝土水分蒸发抑制剂及其制备方法、应用

技术领域

本发明属于混凝土领域，涉及一种混凝土水分蒸发抑制剂及其制备方法、应用。

背景技术

现浇混凝土通常需要在塑性阶段及时进行养护，否则容易出现塑性收缩裂缝，这主要是由于混凝土浆体中自由水会向表面蒸发，随着失水的增加，毛细负压产生的应力使混凝土表面产生体积收缩，进而出现表面裂缝，尤其在高温天气时开裂现象更加明显。严重的开裂将造成巨大的经济损失和建筑物安全隐患，因此控制混凝土塑性阶段水分的蒸发，减少塑性开裂，对保证混凝土结构安全具有重要意义。

抑制混凝土水分蒸发的方法很多，如铺草盖、覆塑料薄膜、喷洒水玻璃或石蜡乳液等。其中，铺草盖、覆塑料薄膜是最常见的方法，通常适用于水平建筑结构，如建筑物楼板、混凝土桥面和路面等，而对于立面墙体或其他不规则结构，该方法就无法很好的应用；而且，由于在施工方式上需要多人配合，还会产生大量的废弃物，因而存在施工麻烦，费时、费力的弊端。而以水玻璃为主要成分的水分蒸发抑制剂产品，通过喷洒或涂刷的方式在一定程度上克服了上述不足，但由于其在表面成膜性较差使其1h水分蒸发抑制率只有20％～30％。而以石蜡乳液主要成分的水分蒸发抑制剂产品，在达到较高水分蒸发抑制率的时，一般需要较高的用量，此时石蜡在混凝土表面形成一层坚固的疏水层，不易清除，从而影响混凝土后期施工。

专利CN105503019A公开了一种混凝水分蒸发抑制剂的制备方法，其方法是配置长链醇、乳化剂、水和可选的增稠剂、消泡剂等组分，然后将长链醇、乳化剂、预乳化用水混合，在长链醇完全融化状态下高速剪切乳化，最后再快速的加入剩余的水，所得混凝土水分蒸发抑制剂能够有效解决高热、高风条件下失水引起的混凝土塑性阶段的收缩开裂、结壳和发粘问题，然而该水分蒸发抑制剂制备工艺需分多步完成，且需要50～100℃高温条件下生产。与此类似，专利CN101805145B报道了一种塑性混凝水分蒸发抑制剂及其制备方法，采用两亲性化合物、表面活性剂、增稠剂和助乳化剂混合而成，该产品能够减少混凝土处于塑性状态的早龄期表面水分蒸发，然而它也需要在50～80℃生产，温度较高，能源消耗较大。专利CN102731016A发明了一种混凝水分蒸发抑制剂及制备方法，其采用脂肪醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基磺酸钠和甲醇、乙醇或乙二醇等有机溶剂混合而成，该产品使用有机溶剂能够促进原料溶解，大幅度降低表面活性剂和乳化剂的用量，同能起到减少处于塑性阶段混凝土表面水分的蒸发的作用，然而该产品也是在50～80℃生产，而且还使用有毒易挥发的有机溶剂，环保性差，不利于生产和应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种混凝土水分蒸发抑制剂及其制备方法、应用，能够明显抑制混凝土塑性阶段表面水分的蒸发，大幅度减少混凝土的塑性开裂，具有制备工艺简单、使用方便、绿色环保、防开裂效果好的特点。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种混凝土水分蒸发抑制剂，是以不饱和酸、不饱和酰胺和不饱和酯为主要原材料聚合而成，所述不饱和酸、不饱和酰胺和不饱和酯三种单体物质的量比为1:(1～2.5):(0.01～0.1)。

按上述方案，所述不饱和酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸等中的一种或几种按任意比例的混合物。

按上述方案，所述不饱和酰胺为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺等中的一种或几种按任意比例的混合物。

按上述方案，所述不饱和酯为乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯等中的一种或几种按任意比例的混合物。

按上述方案，所述聚合反应的环境为溶剂水中。

按上述方案，所述聚合反应的温度为25～50℃，保温时间0.5～2h。

进一步地，上述混凝土水分蒸发抑制剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将三种单体不饱和酸、不饱和酰胺以及不饱和酯按物质的量比为1:(1～2.5):(0.01～0.1)溶于水中，配制成固含量为2％～20％(质量分数)的溶液，加入分子量调节剂、氧化剂搅拌均匀；

