CN110255953A - 一种聚羧酸系减水剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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陈池
肖文辉
虞君浩
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    • C04B2103/30—Water reducers, plasticisers, air-entrainers, flow improvers
    • C04B2103/302—Water reducers

Abstract

本发明涉及混凝土用外加剂的技术领域，具体涉及一种聚羧酸系减水剂，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液5‑20份，柠檬酸1‑4份，葡萄糖1‑3份，酪蛋白1‑5份和水1‑5份；还涉及该聚羧酸系减水剂的制备方法以及在混凝土中的应用，将该聚羧酸系减水剂的掺量降低为占胶凝材料总重的0.1%‑0.2%，降低了减水剂的添加量；并且将本发明的聚羧酸系减水剂加入混凝土中后不仅可以提高混凝土后期的强度，而且可以降低水的掺量，节约环保。

Description

一种聚羧酸系减水剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及混凝土用外加剂的技术领域，具体涉及一种聚羧酸系减水剂及其制备方法与应用。
背景技术
减水剂是一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。向混凝土拌合物中加入减水剂后，对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，从而改善混凝土拌合物的流动性，提高混凝土拌合物的和易性。
目前，混凝土用减水剂主要包括木质素磺酸盐系减水剂、萘磺酸盐系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系高效减水剂和聚羧酸系减水剂。其中，聚羧酸系减水剂不同于其他减水剂，其具有较多的活性基团，分子结构自由度大，即使在低掺量时其也能够使混凝土具有高分散性、流动性；其还可以提高混凝土的和易性，增强混凝土的抗压强度。聚羧酸系减水剂的适应性优良，与水泥、掺合料的相容性好，温度适应性好，与不同品种的水泥和掺合料均具有很好的相容性，解决了其他类型的减水剂与胶凝材料相容性差的问题。此外，聚羧酸系减水剂中因含有-COOH和(-O-R)n基团，可以通过吸附、分散、润滑等表面活性作用，对水泥颗粒提供分散和流动性能；并且可以通过减少水泥颗粒间的摩擦阻力，降低水泥颗粒与水界面的自由能来增加新拌混凝土的和易性；并且聚羧酸系减水剂不含甲醛，属于环境友好型产品，因此被广泛应用于混凝土生产中。
然而，现有技术中的聚羧酸系减水剂虽然可以在硬化前，对水泥浆起到润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的和易性而便于施工；但是，聚羧酸系减水剂中的羧酸根离子与水泥中的钙离子作用形成络合物，抑制了氢氧化钙结晶的形成，从而抑制了水泥水化，并且不易自发性的将钙离子释放。目前在添加有聚羧酸系减水剂的普通混凝土中约有20％-30％的水泥水化反应不充分，只起到填充作用，不能发挥水泥强度，是混凝土应用中最大的成本浪费。
此外，传统普通减水剂的掺量为胶凝材料重量的0.5-1.5％，传统高效减水剂的掺量为胶凝材料重量的0.15-0.25％，当水泥粒度较细时，水泥会吸附大量减水剂而导致减水剂的掺量进一步增加，相对提高了混凝土生产的投入。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种聚羧酸系减水剂，具有减水剂掺量小的特点，并且可以使硬化后水泥水化更加充分，提高混凝土硬化后的强度。
本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：
一种聚羧酸系减水剂，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液5-20份，柠檬酸1-4份，葡萄糖1-3份，酪蛋白1-5份和水1-5份。
通过采用上述技术方案，柠檬酸，化学名称为2-羟基丙烷-1，2，3-三羧酸，是一种重要的有机酸，无色晶体，无臭，有很强的酸味，易溶于水；柠檬酸可以与水泥中的钙形成柠檬酸盐，起到初步抑制水泥水化的目的。葡萄糖的加入，主要起到缓凝作用，增大减水剂对混凝土拌合物的润滑作用，提高硬化前的和易性。酪蛋白，又称干酪素，它可以与不同类型水泥中的钙离子结合形成可溶性复合物，延缓水泥水化；并且酪蛋白吸收水分后会迅速膨胀，而酪蛋白自身的分子之间不结合，因此酪蛋白在膨胀过程中可携带不同类型水泥中的钙离子充分在拌合物内扩散；同时膨胀的酪蛋白可以削弱C3A、C4AF等对减水剂的吸附强度，降低减水剂的掺量。聚羧酸母液与柠檬酸中的羧酸根离子使水泥颗粒带上负电荷，从而使水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使水泥颗粒分散，抑制水泥浆体的凝聚，增大水泥颗粒与水的接触面积；并且膨胀的酪蛋白携带着钙离子充分分散在拌合物内，使钙离子、水、水泥颗粒可以充分接触而使水泥充分水化，在低掺量下(0.1-0.2％)，提高了混凝土硬化后的强度。
作为优选，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-15份，柠檬酸2-3份，葡萄糖1.5-2.5份，酪蛋白2-4份和水2-4份。
