CN108706901A - 一种用于高温施工环境下的缓凝减水剂 - Google Patents

一种用于高温施工环境下的缓凝减水剂 Download PDF

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    • C04B2103/302—Water reducers

Abstract

本发明涉及缓凝减水剂技术领域，具体涉及一种用于高温施工环境下的缓凝减水剂，所述用于高温施工环境下的缓凝减水剂，由如下重量份数的原料制成：聚羧酸母液30‑40重量份、高岭土5‑10重量份、葡萄糖酸钠5‑10重量份、甲基‑β‑环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物1‑5重量份、石棉绒1‑5重量份、聚合氯化铝1‑5重量份、无水硫酸钠3‑8重量份、氯化钙2‑5重量份、对氨基苯磺酸2‑4重量份、聚天冬氨酸钠0.5‑2重量份、异构十三醇聚氧乙烯醚0.5‑2重量份、柠檬酸铵10‑20重量份、丙酮3‑8重量份、水35‑55重量份。本发明通过有机减水剂与无机减水剂的复配，并协以缓凝辅料制得缓凝减水剂，能够在高温条件下，在保证减水率的条件下达到了超缓凝的效果。

Description

一种用于高温施工环境下的缓凝减水剂
技术领域
本发明涉及缓凝减水剂技术领域，具体涉及一种用于高温施工环境下的缓凝减水剂。
背景技术
目前，混凝土多采用商品混凝土及泵送施工技术。商品混凝土亦称集中搅拌混凝土，即把传统的现场施工现场搅拌的混凝土集中起来设一个搅拌站，由它搅拌出来的混凝土用搅拌运输车运至施工现场，再用泵车经过泵管输送至建筑物的施工层面上去，如不进行缓凝处理，特别在夏季高温天气，水分挥发快，甚至未等到运至工地，混凝土已开始凝结硬化而无法使用，这就需要在搅拌混凝土时加入缓凝剂以延缓混凝土的凝结和硬化时间。
高性能的减水剂对水泥具有高的分散作用，能较好的保持混凝土的明落度。渗入这类外加剂可以使混凝土具有高性能，可以得到高强高性能混凝土。
现有缓凝减水剂在水泥颗粒表面难形成一层难溶的薄膜，对水泥的水化难起屏障作用，阻碍了水泥的正常水化，这些都会导致水泥的水化速度加快，或者缓凝作用不明显，缩短水泥正常的凝结时间。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种减水率高、缓凝效果好且对钢筋无任何锈蚀作用的用于高温施工环境下的缓凝减水剂。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于高温施工环境下的缓凝减水剂，由如下重量份数的原料制成：聚羧酸母液30-40重量份、高岭土5-10重量份、葡萄糖酸钠5-10重量份、甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物1-5重量份、石棉绒1-5重量份、聚合氯化铝1-5重量份、无水硫酸钠3-8重量份、氯化钙2-5重量份、对氨基苯磺酸2-4重量份、聚天冬氨酸钠0.5-2重量份、异构十三醇聚氧乙烯醚0.5-2重量份、柠檬酸铵10-20重量份、丙酮3-8重量份、水35-55重量份。
通过上述技术方案，本发明通过有机减水剂与无机减水剂的复配，并协以缓凝辅料制得缓凝减水剂，能够在高温条件下，在保证减水率的条件下达到了超缓凝的效果，后期强度仍能达到设计要求，同时对钢筋无任何锈蚀作用，适用于钻孔咬合桩的施工及夏季炎热的高温施工环境，防止混凝土快速凝结而影响其正常施工；且本发明的缓凝减水剂在混凝土中的添加量低，具有良好的经济效益。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
一种用于高温施工环境下的缓凝减水剂，由如下重量份数的原料制成：聚羧酸母液30-40重量份、高岭土5-10重量份、葡萄糖酸钠5-10重量份、甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物1-5重量份、石棉绒1-5重量份、聚合氯化铝1-5重量份、无水硫酸钠3-8重量份、氯化钙2-5重量份、对氨基苯磺酸2-4重量份、聚天冬氨酸钠0.5-2重量份、异构十三醇聚氧乙烯醚0.5-2重量份、柠檬酸铵10-20重量份、丙酮3-8重量份、水35-55重量份。
