CN109867754A - 一种低敏感混凝土粘度调节剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低敏感混凝土粘度调节剂及其制备方法。其组成按重量份数计如下：聚醚单体4～8份，丙烯酸1～4份，不饱和酰胺类小单体1～4份，氧化剂0.05～0.2份，还原剂0.05～0.02份，链转移剂0.06～0.2份，去离子水78～92份，交联剂0.002～0.005份。本发明的制备方法采用低温氧化还原引发体系合成低敏感聚羧酸减水剂，反应无需加热，减少能耗，通过滴加过程、精确控制聚合物的性能，所得产品对混凝土粘度调节时的掺量变化具有优良的低敏感性能。

Description

一种低敏感混凝土粘度调节剂及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种低敏感混凝土粘度调节剂及其制备方法。

背景技术

随着社会发展的不断进步，工业发展对工程质量要求越来越高。混凝土作为工程建设中的重要材料，其性能得到了密切的重视。但是在实际工程应用过程当中，由于建筑资源的消耗，市场上骨料质量变差，导致级配不合理，加上实验室和工程上为了保证新拌混凝土的流变性能，提高聚羧酸减水剂的掺量，导致配制的混凝土和易性不良，甚至出现离析，泌水等现象。混凝土的离析泌水对性能具有十分严重的危害，直接影响混凝土的强度，抗风化和抗侵蚀性等性能，使工程质量得不到保证，出现这一问题的根本原因是因为浆体的粘度不合适引起其和易性不足。

中国CN201710425789.9号专利提供了早强型聚羧酸减水剂及其制备方法和应用。本发明所提供的减水剂由不饱和聚醚单体等多种不同结构的单体共聚制得，能够有效提高水泥及其制品以及混凝土早期强度，同时还能够避免现有混合制剂中组分间相容性差的技术问题，并降低减水剂的配置难度，提高产品使用的灵活性；同时，本发明方法中，无需高温反应，能够显著降低生产能耗、有利于节能减排。该减水剂对掺量十分敏感，易影响混凝土的品质。

中国CN201510834778.7号专利公开了一种超早强型聚羧酸减水剂，属于混凝土外加剂领域。本发明由以下重量份数的组分组成：分子量为5000的聚醚单体300～400份，去离子水450～590份，引发剂1.5～3份，单体C25～35份，单体D15～25份，链转移剂1.5～2.5份，还原剂0.6～0.9份，无机碱适量。本发明通过分子结构修饰，引入具有早强功能的特征基团，并使用链转移剂来调节聚合物分子量,使之具有掺量低、减水率高、适应性广，在免蒸养的情况下使预制构件在规定时间内达到脱模强度，并且外观光洁美观的优异特性。该减水剂掺量偏高会使新拌混凝土失去流动性能。

为了提高混凝土的性能，需要一种能够提高混凝土材料的凝聚和稳定的高分子材料，目前工程技术人员通过添加可溶高分子聚合物如聚糖类、聚乙烯醇、黄原胶、纤维素醚来改善混凝土拌合物的状态，使混凝土的性能均匀优质，但都存在对掺量十分敏感。掺量偏低，不能有效抑制混凝土离析、泌水、改善和易性；掺量偏高会使新拌混凝土失去流动性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种低敏感混凝土粘度调节剂及其制备方法，通过特定的分子结构设计使的在较低掺量下水泥浆体表现出较高的剪切应力，随着掺量的增加，酰胺基、羧基之间的耦合作用，避免因掺量增大导致粘度急剧增加。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种低敏感混凝土粘度调节剂，其组成按重量份数计如下：

聚醚单体4～8份，丙烯酸1～4份，不饱和酰胺类小单体1～4份，氧化剂0.05～0.2份，还原剂0.05～0.02份，链转移剂0.06～0.2份，去离子水78～92份，交联剂0.002～0.005份。

按上述方案，其中酰胺基与羧基的摩尔比为(3～5):(1～2)；酸:醚摩尔比为(20～30):1。

按上述方案，所述聚醚单体为异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、4-羟丁基聚乙二醇乙烯基醚中的一种或任意混合；所述聚醚单体的分子量为1800-3500。

按上述方案，所述不饱和酰胺类小单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2甲基丙烯酸、N-二乙基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺中的一种或任意混合。

按上述方案，所述所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或任意混合。

按上述方案，所述还原剂为维生素C、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、吊白块、二水合次硫酸氢钠甲醛中的一种或任意混合。

按上述方案，所述链转移剂为甲基丙烯磺酸钠、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇中的一种或任意混合。

按上述方案，所述交联剂为N，N，-亚甲基双丙烯酰胺、三丙烯酸-(丙基)三甲酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或任意混合。

上述低敏感混凝土粘度调节剂的制备方法，包括以下步骤：

1)取还原剂、链转移剂和10～15份去离子水配制成A溶液；取丙烯酸和10～15份去离子水配制成B溶液；

2)在反应容器中加入聚醚大单体、不饱和酰胺类小单体、交联剂、剩余去离子水，在常温下搅拌混合完全溶解，然后加入氧化剂；

3)将A溶液和B溶液在120～210min内同时向反应容器滴加完成，滴加完成后恒温反应1～2h，即得所述低敏感混凝土粘度调节剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过共聚引入酰胺基团，长侧链结构中酰胺基团，引入了大量的氢键，吸附和固定自由水分子，溶胀作用使其表观体积增大，拌合水的粘度就随之增加，增粘效果好，提高了浆体的稳定性；