通过采用上述技术方案，优化各组分含量，可进一步减少混凝土中的水泥用量，提高混凝土硬化后的强度。
作为优选，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-25份，柠檬酸1-5份，葡萄糖1-4份，酪蛋白2-7份，羧甲基壳聚糖1-5份和水1-10份。
通过采用上述技术方案，向原始配方中加入了羧甲基壳聚糖，其化学结构式为
其内含有-NH2、-OH等与水亲和力强的极性基团，配合聚羧酸系母液及柠檬酸中的-COOH极性基团，通过吸附、分散、润滑等表面活性作用，对水泥颗粒提供分散和流动性能；并且可以通过减少水泥颗粒间的摩擦阻力，降低水泥颗粒与水界面的自由能，从而进一步的增加了新拌混凝土的和易性，降低了减水剂的掺量。
作为优选，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液15-20份，柠檬酸2-4份，葡萄糖2-3份，酪蛋白3-5份，羧甲基壳聚糖2-4份和水3-8份。
通过采用上述技术方案，优化各组分含量，可进一步提高混凝土硬化后的强度。
作为优选，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-25份，柠檬酸2-6份，葡萄糖1-3份，酪蛋白2-6份，土耳其红油1-3份和水5-15份。
通过采用上述技术方案，向原始配方中加入了土耳其红油，土耳其红油为黄色或棕色稠厚油状透明液体，属于阴离子表面活性剂，具有优良的扩散性和润湿性，可以在混凝土拌合物中引入适当均匀且细小的气泡。由于水泥水化过程中会产生较多空隙，细小且均匀气泡的引入提高了对水泥的减水分散作用，减水了水泥浆的自由水含量，使水泥水化后的平均孔径降低，甚至可以使硬化后的水泥内部形成闭孔，从而提高混凝土的强度。
作为优选，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液13-22份，柠檬酸3-5份，葡萄糖1.5-2.5份，酪蛋白3-5份，土耳其红油1.5-2.5份和水7-12份。
作为优选，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-30份，柠檬酸1-10份，葡萄糖1-5份，酪蛋白3-8份，土耳其红油1-3份，羧甲基壳聚糖1-5份和水5-15份。
通过采用上述技术方案，向原始配方中同时加入了羧甲基壳聚糖和土耳其红油，使混凝土中的水泥在水化前具有良好的和易性，水化后则具有较强的强度。
作为优选，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液15-25份，柠檬酸3-8份，葡萄糖2-4份，酪蛋白4-6份，土耳其红油1.5-2.5份，羧甲基壳聚糖2-4份和水8-13份。
本发明的第二个目的是提供一种上述聚羧酸系减水剂的制备方法，其通过如下操作制备得到：按重量份称取各原料，于15-30℃下混合搅拌均匀，即得到聚羧酸系减水剂。
本发明的第三个目的是提供一种上述聚羧酸系减水剂在配置混凝土中的应用，将所述聚羧酸系减水剂按照占胶凝材料总重0.08％-0.15％的掺量加入混凝土中。
通过采用上述技术方案，将本发明的聚羧酸系减水剂添加到混凝土中，可以降低水泥用量，提高混凝土强度。本发明的聚羧酸系减水剂掺量为0.1％-0.2％，传统普通减水剂的掺量为胶凝材料重量的0.5-1.5％，传统高效减水剂的掺量为胶凝材料重量的0.15-0.25％，因此，本发明的聚羧酸系减水剂掺量相比于传统的普通减水剂及高效减水剂均大大降低。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的聚羧酸系减水剂，加入到混凝土后使混凝土后期的抗压强度比最高可达155％，对混凝土后期的强度具有显著的增强作用；
(2)本发明的聚羧酸系减水剂其减水率最高可达28.7％，降低了混凝土拌合中的加水量，环保节约；
(3)本发明的聚羧酸系减水剂掺量为0.1％-0.2％，相比于传统普通减水剂的0.5-1.5％掺量，缩小了近十倍；相比于传统高效减水剂的0.15-0.25％，最多可降低60％，节约环保。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的说明。
本发明中的酪蛋白选自河北鸿韬生物工程有限公司；聚羧酸母液选自ZY-HL700标准高效高性能混凝土添加剂聚羧酸减水剂母液外加剂；土耳其红油选自济南同科商贸有限公司。
实施例1
一种聚羧酸系减水剂，其通过如下制备方法配制得到：
按照表1中所示的重量份，分别称取聚羧酸母液，柠檬酸，葡萄糖，酪蛋白和水，加入搅拌罐内在15℃下搅拌混合均匀，即得到实施例1的聚羧酸系减水剂。
实施例2
按照表1中所示的重量份，分别称取聚羧酸母液，柠檬酸，葡萄糖，酪蛋白和水，加入搅拌罐内在24℃下搅拌混合均匀，即得到实施例2的聚羧酸系减水剂。
实施例3
按照表1中所示的重量份，分别称取聚羧酸母液，柠檬酸，葡萄糖，酪蛋白和水，加入搅拌罐内在30℃下搅拌混合均匀，即得到实施例3的聚羧酸系减水剂。
实施例4
按照表1中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，得到实施例4的聚羧酸系减水剂。
实施例5
按照表1中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，得到实施例5的聚羧酸系减水剂。
实施例6
按照表1中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，得到实施例6的聚羧酸系减水剂。