为了进一步优化所述缓凝减水剂的减水率和缓凝效果，同时降低缓凝减水剂对钢材的腐蚀性，优选条件下，所述用于高温施工环境下的缓凝减水剂，由如下重量份数的原料制成：聚羧酸母液32-45重量份、高岭土6-8重量份、葡萄糖酸钠6-8重量份、甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物2-4重量份、石棉绒2-4重量份、聚合氯化铝1-3重量份、无水硫酸钠4-8重量份、氯化钙3-5重量份、对氨基苯磺酸2-4重量份、聚天冬氨酸钠0.5-2重量份、异构十三醇聚氧乙烯醚0.5-2重量份、柠檬酸铵12-18重量份、丙酮3-8重量份、水35-55重量份。进一步优选的，所述的用于高温施工环境下的缓凝减水剂，由如下重量份数的原料制成：聚羧酸母液40重量份、高岭土8重量份、葡萄糖酸钠6重量份、甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物4重量份、石棉绒2重量份、聚合氯化铝2重量份、无水硫酸钠5重量份、氯化钙3重量份、对氨基苯磺酸3重量份、聚天冬氨酸钠1重量份、异构十三醇聚氧乙烯醚1重量份、柠檬酸铵15重量份、丙酮5重量份、水40重量份。
优选条件下，所述聚羧酸母液为聚酯类聚羧酸母液和/或聚醚类聚羧酸母液。进一步优选的，所述聚酯类聚羧酸母液的固含量为55-75％，所述聚醚类聚羧酸母液的固含量为55-75％。
优选条件下，所述高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量。
为了进一步提高缓凝减水剂的缓凝效果，优选条件下，所述无水硫酸钠与氯化钙的重量比为(1-1.6)：1。
本发明还提供一种所述用于高温施工环境下的缓凝减水剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)向聚合氯化铝中加入聚天冬氨酸钠、对氨基苯磺酸和异构十三醇聚氧乙烯醚，加热至115-125℃保温混合0.5-1h，再置于0-5℃环境中密封静置1-2h，并经超微粉碎机制成微粉，即得改性聚合氯化铝；
(2)向水和丙酮的混合溶液中加入高岭土、石棉绒和改性聚合氯化铝，充分混合，再加入聚羧酸母液、葡萄糖酸钠、甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物、柠檬酸铵、无水硫酸钠和氯化钙，混合均匀，即得缓凝减水剂。
优选条件下，所述甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物的制备方法为：取甲基-β-环糊精溶于水，通氮除氧，并注射过硫酸钾的水溶液，继续通氮除氧15min，再注射N,N-二甲基乙二胺的水溶液，30min后注射丙烯酰胺的水溶液，反应体系于40-45℃保温搅拌反应，反应结束后用无水乙醇沉淀，所得沉淀物于50-60℃下干燥至恒重，最后经超微粉碎机制成微粉，即得甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物。
进一步优选的，所述甲基-β-环糊精、过硫酸钾、N,N-二甲基乙二胺、丙烯酰胺的质量比为(5-10):(0.05-0.5):(0.05-0.5):(10-15)。
优选条件下，所述高岭土经插层改性处理，其改性方法为：先将水解聚马来酸酐溶于5-10倍重量的去离子水中，再加入粉末状煅烧高岭土，并利用微波反应器微波回流搅拌5-10min，停止15-30min后继续微波回流搅拌5-10min，再次停止15-30min后微波回流搅拌5-10min，所得混合物经离心去上层清液，剩余物送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性高岭土。
优选条件下，所述水解聚马来酸酐、煅烧高岭土的质量比为(10-15):(5-10)。
优选条件下，水解聚马来酸酐进入高岭土层间，高岭土层间距由插入前的0.73nm扩大至插入后的1.51nm，插层率达到97％以上；水解聚马来酸酐在高岭土层间以平行于高岭土片层的方式呈单层排列，其结构中所含羧基与高岭土的内表面羟基形成氢键。
所述石棉绒经填充改性处理，其改性方法为：先将石棉绒加热至120-130℃保温搅拌，待自然冷却至50℃以下时加入去离子水，再加入N-羟甲基丙烯酰胺和引发剂，并利用微波反应器微波回流搅拌反应，待自交联反应结束后将所得混合物减压浓缩制成膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性石棉绒。
进一步优选的，所述石棉绒、去离子水、N-羟甲基丙烯酰胺、引发剂的质量比为(5-10):(30-50):(5-10):(0.05-0.2)。
进一步优选的，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。
本发明中，N-羟甲基丙烯酰胺经自交联形成丙烯酸树脂，并在微波作用下生成的丙烯酸树脂即时融入石棉绒的分子通道中，从而通过物理填充方式来增强石棉绒的使用性能。
