CN108409193A - 一种机制砂c120超高强混凝土聚羧酸外加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂的制备方法，该外加剂各组分的重量百分比为：减水型聚羧酸减水剂30‑50％、降粘型聚羧酸减水剂22.5‑35％、缓凝剂1.5‑5％、消泡剂0.1‑0.25％、水10‑45％，将本发明应用于超高层泵送的机制砂超高强混凝土，可有效改善机制砂超高强混凝土由于机制砂本身级配不良、颗粒形貌差导致的混凝土易泵离析以及低水胶比、大掺量胶材带来的粘度过大、流动度小、可泵送性差等问题，能够满足超高层建筑泵送施工的要求。

Description

一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑建材混凝土领域，具体提供了一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂及其制备方法。

背景技术

随着我国建筑行业的高速发展，高强混凝土由于整体性高，耐久性好等特点，越来越多地应用于国家的一些工程建设中。目前高强混凝土主要通过降低水灰比、增加胶凝材料用量等方法来提高混凝土强度，但这会造成混凝土粘度增加、流动性下降，从而降低了混凝土的泵送性，影响施工效率，尤其对于需要进行超高层泵送的超高强混凝土而言，极大的限制了超高强混凝土在超高层领域的推广与应用。

为解决超高强混凝土的大粘度和流动性差问题，目前主要有两种方法：第一种方法是掺入超细矿粉、硅灰、微珠等超细粉料，优化胶材颗粒级配来降低混凝土粘度，但超细粉料的加入会大幅度增加混凝土成本，同时对超高强混凝土的降粘效果不能完全满足要求；第二种采用降粘型的外加剂，与方法一同时使用，可得到满意效果。为此人们研制了一些降粘型的聚羧酸外加剂，专利TW200424145采用甲基烯丙基聚醚大单体、马来酸、丙烯酸羟乙酯共聚达到降粘目的，但对于大胶材掺量的超高强混凝土，其降粘效果不够充分，专利CN20091077550.2在聚羧酸母液的基础上，复配聚乙二醇作为降粘组分，但对其减水效果没有明显改善，专利CN106146749A提供了一种可满足620米超高层泵送的混凝土聚羧酸外加剂，但所述混凝土为低标号混凝土，粘度较低，泵送性能易改善，且未使用机制砂作为细骨料。

天然砂资源的日益消耗，机制砂取代天然砂作为混凝土细骨料的趋势已经成为必然，机制砂是由除土开采的碳酸盐类岩石经机械破碎筛分而成，为多面棱体，表面形貌粗糙，底粉含量多，与天然砂相比，所制备的混凝土需水率高、易离析、可泵送性差，尤其将之用于制备需要超高层泵送的超高强混凝土领域。针对上述问题本专利通过低温聚合自制减水型聚羧酸减水剂、降粘型聚羧酸减水剂，并将自制的减水剂与缓凝剂、消泡剂、及水复配得到满足超高层泵送的机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂，兼具高减水和降粘特点，适用于超高层泵所的机制砂超高强混凝土泵送施工。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：设计一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂及其制备方法，该外加剂采用减水型聚羧酸减水剂、降粘型聚羧酸减水剂、缓凝剂、消泡剂和水复配的方式，以解决现有技术由于机制砂多面棱体、表面形貌粗糙和底粉含量多影响所配置的混凝土需水率高、易离析的问题，以解决现有超高强混凝土由于低水胶比、大掺量胶材带来的粘度过大、流动度小、流动度损失大和不易泵送的问题。

本发明的技术方案是：一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂，包括减水型聚羧酸减水剂、降粘型聚羧酸减水剂、缓凝剂、消泡剂和水，各组分的重量百分比为：

优选的，所述减水型聚羧酸减水剂固含量40-50％，减水率≥34％。

优选的，所述降粘型聚羧酸减水剂固含量40-50％，减水率≥28％。

优选的，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、柠檬酸中的一种或两种。

优选的，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

优选的，所述水为去离子水。

一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：减水型聚羧酸减水剂的制备：将聚醚大单体一水溶液投入反应釜，控制反应温度35-50℃，并投入引发剂一，待搅拌均匀后向反应釜中同时滴加A溶液2-4h和B溶液1.5-3h，边滴加持续搅拌，滴加完后保温1-2.5h，保温结束后加入氢氧化钠溶液，控制pH值在6-8.5之间，即得减水型聚羧酸减水剂，记为PC-1；

步骤二：降粘型聚羧酸减水剂的制备：将聚醚大单体二水溶液投入反应釜，控制反应温度35-50℃，并投入引发剂二，待搅拌均匀后向反应釜中同时滴加C溶液2-4h和D溶液2.5-4h，边滴加持续搅拌，滴加完后保温1-2h，保温结束后加入氢氧化钠溶液，控制pH值在6-8之间，即得降粘型聚羧酸减水剂，记为PC-2；

步骤三：将步骤一制备的减水型聚羧酸减水剂PC-1、步骤二制备的降粘型聚羧酸减水剂PC-2、缓凝剂、消泡剂和水复配形成满足超高层泵送的机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂；