(2)本发明聚合物的结构中，羧酸主要是影响分散性能的因素，在没有羧基的情况下，磺酸基、酰胺基团单独或配合使用，均无法实现减水功能，在侧链中引入磺酸基或酰胺基，增加了结构中的静电斥力、提高了分散性能，改善了流动度；

(3)本发明通过特定的分子结构设计，聚合物具有相对理想的分子量和分子量分布，使的在较低掺量下水泥浆体表现出较高的剪切应力，随着掺量的增加，由于分子结构中酰胺基、羧基之间的耦合作用，会减缓酰胺基对增粘效果的贡献率，从而避免因掺量增大导致粘度急剧增加的问题；

(4)本发明的制备方法采用低温氧化还原引发体系合成低敏感聚羧酸减水剂，反应无需加热，减少能耗，通过滴加过程、精确控制聚合物的性能，所得产品对混凝土粘度调节时的掺量变化具有优良的低敏感性能。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1

本实施例提供一种低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂，由以下重量份的组分组成，分子量为2400异戊烯醇聚氧乙烯醚5份，丙烯酸3份，2-丙烯酰胺-2甲基丙烯酸3份，过氧化氢0.07份，维生素C 0.07份，链转移剂0.15份，去离子水89份，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.003份；

所述低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂分子结构中酰胺基与羧基的摩尔比为3:1；酸:醚摩尔比为25:1。

所述一种低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份称取各组分；

(2)取还原剂、链转移剂和12份去离子水配制成A溶液；

(3)取丙烯酸和12份去离子水配制成B溶液；

(4)在反应容器中，加入聚醚大单体、不饱和酰胺类小单体、交联剂、65份去离子水，在常温下搅拌混合完全溶解，然后加入氧化剂；

(5)在180min内向步骤(4)所得溶液中同时滴加完A溶液和B溶液，滴加完成后恒温反应1h，即得所述低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂。测试结果如表2所示。

实施例2

本实施例提供一种低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂，由以下重量份的组分组成，分子量为3000甲基烯丙基聚氧乙烯醚6份，丙烯酸3份，丙烯酰胺2份，过硫酸铵0,06份，亚硫酸氢钠C 0.08份，巯基乙醇0.15份，去离子水88份，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.002份。

所述低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂分子结构中酰胺基与羧基的摩尔比为5:1；酸:醚摩尔比为25:1。

所述一种低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份称取各组分；

(2)取还原剂、链转移剂和10份去离子水配制成A溶液；

(3)取丙烯酸和12份去离子水配制成B溶液；

(4)在反应容器中，加入聚醚大单体、不饱和酰胺类小单体、交联剂、66份去离子水，在常温下搅拌混合完全溶解，然后加入氧化剂；

(5)在210min内向步骤(4)所得溶液中同时滴加完A溶液和B溶液，滴加完成后恒温反应1.5h，即得所述低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂。测试结果如表2所示。

实施例3

本实施例提供一种低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂，由以下重量份的组分组成，分子量为2400的4-羟丁基聚乙二醇乙烯基醚5份，丙烯酸4份，N-二乙基丙烯酰胺4份，过硫酸钠0,06份，吊白块C 0.07份，甲基丙烯磺酸钠0.18份，去离子水85份，聚乙二醇二丙烯酸酯0.003份。

所述低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂分子结构中酰胺基与羧基的摩尔比为3:1；酸:醚摩尔比为20:1。

所述一种低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份称取各组分；

(2)取还原剂、链转移剂和15份去离子水配制成A溶液；

(3)取丙烯酸和12份去离子水配制成B溶液；

(4)在反应容器中，加入聚醚大单体、不饱和酰胺类小单体、交联剂、58份去离子水，在常温下搅拌混合完全溶解，然后加入氧化剂；

(5)在180min内向步骤(4)所得溶液中同时滴加完A溶液和B溶液，滴加完成后恒温反应1.5h，即得所述低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂。测试结果如表2所示。

实施例4

本实施例提供一种低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂，由以下重量份的组分组成，分子量为2100的4-羟丁基聚乙二醇乙烯基醚4份，丙烯酸6份，丙烯酰胺3份，过硫酸铵0,04份，维生素C 0.08份，巯基乙醇0.15份，去离子水84份，三丙烯酸-(丙基)三甲酯0.002份。

所述低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂分子结构中酰胺基与羧基的摩尔比为5:1；酸:醚摩尔比为30:1。

所述一种低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份称取各组分；

(2)取还原剂、链转移剂和10份去离子水配制成A溶液；

(3)取丙烯酸和10份去离子水配制成B溶液；

(4)在反应容器中，加入聚醚大单体、不饱和酰胺类小单体、交联剂、58份去离子水，在常温下搅拌混合完全溶解，然后加入氧化剂；

(5)在210min内向步骤(4)所得溶液中同时滴加完A溶液和B溶液，滴加完成后恒温反应1.5h，即得所述低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂。测试结果如表2所示。