进一步优选的，所述微波反应器的工作条件为微波频率2450MHz、输出功率700W。
本发明通过有机减水剂与无机减水剂的复配，并协以缓凝辅料制得缓凝减水剂，在保证减水率的条件下达到了超缓凝的效果，后期强度仍能达到设计要求，同时对钢筋无任何锈蚀作用，适用于钻孔咬合桩的施工及夏季炎热的高温施工环境，防止混凝土快速凝结而影响其正常施工；且本发明的缓凝减水剂在混凝土中的添加量低，具有良好的经济效益。
以下实施例中，所述高岭土的插层改性处理方法为：先将30g水解聚马来酸酐溶于5-10倍重量的去离子水中，再加入20g煅烧后的高岭土，并利用微波反应器微波回流搅拌5-10min(微波频率2000MHz、输出功率500W)，停止15-30min后继续微波回流搅拌5-10min，再次停止15-30min后微波回流搅拌5-10min，所得混合物经离心去上层清液，剩余物送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性高岭土。
所述石棉绒经填充改性处理，其改性方法为：先将15g石棉绒加热至120-130℃保温搅拌，待自然冷却至50℃以下时加入70g去离子水，再加入15gN-羟甲基丙烯酰胺和2g过硫酸钾，并利用微波反应器微波回流搅拌反应(微波频率2450MHz、输出功率700W)，待自交联反应结束后将所得混合物减压浓缩制成膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性石棉绒。
实施例1
(1)向2g聚合氯化铝中加入1g聚天冬氨酸钠、3g对氨基苯磺酸和1g异构十三醇聚氧乙烯醚，加热至120℃保温混合1h，再置于0℃环境中密封静置1.5h，并经超微粉碎机制成粒径为3-5微米的微粉，即得改性聚合氯化铝；
(2)向40g水和5g丙酮的混合溶液中加入8g高岭土、2g石棉绒和上述改性聚合氯化铝，充分混合，再加入40g聚醚类聚羧酸母液(固含量为55-75％)、6g葡萄糖酸钠、4g甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物、15g柠檬酸铵、5g无水硫酸钠和3g氯化钙，混合均匀，即得缓凝减水剂。
其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量。
甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物的制备：取5g甲基-β-环糊精溶于水，通氮除氧，并注射0.25g过硫酸钾的水溶液，继续通氮除氧15min，再注射0.25g N,N-二甲基乙二胺的水溶液，20min后注射10g丙烯酰胺的水溶液，反应体系于40-45℃保温搅拌反应，反应结束后用无水乙醇沉淀，所得沉淀物于50-60℃下干燥至恒重，最后经超微粉碎机制成微粉，即得甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物。
实施例2
(1)向1g聚合氯化铝中加入0.5g聚天冬氨酸钠、2g对氨基苯磺酸和0.5g异构十三醇聚氧乙烯醚，加热至125℃保温混合1h，再置于0-5℃环境中密封静置2h，并经超微粉碎机制成粒径为3-5微米的微粉，即得改性聚合氯化铝；
(2)向55g水和3g丙酮的混合溶液中加入8g高岭土、2g石棉绒和改性聚合氯化铝，充分混合，再加入40g聚醚类聚羧酸母液(固含量为55-75％)、6g葡萄糖酸钠、2g甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物、12g柠檬酸铵、8g无水硫酸钠和5g氯化钙，混合均匀，即得缓凝减水剂。
其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量。
甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物的制备：取10g甲基-β-环糊精溶于水，通氮除氧，并注射0.5g过硫酸钾的水溶液，继续通氮除氧15min，再注射0.25g N,N-二甲基乙二胺的水溶液，30min后注射10g丙烯酰胺的水溶液，反应体系于40-45℃保温搅拌反应，反应结束后用无水乙醇沉淀，所得沉淀物于50-60℃下干燥至恒重，最后经超微粉碎机制成微粉，即得甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物。
实施例3
向3g聚合氯化铝中加入2g聚天冬氨酸钠、4g对氨基苯磺酸和2g异构十三醇聚氧乙烯醚，加热至115℃保温混合1h，再置于0-5℃环境中密封静置1h，并经超微粉碎机制成粒径为3-5微米的微粉，即得改性聚合氯化铝；