步骤一中所述A溶液为丙烯酸或甲基丙烯酸中一种的水溶液，B溶液为维生素C与疏基乙酸、疏基丙酸、甲酸钠和次磷酸钠中的一种按1:1-1:10的比例混合的水溶液，聚醚大单体一与丙烯酸或甲基丙烯酸按质量比为1:0.08-1:0.26；

步骤二中所述C溶液为甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯按1:1-1:2.5的比例混合的水溶液，D溶液为维生素C与疏基乙醇、疏基丙醇和甲基丙烯磺酸钠中的一种按1:2-1:6的比例混合的水溶液，聚醚大单体二与甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯质量和的比例为1:0.1-1:0.3。

优选的，步骤一中，所述聚醚大单体一为异戊烯醇聚氧乙烯醚和异丁烯醇聚氧乙烯醚中的一种或两种混合，引发剂一为过氧化氢和过硫酸钠中的一种或两种混合，质量浓度为40％，氢氧化钠质量浓度为31％。

优选的，步骤二中，所述聚醚大单体二为甲基丙烯酸-聚乙二醇甲醚酯，引发剂二为过硫酸铵和过硫酸钾中的一种或两种混合，质量浓度为40％，氢氧化钠质量浓度为31％。

本发明的原理是：聚羧酸减水剂是由含有羟基的不饱和单体和其他单体共聚而成，具有“梳妆”结构，通过静电排斥和空间位阻双重耦合作用阻碍水泥颗粒相互接近，使混凝土在减水、收缩等方面具有优异性能，能有效改善机制砂带来的需水量大，混凝土收缩大等不利影响，同时通过分子结构设计，以甲基丙烯酸-聚乙二醇甲醚酯作为大单体与羧酸基不饱和小单体进行自由集聚和反应，从而获得良好的降粘性能，有效降低混凝土粘度；缓凝剂的使用既保持了混凝土在长途运输过程中的工作性能，又不损失混凝土的早期强度；消泡剂采用有机硅消泡剂，其特点是表面张力小、消泡力强、成本低，并具有较好的热稳定性，可在5-150℃宽广的温度范围内使用，同时化学稳定性较好，可在酸、碱、盐溶液中使用，无损产品质量，在本发明中加入一定量的消泡剂可以有效消除有害的联通大气泡，并保留不连通的微小气泡，有效改善混凝土流动性能。本发明通过减水型聚羧酸减水剂、降粘型聚羧酸减水剂、缓凝剂、消泡剂和水复配可制备出满足超高层泵送的机制砂C120超强混凝土聚羧酸外加剂，解决机制砂超高强混凝土需水量大、粘度大、流动性差等问题，使之适用于超高层泵送。

本发明具有如下有益效果：与现有技术性比，

1、本发明所述聚羧酸外加剂有效改善机制砂级配不良、表面形貌粗糙的固有缺陷，解决了现有技术使用机制砂制备混凝土需水量大、多离析等问题；

2、本发明所述聚羧酸外加剂有效改善了现有超高强混凝土由于低水胶比、大掺量胶凝材料导致的混凝土粘度增加、流动性下降、不易施工等问题。

具体实施方式

为使本发明的内容、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明，而本发明不仅限于以下实施例。

实施例1：

一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)PC-1的制备：取340g异戊烯醇聚氧乙烯醚和350g去离子水放入四口烧瓶，控制反应温度达到40℃，待搅拌均匀后加入40wt％过氧化氢2.5g继续搅拌，向四口烧瓶中滴加由甲基丙烯酸58g和去离子水120g混合而成的溶液A，滴加时间控制为2h。同时向四口烧瓶中滴加由维生素C 0.4g、疏基乙酸0.6g和去离子水100g混合而成的溶液B，滴加时间控制为2.5h，滴加完后保温1.5h，保温结束后加入31wt％氢氧化钠溶液28.5g，即得1kgPC-1，固含量为40％。

(2)PC-2的制备：取332g甲基丙烯酸-聚乙二醇甲醚酯和340g去离子水放入四口烧瓶，控制反应温度达到43℃，待搅拌均匀后加入40wt％过硫酸铵4.75g继续搅拌，向四口烧瓶中滴加由甲基丙烯酸28g、甲基丙烯酸酯37g和去离子水109g混合而成的溶液C，滴加时间控制为2h。同时向四口烧瓶中滴加由维生素C 0.3g、甲基丙烯磺酸钠0.8g、去离子水100g混合而成的溶液D，滴加时间控制为2.5h，滴加完后保温1h，保温结束后加入31wt％氢氧化钠溶液51g，即得1kgPC-2，固含量为40％。

(3)外加剂复配

外加剂各组分的重量百分比为：

实施例2：

一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)PC-1的制备：取353g异戊烯醇聚氧乙烯醚和360g去离子水放入四口烧瓶，控制反应温度达到40℃，待搅拌均匀后加入40wt％过硫酸钠3.0g继续搅拌，向四口烧瓶中滴加由丙烯酸45g和去离子水108g混合而成的溶液A，滴加时间控制为2h。同时向四口烧瓶中滴加由维生素C 0.3g、疏基丙酸0.5g和去离子水100g混合而成的溶液B，滴加时间控制为1.5h，滴加完后保温1h，保温结束后加入31wt％氢氧化钠溶液32g，即得1kgPC-1，固含量为40％。