实施例5

本实施例提供一种低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂，由以下重量份的组分组成，分子量为2400异戊烯醇聚氧乙烯醚6份，丙烯酸4份，异丙基丙烯酰胺4份，过氧化氢0,08份，硫酸亚铁C 0.06份，甲基丙烯磺酸钠0.15份，去离子水85份，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.003份。

所述低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂分子结构中酰胺基与羧基的摩尔比为2:1；酸:醚摩尔比为25:1。

所述一种低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份称取各组分；

(2)取还原剂、链转移剂和15份去离子水配制成A溶液；

(3)取丙烯酸和15份去离子水配制成B溶液；

(4)在反应容器中，加入聚醚大单体、不饱和酰胺类小单体、交联剂、55份去离子水，在常温下搅拌混合完全溶解，然后加入氧化剂；

(5)在150min内向步骤(4)所得溶液中同时滴加完A溶液和B溶液，滴加完成后恒温反应1h，即得所述低敏感聚醚多聚物混凝土粘度调节剂。测试结果如表2所示。

对以上5个实施例的产品进行性能评价：将本发明实施例1～5制得的混凝土粘度调节剂和市售的A、B、C三种粘度改性剂应用于混凝土，进行混凝土扩展度和压力泌水率测试，测试方法参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》，所述混凝土配合比及原材料信息如表1，测试结果见表2。

表1混凝土实验配比

材料名称	每立方米质量/kg	原材料信息
			水泥	220	海螺po42.5水泥
矿粉	60	S95矿粉
			粉煤灰	90	Ⅱ级粉煤灰
机制砂	760	细度模数3.0，石粉含量2.0％
			石子	1085	5-25石子
水	170	井水
			聚羧酸减水剂	7.4	固含量10％
混凝土粘度调节剂	/	/

备注：混凝土粘度调节剂掺量是指占混凝土配合比中胶凝材料总质量的比例表2混凝土粘度调节剂实施效果

测试结果表明，不掺混凝土粘度调节剂的基准混凝土压力泌水率为83.2％，添加混凝土粘度调节剂后的混凝土压力泌水率都出现不同程度的降低，变现出较好的增粘效果，但市售A、市售B、市售C三种粘度调节剂随着混凝土粘度调节剂掺量的提高，混凝土的流动性迅速降低，混凝土失去施工性能，表现为对掺量十分敏感。

与市售A、市售B、市售C对比，本实施例中的粘度改性剂在相同掺量变化的情况下，混凝土的流动性变化较小，在较低掺量的情况下起到了较好的增粘效果，在较高掺量的情况下混凝土的增粘效果继续提高，依然具有较好的流动性，表现为对掺量低敏感。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种低敏感混凝土粘度调节剂，其特征在于组成按重量份数计如下：

聚醚单体4～8份，丙烯酸1～4份，不饱和酰胺类小单体1～4份，氧化剂0.05～0.2份，还原剂0.05～0.02份，链转移剂0.06～0.2份，去离子水78～92份，交联剂0.002～0.005份。

2.如权利要求1所述低敏感混凝土粘度调节剂，其特征在于其中酰胺基与羧基的摩尔比为(3～5):(1～2)；酸:醚摩尔比为(20～30):1。

3.如权利要求1所述低敏感混凝土粘度调节剂，其特征在于所述聚醚单体为异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、4-羟丁基聚乙二醇乙烯基醚中的一种或任意混合；所述聚醚单体的分子量为1800-3500。

4.如权利要求1所述低敏感混凝土粘度调节剂，其特征在于所述不饱和酰胺类小单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2甲基丙烯酸、N-二乙基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺中的一种或任意混合。

5.如权利要求1所述低敏感混凝土粘度调节剂，其特征在于所述所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或任意混合。

6.如权利要求1所述低敏感混凝土粘度调节剂，其特征在于所述还原剂为维生素C、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、吊白块、二水合次硫酸氢钠甲醛中的一种或任意混合。

7.如权利要求1所述低敏感混凝土粘度调节剂，其特征在于所述链转移剂为甲基丙烯磺酸钠、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇中的一种或任意混合。

8.如权利要求1所述低敏感混凝土粘度调节剂，其特征在于所述交联剂为N，N，-亚甲基双丙烯酰胺、三丙烯酸-(丙基)三甲酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或任意混合。

9.权利要求1-7任一项所述低敏感混凝土粘度调节剂的制备方法，包括以下步骤：

1)取还原剂、链转移剂和10～15份去离子水配制成A溶液；取丙烯酸和10～15份去离子水配制成B溶液；

2)在反应容器中加入聚醚大单体、不饱和酰胺类小单体、交联剂、剩余去离子水，在常温下搅拌混合完全溶解，然后加入氧化剂；

3)将A溶液和B溶液在120～210min内同时向反应容器滴加完成，滴加完成后恒温反应1～2h，即得所述低敏感混凝土粘度调节剂。