向35g水和8g丙酮的混合溶液中加入6g高岭土、4g石棉绒和改性聚合氯化铝，充分混合，再加入40g聚醚类聚羧酸母液(固含量为55-60％)、8g葡萄糖酸钠、4g甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物、18g柠檬酸铵、4g无水硫酸钠和4g氯化钙，混合均匀，即得缓凝减水剂。
其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量。
甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物的制备：取5g甲基-β-环糊精溶于水，通氮除氧，并注射0.25g过硫酸钾的水溶液，继续通氮除氧10min，再注射0.25g N,N-二甲基乙二胺的水溶液，25min后注射10g丙烯酰胺的水溶液，反应体系于40-45℃保温搅拌反应，反应结束后用无水乙醇沉淀，所得沉淀物于50-60℃下干燥至恒重，最后经超微粉碎机制成微粉，即得甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物。
石棉绒的改性：先将10g石棉绒加热至120-130℃保温搅拌，待自然冷却至50℃以下时加入50g去离子水，再加入10g N-羟甲基丙烯酰胺和0.1g引发剂过硫酸钾，并利用微波频率2450MHz、输出功率700W的微波反应器微波回流搅拌反应，待自交联反应结束后将所得混合物减压浓缩制成膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性石棉绒。
实施例4
(1)向1g聚合氯化铝中加入1.5g聚天冬氨酸钠、3g对氨基苯磺酸和0.5g异构十三醇聚氧乙烯醚，加热至125℃保温混合1h，再置于0-5℃环境中密封静置2h，并经超微粉碎机制成粒径为3-5微米的微粉，即得改性聚合氯化铝；
(2)向40g水和5g丙酮的混合溶液中加入5g高岭土、5g石棉绒和改性聚合氯化铝，充分混合，再加入30g聚醚类聚羧酸母液(固含量为65-75％)、10g葡萄糖酸钠、1g甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物、20g柠檬酸铵、8g无水硫酸钠和5g氯化钙，混合均匀，即得缓凝减水剂。
其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量。
甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物的制备：取10g甲基-β-环糊精溶于水，通氮除氧，并注射0.5g过硫酸钾的水溶液，继续通氮除氧15min，再注射0.5g N,N-二甲基乙二胺的水溶液，30min后注射15g丙烯酰胺的水溶液，反应体系于40-45℃保温搅拌反应，反应结束后用无水乙醇沉淀，所得沉淀物于50-60℃下干燥至恒重，最后经超微粉碎机制成微粉，即得甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物。
实施例5
(1)向5g聚合氯化铝中加入1g聚天冬氨酸钠、2.5g对氨基苯磺酸和1g异构十三醇聚氧乙烯醚，加热至120℃保温混合0.5h，再置于0-5℃环境中密封静置2h，并经超微粉碎机制成粒径为3-5微米的微粉，即得改性聚合氯化铝；
(2)向45g水和5g丙酮的混合溶液中加入10g高岭土、1g石棉绒和改性聚合氯化铝，充分混合，再加入35g聚醚类聚羧酸母液(固含量为55-65％)、5g葡萄糖酸钠、5g甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物、10g柠檬酸铵、3g无水硫酸钠和2g氯化钙，混合均匀，即得缓凝减水剂。
其中，高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量。
甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物的制备：取5g甲基-β-环糊精溶于水，通氮除氧，并注射0.05g过硫酸钾的水溶液，继续通氮除氧15min，再注射0.05g N,N-二甲基乙二胺的水溶液，30min后注射10g丙烯酰胺的水溶液，反应体系于40-45℃保温搅拌反应，反应结束后用无水乙醇沉淀，所得沉淀物于50-60℃下干燥至恒重，最后经超微粉碎机制成微粉，即得甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物。
对比例1