(2)向步骤(1)所得溶液中滴加还原剂引发单体聚合，反应温度为25～50℃，滴加时间为2～4h，保温时间0.5～2h，反应完成后调节pH至中性，即得到所述混凝土水分蒸发抑制剂溶液。

按上述方案，所述分子量调节剂为异丙醇、巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丙醇等中的一种或几种的混合物。

按上述方案，所述分子量调节剂用量为三种单体质量总和的1％～5％。

按上述方案，所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠或双氧水等中的一种或几种，氧化剂用量为三种单体质量总和的0.5％～3％。

按上述方案，所述还原剂为亚硫酸钠、L-抗坏血酸、硫代硫酸钠等中的一种或几种，还原剂用量为三种单体质量总和的0.05％～0.4％。

按上述方案，所述调节pH采用碱，例如氢氧化钠水溶液等。

本发明所述混凝土水分蒸发抑制剂的应用方法：应用时，将所述混凝土水分蒸发抑制剂用水稀释，得到固含量约0.2％～2％(质量分数)的混凝土水分蒸发抑制剂溶液，然后以外喷或者内掺的方式用于混凝土中即可。其中，采用外喷方式时，将固含量约0.2％～2％(质量分数)的混凝土水分蒸发抑制剂溶液以20～30㎡/kg的用量，均匀地喷洒在混凝土初凝收光后的表面。而采用内掺方式时，在混凝土的搅拌过程中，将固含量约0.2％～2％(质量分数)的混凝土水分蒸发抑制剂溶液按照混凝土胶凝材料质量的0.1～0.5wt％的用量掺入到混凝土中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所述混凝土水分蒸发抑制剂为高分子聚合物，结构中含有大量亲水性官能团，如羧基、羟基和酰胺基等，能够起到长时间保水，抑制水分蒸发的作用。

2、本发明所述混凝土水分蒸发抑制剂通过外喷或内掺的方式引入到混凝土中，能够明显抑制混凝土塑性阶段表面水分的蒸发，其1h水分蒸发抑制率≥70％以上，而4h水分蒸发抑制率≥40％以上，高于普通的水分蒸发抑制剂，从而大幅度减少混凝土的塑性开裂，防开裂效果好。

3、本发明所述混凝土水分蒸发抑制剂使用水作溶剂，合成反应温度在25～50℃之间，相对目前公开的水分蒸发抑制剂的制备方法，反应温度低，具有制备工艺简单、使用方便、绿色环保的优点。

4、传统通过铺草盖、覆塑料薄膜的方式抑制混凝土水分蒸发需要消耗大量人力且后续还需要大量时间处理废弃物，而本发明通过喷洒水分蒸发抑制剂的方式，一次施工完成，无需后续清理，更加省时省力；采用内掺的方式法则可以很好的应用于立面墙体或其他不规则结构，优势更加明显。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

1、下述实施例中，水分蒸发抑制剂的抑制率测量按照行业标准《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》JG/T447-2015要求测定：按照要求分别制作基准水泥浆试块和受检水泥浆试块，在受检水泥浆试块的表面喷涂一定量的稀释后的水分蒸发抑制剂，其用量为20～30㎡/kg，称重后在10min之内放入温度为20±3℃，相对湿度为50±10％的环境箱中。放置规定的时间(1h或4h)之后，取出称量其最终质量。

基准水泥浆试块的水分蒸发量计算为：m₀＝m₁-m₂，

其中，m₀—基准水泥浆试件的水分蒸发量，单位为克(g)；m₁—基准水泥浆试件入箱前质量，单位为克(g)；m₂—基准水泥浆试件试验最终质量，单位为克(g)；

然后求得符合要求的3块以上的基准水泥浆试块的平均水分蒸发量为单位为克(g)；同理求得符合要求的3块以上的受检水泥净浆试块的平均水分蒸发量为计算水分蒸发抑制剂的抑制率

