CN107140866B - 一种普适抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种普适抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法，包括以下几种组分，大单体、不饱和酸、功能单体、引发剂、还原剂、链转移剂，摩尔比为大单体：不饱和酸：功能单体＝1：2.0～4.5：1.5～2.5，所述引发剂为大单体和功能单体质量总和的3.0～10.0‰，还原剂为大单体和功能单体质量总和的1.5～3.0‰，链转移剂为大单体和功能单体质量总和的2.5～4.5‰。本发明从聚羧酸系减水剂分子结构本身出发，通过引入功能基团，得到了适用于骨料含泥量高的聚羧酸系减水剂，在不提高减水剂掺量的同时可以使混凝土保持较好的减水分散能力，泥土对减水剂的吸附较弱，使减水剂始终保持良好的减水分散能力，抗泥保坍效果好，能够保证硬化混凝土有足够的强度，保证了施工的正常进行。

Description

一种普适抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种普适抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法，属于混凝土制备领域。
背景技术
近年来，随着建筑类混凝土的需求量越来越大，对混凝土中必须添加的外加剂有了很高的要求，尤其是近年来高强度自密实环保混凝土的提出更推动了混凝土外加剂朝环保、高减水、高保坍、对混凝土地材适应性更好的方向发展。聚羧酸减水剂因其掺量低、减水率高、混凝土收缩率低、绿色环保等优点而被广泛应用。然而，大量的工程实例及研究表明，与萘系、脂肪族系及氨基磺酸盐系等减水剂相比，聚羧酸系减水剂对骨料的含泥量更为敏感，主要表现为当含泥量大时，聚羧酸系减水剂的减水分散能力严重下降、保坍效果差，导致硬化混凝土强度降低等，影响了工程的质量和进度。这是由于混凝土地材中的泥土具有强的吸附能力，能够首先吸附减水剂分子，从而阻碍聚羧酸减水剂的减水和保坍效果。
在预拌混凝土实际生产中，当骨料中的含泥量超过标准规定而明显影响到混凝土的质量时，一般采用冲洗骨料或加大聚羧酸减水剂的用量来解决问题，但冲洗会污染环境、损害砂的良好级配，不利于有效控制混凝土的水灰比；而单纯提高聚羧酸系减水剂的掺量并不能解决减水率、保坍性等问题，还会增加施工成本，这就影响了聚羧酸系减水剂在预拌混凝土行业中的使用。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种在掺入含泥量高的骨料时，在不提高聚羧酸系减水剂掺量或不冲洗骨料的情况下，能够保持较高的减水分散能力、保坍效果好，从而能够保证硬化混凝土强度的普适抗泥型聚羧酸减水剂，本发明的另一目的在于提供一种制备过程简单易操作、可重复性好且环保的普适抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种普适抗泥型聚羧酸减水剂，包括以下几种组分，大单体、不饱和酸、功能单体、引发剂、还原剂、链转移剂，摩尔比为大单体：不饱和酸：功能单体＝1：2.0～4.5：1.5～2.5，所述引发剂为大单体和功能单体质量总和的3.0～10.0‰，还原剂为大单体和功能单体质量总和的1.5～3.0‰，链转移剂为大单体和功能单体质量总和的2.5～4.5‰。
优选的，大单体为甲基烯丙基乙二醇单醚。
优选的，不饱和酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐中的一种或几种混合而成。
优选的，功能单体为乙二酸封端聚醚阻垢剂、烷基丙烯酸酯磷酸酯、甲基丙烯酰氧乙基磷酸酯、多官能度酸性丙烯酸酯；乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯中的一种或几种组合而成。
优选的，引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐，偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐,偶氮二氰基戊酸，偶氮二异丙基咪唑啉、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、双氧水、高锰酸钾中的一种或几种组成。
优选的，还原剂为抗坏血酸、吊白块、硫酸亚铁、次磷酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种组成。
优选的，链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸和十二烷基硫醇中的一种。