(2)PC-2的制备：取342g甲基丙烯酸-聚乙二醇甲醚酯和340g去离子水放入四口烧瓶，控制反应温度达到45℃，待搅拌均匀后加入40wt％过硫酸钾4.5g继续搅拌，向四口烧瓶中滴加由甲基丙烯酸22.4g、甲基丙烯酸酯33g和去离子水98g混合而成的溶液C，滴加时间控制为3h。同时向四口烧瓶中滴加由维生素C 0.2g、疏基乙醇0.6g和去离子水120g混合而成的溶液D，滴加时间控制为3.5h，滴加完后保温1.5h，保温结束后加入31wt％氢氧化钠溶液42g，即得1kgPC-2，固含量为40％。

(3)外加剂复配

外加剂各组分的重量百分比为：

实施例3：

为了进一步说明本发明的优异性能，将本发明外加剂应用在混凝土实例中，以机制砂C120超高强混凝土为例，该混凝土的单方用量配比和性能如下所示：

所述机制砂细度模数为2.9，底粉含量4％，MB值0.9。MB值即亚蓝值，表示机制砂中的含泥量大小。所述碎石粒径为5-20mm，含泥量0.7％。所述聚羧酸外加剂为本发明外加剂，复配比例为：

所制备的混凝土检测性能为：坍落度265mm，扩展度715mm，倒筒时间3.2s，3d抗压强度88.5MPa，28d抗压强度137.2MPa。

可以看出，本发明所得的聚羧酸外加剂在混凝土抗压强度达标的情况下，兼具高流动性及低粘度等特点，完全满足超高层泵送的新拌混凝土施工性能及后期强度需求。

Claims (9)

1.一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂，其特征在于：该外加剂包括减水型聚羧酸减水剂、降粘型聚羧酸减水剂、缓凝剂、消泡剂和水，各组分的重量百分比为：

2.按照权利要求1所述的一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂，其特征在于，所述减水型聚羧酸减水剂固含量40-50％，减水率≥34％。

3.按照权利要求1所述一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂，其特征在于，所述降粘型聚羧酸减水剂固含量40-50％，减水率≥28％。

4.按照权利要求1所述一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂，其特征在于，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、柠檬酸中的一种或两种。

5.按照权利要求1所述一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

6.按照权利要求1所述一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂，其特征在于，所述水为去离子水。

7.按照权利要求1-6任一项所述一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：减水型聚羧酸减水剂的制备：将聚醚大单体一水溶液投入反应釜，控制反应温度35-50℃，并投入引发剂一，待搅拌均匀后向反应釜中同时滴加A溶液2-4h和B溶液1.5-3h，边滴加持续搅拌，滴加完后保温1-2.5h，保温结束后加入氢氧化钠溶液，控制pH值在6-8.5之间，即得减水型聚羧酸减水剂，记为PC-1；

步骤二：降粘型聚羧酸减水剂的制备：将聚醚大单体二水溶液投入反应釜，控制反应温度35-50℃，并投入引发剂二，待搅拌均匀后向反应釜中同时滴加C溶液2-4h和D溶液2.5-4h，边滴加持续搅拌，滴加完后保温1-2h，保温结束后加入氢氧化钠溶液，控制pH值在6-8之间，即得降粘型聚羧酸减水剂，记为PC-2；

步骤三：将步骤一制备的减水型聚羧酸减水剂PC-1、步骤二制备的降粘型聚羧酸减水剂PC-2、缓凝剂、消泡剂和水复配形成满足超高层泵送的机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂；

步骤一中所述A溶液为丙烯酸或甲基丙烯酸中一种的水溶液，B溶液为维生素C与疏基乙酸、疏基丙酸、甲酸钠和次磷酸钠中的一种按1:1-1:10的比例混合的水溶液，聚醚大单体一与丙烯酸或甲基丙烯酸按质量比为1:0.08-1:0.26；

步骤二中所述C溶液为甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯按1:1-1:2.5的比例混合的水溶液，D溶液为维生素C与疏基乙醇、疏基丙醇和甲基丙烯磺酸钠中的一种按1:2-1:6的比例混合的水溶液，聚醚大单体二与甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯质量和的比例为1:0.1-1:0.3。

8.按照权利要求7所述一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂，其特征在于，步骤一中，所述聚醚大单体一为异戊烯醇聚氧乙烯醚和异丁烯醇聚氧乙烯醚中的一种或两种混合，引发剂一为过氧化氢和过硫酸钠中的一种或两种混合，质量浓度为40％，氢氧化钠质量浓度为31％。

9.按照权利要求7所述一种机制砂C120超高强混凝土聚羧酸外加剂，其特征在于，步骤二中，所述聚醚大单体二为甲基丙烯酸-聚乙二醇甲醚酯，引发剂二为过硫酸铵和过硫酸钾中的一种或两种混合，质量浓度为40％，氢氧化钠质量浓度为31％。