2、下述实施例中，水分蒸发抑制剂固含量测量按照重量法：使用分析天平对洁净干燥的称量瓶的质量进行称量，记质量为M₁，想称量瓶中加入重量约为1～2g的水分蒸发抑制剂，记录此时铝箔小盒的质量为M₂，将盛有试样的称量瓶放入烘箱中，升温到100～105℃烘干，放置于干燥器内冷却30min后称量，重复上述步骤直至恒重，其质量为M₃，计算固含量：X_固＝(M₃-M₁)/(M₂-M₁)×100％。

3、下述实施例中，稳定性测试方法：将测试样品置于5℃烘箱内放置50天，观察是否出现沉淀或分层等不均匀现象。测试50℃的高温稳定性可以在较短时间内确定稳定性是否合格，一般50℃稳定30天，常温稳定性可达6个月以上。

下述实施例中，外喷可以用背包式喷雾箱或喷枪实施。

实施例1

一种混凝土水分蒸发抑制剂，涉及的单体为甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺和乙二醇二丙烯酸酯，其物质的量比为1:1.5:0.2:0.01，其制备方法具体包括以下步骤：

(1)向1L四口烧瓶中加入甲基丙烯酸43.0g，丙烯酰胺53.3g，N-羟乙基丙烯酰胺11.5g，乙二醇二丙烯酸酯0.85g，去离子水653.0g，搅拌均匀，待单体全部溶解后，加入异丙醇5g，过硫酸铵2g，搅拌均匀；

(2)向步骤(1)所得溶液中滴加质量分数为0.1％的亚硫酸钠溶液80g，控制水浴35℃，滴加时间为3h，滴加完毕保温1h；反应完毕，加入30wt％的氢氧化钠水溶液调节pH至7，即得到所述混凝土水分蒸发抑制剂溶液。

本实施例制备所得混凝土水分蒸发抑制剂溶液为无色透明澄清水溶液，取该样品置于5℃烘箱内放置50天无沉淀，质地均匀，测得其固含量为14％(质量分数)。

应用：将上述固含量为14％的混凝土水分蒸发抑制剂溶液稀释30倍，然后喷洒于混凝土表面(喷洒用量23㎡/kg)，与空白混凝土对比，1h水分蒸发抑制率为73％，4h水分蒸发抑制率为41.5％，均超过行业标准JG/T447-2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》中规定的4h水分蒸发抑制率≥25％的要求。

实施例1中采用甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺和乙二醇二丙烯酸酯四种单体，在以异丙醇为分子量调节剂，以过硫酸铵和硫代硫酸钠为引发剂的作用下发生自由基聚合反应，制备得到混凝土水分蒸发抑制剂。主要涉及反应过程如下：

实施例2

一种混凝土水分蒸发抑制剂，涉及的单体为甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯，其物质的量比为1:1.5:0.2:0.01，其制备方法包括以下步骤：

(1)向1L四口烧瓶中加入甲基丙烯酸43.0g，丙烯酰胺53.3g，N-羟甲基丙烯酰胺10.1g，甲基丙烯酸缩水甘油酯0.7g，去离子水720g，搅拌均匀，待单体全部溶解后，加入巯基乙醇3g，过硫酸铵1.2g，搅拌均匀；

(2)向步骤(1)所得溶液中滴加质量分数为0.2％的硫代硫酸钠溶液60g，控制水浴35℃，滴加时间为3h，滴加完毕保温1h；反应完毕，加入30wt％的氢氧化钠水溶液调节pH至7，得到所述混凝土水分蒸发抑制剂溶液。

该所得混凝土水分蒸发抑制剂溶液为无色透明澄清水溶液，取该样品置于5℃烘箱内放置50天无沉淀，质地均匀，测得其固含量为12.2％。

应用：将上述固含量为12.2％的混凝土水分蒸发抑制剂溶液稀释25倍喷洒于混凝土表面(喷洒用量25㎡/kg)，与空白混凝土对比，1h水分蒸发抑制率为70％，4h水分蒸发抑制率为40％，均超过行业标准JG/T447-2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》中规定的4h水分蒸发抑制率≥25％的要求。

实施例2中主要涉及反应过程如下：

实施例3

一种混凝土水分蒸发抑制剂，涉及的单体为丙烯酸、丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量400)，其物质的量比为1:1:0.1:0.05，其制备方法包括以下步骤：