本发明还提供了一种普适抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将链转移剂巯基丙酸和还原剂抗坏血酸溶解于水中制备得到水溶液A，不饱和酸丙烯酸和功能单体溶于水中得到水溶液B；
步骤二：在配有搅拌器、温度计、滴加装置的四口烧瓶中加入大单体甲基烯丙基乙二醇单醚和水，搅拌升温至反应温度30～60℃后，加入引发剂双氧水，同时分别以0.5g/min的速度向四口烧瓶中滴加水溶液A和水溶液B，滴加时间为1.5～5h，滴加结束后保温1～2h；
步骤三：自然降温，加入浓度30wt％的中和剂液碱调节至pH为6～7，得到抗泥型聚羧酸减水剂。
与现有技术比较，本发明的优势如下：
(1)本发明从聚羧酸系减水剂分子结构本身出发，通过引入功能基团，得到了反应过程简单，且适用于骨料含泥量高的聚羧酸系减水剂，在不提高聚羧酸系减水剂掺量的同时可以使混凝土保持较好的减水分散能力，在掺入含泥量高的骨料时，由于功能单体的存在，泥土对减水剂的吸附较弱，使减水剂始终保持良好的减水分散能力，抗泥保坍效果好，能够保证硬化混凝土有足够的强度，保证了施工的正常进行；
(2)本发明在掺入后不需要冲洗骨料，从而不会污染环境或损害砂的良好级配，可以有效控制混凝土的水灰比；由于不需要提高减水剂的掺量，不会提高施工成本，从而促进了其在预拌混凝土行业的大力推广与应用，具有普遍适用性；且本发明制备方法简单、可重复性好，易于市场推广。
附图说明
图1是本发明制备得到的普适性抗泥型聚羧酸减水剂的分子结构式；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
制备普适抗泥型聚羧酸减水剂，选取以下几种组分，大单体甲基烯丙基乙二醇单醚、不饱和酸丙烯酸、功能单体乙二酸封端聚醚阻垢剂、引发剂双氧水、还原剂抗坏血酸、链转移剂巯基丙酸，摩尔比为大单体：不饱和酸：功能单体＝1：4.5：2.5，引发剂为大单体和功能单体质量总和的10‰，还原剂为大单体和功能单体质量总和的3.0‰，链转移剂为大单体和功能单体质量总和的4.5‰。
步骤一：将链转移剂巯基丙酸和还原剂抗坏血酸溶于水制备得到水溶液A，不饱和酸丙烯酸和功能单体溶于水得到水溶液B；
步骤二：在配有搅拌器、温度计、滴加装置的四口烧瓶中加入大单体甲基烯丙基乙二醇单醚和水，搅拌升温至反应温度60℃后，加入引发剂双氧水，同时分别以0.5g/min的速度向四口烧瓶中滴加水溶液A和水溶液B，滴加时间为5h，滴加结束后保温2h；
步骤三：自然降温，加入浓度30wt％的中和剂液碱调节至pH为6，得到普适抗泥型聚羧酸减水剂。
制备得到的普适性抗泥型聚羧酸减水剂的分子结构式如图1所示。
实施例1制备得到的普适抗泥型聚羧酸减水剂型号为ZJK-1。为检验普适抗泥型聚羧酸减水剂ZJK-1的抗泥效果，对ZJK-1普适抗泥型减水剂、其他公司抗泥减水剂SS-2和本公司生产的标准型减水剂ZJ-1进行水泥净浆流动度和混凝土试验对比，水泥采用江苏诚意水泥有限公司生产的P·O42.5级水泥，矿粉S95，粉煤灰Ⅰ级，粗骨料，细骨料为湖砂(细度模数2.3，含泥量5％)。泥土按照内掺法取代相应质量的水泥掺加(0、2％、4％、6％、8％)，掺入后水泥净浆流动度测试的具体数据如表1。
表1抗泥型聚羧酸减水剂水泥净浆流动度测试
Figure BDA0001308958320000041
从表1可见，在不加泥土的情况下，抗泥型减水剂和标准型减水剂的分散能力相当；随着泥土含量的增加，三种减水剂的分散能力降低，但在泥土含量相同时，抗泥型减水剂的分散效果和流动度保持能力明显优于标准型减水剂，特别当泥土含量在8％时，ZJ-1标准型减水剂及SS-2抗泥型的1小时流动度都已经没有了，但本发明抗泥型减水剂ZJK-1的流动度还有180mm。
对抗泥型聚羧酸减水剂ZJK-1进行混凝土测试，具体对比数据如表2所示。
表2抗泥型聚羧酸减水剂混凝土测试(等级强度C30)
Figure BDA0001308958320000042
从表2可见，砂含泥量为0时，ZJK-1抗泥型减水剂和ZJ-1标准型减水剂在掺量相同的情况下，分散效果和混凝土坍落度保持效果基本相同(高于SS-2抗泥型减水剂的1小时坍落度保持效果)；随着砂含泥量的增加，三种减水剂用量都增加，但ZJK-1抗泥型减水剂用量增加的比例要低于ZJ-1标准型减水剂和SS-2抗泥型减水剂的用量，且混凝土1小时坍落度损失小于标准型减水剂，说明ZJK-1抗泥型减水剂的抗泥效果非常明显。
将上述普适抗泥型聚羧酸减水剂ZJK-1应用于实际生产中，应用实例如下：
案例1.某商砼C30混凝土，生产用砂为骆马湖中砂，细度模数2.3，含泥量5.1％，减水剂分别采用SS-2型及ZJK-1生产。