(1)向2g聚合氯化铝中加入1g聚天冬氨酸钠和1g异构十三醇聚氧乙烯醚，加热至120℃保温混合1h，再置于0℃环境中密封静置2h，并经超微粉碎机制成粒径为3-5微米的微粉，即得改性聚合氯化铝；
(2)向40g水和5g丙酮的混合溶液中加入8g高岭土、2g石棉绒和上述改性聚合氯化铝，充分混合，再加入40g聚醚类聚羧酸母液(固含量为55-75％)、6g葡萄糖酸钠、4g甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物、15g柠檬酸铵、5g无水硫酸钠和3g氯化钙，混合均匀，即得缓凝减水剂。
对比例2
(1)向2g聚合氯化铝中加入1g聚天冬氨酸钠、3g对氨基苯磺酸和1g异构十三醇聚氧乙烯醚，加热至120℃保温混合1h，再置于0℃环境中密封静置2h，并经超微粉碎机制成粒径为3-5微米的微粉，即得改性聚合氯化铝；
(2)向40g水和5g丙酮的混合溶液中加入8g高岭土、2g石棉绒和上述改性聚合氯化铝，充分混合，再加入40g聚醚类聚羧酸母液(固含量为55-75％)、6g葡萄糖酸钠、4g甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物、15g柠檬酸铵，混合均匀，即得缓凝减水剂。
对实施例1-5和对比例1-2中所制备的缓凝减水剂的使用性能进行测试，其中混凝土中缓凝减水剂的添加量为1.5wt％，测试温度为45℃，实验结果如表1所示。
表1实施例1-5和对比例1-2中各缓凝减水剂的性能表
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于高温施工环境下的缓凝减水剂，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：聚羧酸母液30-40重量份、高岭土5-10重量份、葡萄糖酸钠5-10重量份、甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物1-5重量份、石棉绒1-5重量份、聚合氯化铝1-5重量份、无水硫酸钠3-8重量份、氯化钙2-5重量份、对氨基苯磺酸2-4重量份、聚天冬氨酸钠0.5-2重量份、异构十三醇聚氧乙烯醚0.5-2重量份、柠檬酸铵10-20重量份、丙酮3-8重量份、水35-55重量份。
2.根据权利要求1所述的用于高温施工环境下的缓凝减水剂，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：聚羧酸母液32-45重量份、高岭土6-8重量份、葡萄糖酸钠6-8重量份、甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物2-4重量份、石棉绒2-4重量份、聚合氯化铝1-3重量份、无水硫酸钠4-8重量份、氯化钙3-5重量份、对氨基苯磺酸2-4重量份、聚天冬氨酸钠0.5-2重量份、异构十三醇聚氧乙烯醚0.5-2重量份、柠檬酸铵12-18重量份、丙酮3-8重量份、水35-55重量份。
3.根据权利要求1所述的用于高温施工环境下的缓凝减水剂，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：聚羧酸母液40重量份、高岭土8重量份、葡萄糖酸钠6重量份、甲基-β-环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物4重量份、石棉绒2重量份、聚合氯化铝2重量份、无水硫酸钠5重量份、氯化钙3重量份、对氨基苯磺酸3重量份、聚天冬氨酸钠1重量份、异构十三醇聚氧乙烯醚1重量份、柠檬酸铵15重量份、丙酮5重量份、水40重量份。
4.根据权利要求1所述的用于高温施工环境下的缓凝减水剂，其特征在于，所述聚羧酸母液为聚酯类聚羧酸母液和/或聚醚类聚羧酸母液。
5.根据权利要求4所述的用于高温施工环境下的缓凝减水剂，其特征在于，所述聚酯类聚羧酸母液的固含量为55-75％。
6.根据权利要求4所述的用于高温施工环境下的缓凝减水剂，其特征在于，所述聚醚类聚羧酸母液的固含量为55-75％。
7.根据权利要求1所述的用于高温施工环境下的缓凝减水剂，其特征在于，所述高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，Fe2O3低于1.0％重量，K2O和Na2O的总和低于0.5％重量。
8.根据权利要求1所述的用于高温施工环境下的缓凝减水剂，其特征在于，所述无水硫酸钠与氯化钙的重量比为(1-1.6)：1。
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