(1)向1L四口烧瓶中加入丙烯酸36g，丙烯酰胺35.5g，N-羟甲基丙烯酰胺5.2g，聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量400)10g，去离子水692g，搅拌均匀，待单体全部溶解后，加入巯基乙酸2g，双氧水1.5g，搅拌均匀；

(2)向步骤(1)所得溶液中滴加质量分数为0.2％的L-抗坏血酸溶液40g，控制水浴40℃，滴加时间为4h，滴加完毕保温1h；反应完毕，加入30wt％的氢氧化钠水溶液调节pH至7，得到所述混凝土水分蒸发抑制剂溶液。

该所得混凝土水分蒸发抑制剂溶液为无色透明澄清水溶液，将该样品置于5℃烘箱内放置50天无沉淀，质地均匀，测得其固含量为11％。

应用：将上述固含量为11％的混凝土水分蒸发抑制剂溶液稀释20倍喷洒于混凝土表面(喷洒用量20㎡/kg)，与空白混凝土对比，1h水分蒸发抑制率为75％，4h水分蒸发抑制率为43％，均超过行业标准JG/T447-2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》中规定的4h水分蒸发抑制率≥25％的要求。

实施例3中主要涉及反应过程如下：

实施例4

一种混凝土水分蒸发抑制剂，涉及的单体为丙烯酸、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量600)，其物质的量比为1:1:0.5:0.1:0.03，其制备方法包括以下步骤：

(1)向1L四口烧瓶中加入丙烯酸36.0g，丙烯酰胺35.5g，N-异丙基丙烯酰胺28.3g，双丙酮丙烯酰胺8.46g，聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子量600)9.0g，去离子水630.7g，搅拌均匀，待单体全部溶解后，加入异丙醇1.7g，巯基丙酸1.2g，双氧水3.0g，搅拌均匀；

(2)向步骤(1)所得溶液中滴加质量分数为0.2％的L-抗坏血酸溶液50g，控制水浴38℃，滴加时间为3.5h，滴加完毕保温1h；反应完毕，加入30wt％的氢氧化钠水溶液调节pH至7，得到所述混凝土水分蒸发抑制剂溶液。

该所得混凝土水分蒸发抑制剂溶液为无色透明澄清水溶液，将该样品置于5℃烘箱内放置50天无沉淀，质地均匀，测得其固含量为15.9％。

应用：将上述固含量为15.9％的混凝土水分蒸发抑制剂溶液稀释40倍喷洒于混凝土表面(喷洒用量30㎡/kg)，与空白混凝土对比，1h水分蒸发抑制率为82％，4h水分蒸发抑制率为47％，均超过行业标准JG/T447-2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》中规定的4h水分蒸发抑制率≥25％的要求。

实施例4中主要涉及反应过程如下：

实施例5

一种混凝土水分蒸发抑制剂，涉及的单体为马来酸、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(平均分子量800)和甲基丙烯酸缩水甘油酯，其物质的量比为1:1.5:0.5:0.01:0.02，其制备方法包括以下步骤：

(1)向1L四口烧瓶中加入马来酸29.0g，丙烯酰胺17.8g，N-羟甲基丙烯酰胺12.6g，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(平均分子量800)2.0g和甲基丙烯酸缩水甘油酯0.7g，去离子水704.8g，搅拌均匀，待单体全部溶解后，加入巯基丙酸2g，巯基乙酸1g，过硫酸钠0.5g，搅拌均匀；

(2)向步骤(1)所得溶液中滴加质量分数为0.2％的亚硫酸钠60g，控制水浴40℃，滴加时间为3h，滴加完毕保温2h；反应完毕，加入30wt％的氢氧化钠水溶液调节pH至7，得到所述混凝土水分蒸发抑制剂溶液。

该所得混凝土水分蒸发抑制剂溶液为无色透明澄清水溶液，将该样品置于5℃烘箱内放置50天无沉淀，质地均匀，测得其固含量为8％。

应用：将上述固含量为8％的混凝土水分蒸发抑制剂溶液稀释20倍喷洒于混凝土表面(喷洒用量28㎡/kg)，与空白混凝土对比，1h水分蒸发抑制率为80％，4h水分蒸发抑制率为44.5％，均超过行业标准JG/T447-2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》中规定的4h水分蒸发抑制率≥25％的要求。