Figure BDA0001308958320000051
案例2.某商砼C30混凝土，生产用砂为石梁河中砂，细度模数2.5，含泥量4.9％，减水剂为ZJK-1。
Figure BDA0001308958320000052
案例3.某商砼C35混凝土，生产用砂为石梁河中砂，细度模数2.8，含泥量5.3％，减水剂为ZJK-1。
Figure BDA0001308958320000053
从上述应用实例可见，在相同掺量的情况下，采用ZJK-1抗泥型减水剂的混凝土1小时坍落度损失小于标准型减水剂SS-2，说明ZJK-1抗泥型减水剂的抗泥效果非常明显。并且可以使混凝土长时间保持较高的强度。
实施例2
制备普适抗泥型聚羧酸减水剂，选取以下几种组分，大单体甲基烯丙基乙二醇单醚、不饱和酸甲基丙烯酸、功能单体烷基丙烯酸酯磷酸酯、引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐、还原剂硫酸亚铁、链转移剂巯基乙酸，摩尔比为大单体：不饱和酸：功能单体＝1：2.0：1.5，引发剂为大单体和功能单体质量总和的3.0‰，还原剂为大单体和功能单体质量总和的1.5‰，链转移剂为大单体和功能单体质量总和的2.5‰。
步骤一：将链转移剂巯基乙酸和还原剂硫酸亚铁溶于水制备得到水溶液A，不饱和酸甲基丙烯酸和功能单体烷基丙烯酸酯磷酸酯溶于水得到水溶液B；
步骤二：在配有搅拌器、温度计、滴加装置的四口烧瓶中加入大单体甲基烯丙基乙二醇单醚和水，搅拌升温至反应温度30℃后，加入引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐，同时分别以0.5g/min的速度向四口烧瓶中滴加水溶液A和水溶液B，滴加时间为1.5h，滴加结束后保温1h；
步骤三：自然降温，加入浓度30wt％的中和剂液碱调节至pH为7，得到普适抗泥型聚羧酸减水剂。
试验证实，本实施例制备的减水剂和实施例1在减水分散能力和保坍效果上类似。

Claims (5)

1.一种普适抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，包括以下几种组分，大单体、不饱和酸、功能单体、引发剂、还原剂、链转移剂，所述大单体为甲基烯丙基乙二醇单醚，所述不饱和酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐中的一种或几种混合而成，所述功能单体为乙二酸封端聚醚阻垢剂，摩尔比为大单体：不饱和酸：功能单体=1：2.0～4.5：1.5～2.5，所述引发剂为大单体和功能单体质量总和的3.0～10.0‰，还原剂为大单体和功能单体质量总和的1.5～3.0‰，链转移剂为大单体和功能单体质量总和的2.5～4.5‰。
2.根据权利要求1所述的普适抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐，偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐,偶氮二氰基戊酸，偶氮二异丙基咪唑啉、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、双氧水、高锰酸钾中的一种或几种组成。
3.根据权利要求1所述的普适抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，还原剂为抗坏血酸、吊白块、硫酸亚铁、次磷酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种组成。
4.根据权利要求1所述的普适抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸和十二烷基硫醇中的一种。
5.一种如权利要求1-4任一所述的普适抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤一：将链转移剂巯基丙酸和还原剂抗坏血酸溶解于水中制备得到水溶液A，不饱和酸丙烯酸和功能单体溶于水中得到水溶液B；
步骤二：在配有搅拌器、温度计、滴加装置的四口烧瓶中加入大单体甲基烯丙基乙二醇单醚和水，搅拌升温至反应温度30～60℃后，加入引发剂双氧水，同时分别以0.5g/min的速度向四口烧瓶中滴加水溶液A和水溶液B，滴加时间为1.5～5h，滴加结束后保温1～2h；
步骤三：自然降温，加入浓度30wt%的中和剂液碱调节至pH为6～7，得到抗泥型聚羧酸减水剂。
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