实施例5中主要涉及反应过程如下：

实施例6

一种混凝土水分蒸发抑制剂，涉及的单体为马来酸、丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(平均分子量1000)、甲基丙烯酸羟乙酯，其物质的量比为1:1.5:0.5:0.2:0.01:0.025，其制备方法包括以下步骤：

(1)向1L四口烧瓶中加入马来酸29.0g，丙烯酰胺26.6g，N-羟乙基丙烯酰胺14.4g，双丙酮丙烯酰胺8.5g，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(平均分子量1000)2.5g和甲基丙烯酸羟乙酯0.8g，去离子水680.0g，搅拌均匀，待单体全部溶解后，加入异丙醇1.0g，巯基乙醇1.0g，巯基丙醇1.5g，过硫酸钾1.51g，搅拌均匀；

(2)向步骤(1)所得溶液中滴加质量分数为0.2％的L-抗坏血酸溶液40g，控制水浴45℃，滴加时间为2h，滴加完毕保温2h；反应完毕，加入30wt％的氢氧化钠水溶液调节pH至7，得到所述混凝土水分蒸发抑制剂溶液。

该所得混凝土水分蒸发抑制剂溶液为无色透明澄清水溶液，将该样品置于5℃烘箱内放置50天无沉淀，质地均匀，测得其固含量为10.5％。

应用：将上述固含量为10.5％的混凝土水分蒸发抑制剂溶液稀释28倍喷洒于混凝土表面(喷洒用量20㎡/kg)与空白混凝土对比，1h水分蒸发抑制率为80.2％，4h水分蒸发抑制率为45％，均超过行业标准JG/T447-2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》中规定的4h水分蒸发抑制率≥25％的要求。

实施例6中主要涉及反应过程如下：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本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，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种混凝土水分蒸发抑制剂，其特征在于它是以不饱和酸、不饱和酰胺和不饱和酯为原材料聚合而成，所述不饱和酸、不饱和酰胺和不饱和酯三种单体物质的量比为1:(1~2.5):(0.01~0.1)；

所述不饱和酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸中的一种或几种按任意比例的混合物；所述不饱和酰胺为丙烯酰胺和选自N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺中至少一种的混合物；所述不饱和酯为乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种按任意比例的混合物；

所述聚合反应的环境为溶剂水中；聚合反应的温度为25~45 ℃，保温时间0.5~2 h。

2.权利要求1所述混凝土水分蒸发抑制剂的制备方法，其特征在于它是以不饱和酸、不饱和酰胺和不饱和酯为原材料聚合而成，所述不饱和酸、不饱和酰胺和不饱和酯三种单体物质的量比为1:(1~2.5):(0.01~0.1)。

3.权利要求1所述的一种混凝土水分蒸发抑制剂的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：

（1）将三种单体不饱和酸、不饱和酰胺以及不饱和酯按物质的量比为1:(1~2.5):(0.01~0.1) 溶于水中，配制成固含质量为2%~20%的溶液，加入分子量调节剂、氧化剂搅拌均匀；

（2）向步骤（1）所得溶液中滴加还原剂引发单体聚合，反应温度为25~45 ℃，滴加时间为2~4 h，保温时间0.5~2 h，反应完成后调节pH至中性，即得到所述混凝土水分蒸发抑制剂。

4.根据权利要求3所述的一种混凝土水分蒸发抑制剂的制备方法，其特征在于所述分子量调节剂为异丙醇、巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丙醇中的一种或几种的混合物，分子量调节剂用量为三种单体质量总和的1%~5%。

5.权利要求1所述混凝土水分蒸发抑制剂的应用方法，其特征在于将所述混凝土水分蒸发抑制剂用水稀释，得到固含质量0.2%~2%的混凝土水分蒸发抑制剂溶液，然后以外喷或者内掺的方式用于混凝土中即可。

6.根据权利要求5所述的混凝土水分蒸发抑制剂的应用方法，其特征在于所述外喷方式用量为20~30 ㎡/kg，将混凝土水分蒸发抑制剂溶液均匀地喷洒在混凝土初凝收光后的表面；所述内掺方式为在混凝土的搅拌过程中，将混凝土水分蒸发抑制剂溶液按照混凝土胶凝材料质量的0.1~0.5wt%的用量掺入到混凝土中。