实施例7
按照表1中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，得到实施例7的聚羧酸系减水剂。
表1实施例1-7的聚羧酸系减水剂的原料含量(单位kg)
聚羧酸母液 柠檬酸 葡萄糖 酪蛋白 水
实施例1 5 1 1 2 1
实施例2 5 1 1 2 1
实施例3 5 1 1 2 1
实施例4 10 2 1.5 1 2
实施例5 12.5 2.5 3 4 4
实施例6 15 4 2.5 3 3
实施例7 20 3 2 5 5
实施例8
按照表2中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例8的聚羧酸系减水剂。
实施例9
按照表2中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例9的聚羧酸系减水剂。
实施例10
按照表2中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例10的聚羧酸系减水剂。
实施例11
按照表2中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例11的聚羧酸系减水剂。
实施例12
按照表2中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例12的聚羧酸系减水剂。
表2实施例8-12的聚羧酸系减水剂的原料含量(单位kg)
实施例13
按照表3中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例13的聚羧酸系减水剂。
实施例14
按照表3中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例14的聚羧酸系减水剂。
实施例15
按照表3中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例15的聚羧酸系减水剂。
实施例16
按照表3中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例16的聚羧酸系减水剂。
实施例17
按照表3中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例17的聚羧酸系减水剂。
表3实施例13-17的聚羧酸系减水剂的原料含量(单位kg)
聚羧酸母液 柠檬酸 葡萄糖 酪蛋白 土耳其红油 水
实施例13 10 6 1 3 1.5 5
实施例14 22 3 2.5 2 1 10
实施例15 17 3 2 5 2.5 7
实施例16 13 5 1.5 6 2 12
实施例17 25 2 3 4 3 15
实施例18
按照表4中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例13的聚羧酸系减水剂。
实施例19
按照表4中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例14的聚羧酸系减水剂。
实施例20
按照表4中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例15的聚羧酸系减水剂。
实施例21
按照表4中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例16的聚羧酸系减水剂。
实施例22
按照表4中所示的各原料重量份，采用与实施例2完全相同的制备方法，加工得到实施例17的聚羧酸系减水剂。
表4实施例18-22的聚羧酸系减水剂的原料含量(单位kg)
聚羧酸母液 柠檬酸 葡萄糖 酪蛋白 羧甲基壳聚糖 土耳其红油 水
实施例13 10 8 1 3 1 1.5 5
实施例14 25 3 3 4 5 1 11
实施例15 19 5 2 5 3 2.5 8
实施例16 15 10 4 8 4 2 13
实施例17 30 1 5 6 2 3 15
对比例1
对比例1的聚羧酸系减水剂，采用与实施例2完全相同的制备方法，原料如下：聚羧酸母液4kg，柠檬酸0.8kg，葡萄糖0.8kg和水0.8kg。
对比例2
对比例2的聚羧酸系减水剂，采用与实施例2完全相同的制备方法，原料如下：聚羧酸母液4kg，葡萄糖0.8kg，酪蛋白1kg和水0.9kg。
对比例3
对比例3的聚羧酸系减水剂，采用与实施例2完全相同的制备方法，原料如下：聚羧酸母液3.8kg，葡萄糖0.7kg和水0.8kg。
应用例1
将本发明实施例5的聚羧酸系减水剂按照占胶凝材料总重0.1％的掺量加入以GB8076-2008中规定的方法配制的基准混凝土中，并参照GB 8076-2008的检测方法和标准对添加有减水剂的混凝土进行性能检测，检测结果见表5。
应用例2
将本发明实施例10的聚羧酸系减水剂按照占胶凝材料总重0.1％的掺量加入以GB8076-2008中规定的方法配制的基准混凝土中，并参照GB 8076-2008的检测方法和标准对添加有减水剂的混凝土进行性能检测，检测结果见表5。
应用例3
将本发明实施例15的聚羧酸系减水剂按照占胶凝材料总重0.1％的掺量加入以GB8076-2008中规定的方法配制的基准混凝土中，并参照GB 8076-2008的检测方法和标准对添加有减水剂的混凝土进行性能检测，检测结果见表5。
应用例4
将本发明实施例20的聚羧酸系减水剂按照占胶凝材料总重0.1％的掺量加入以GB8076-2008中规定的方法配制的基准混凝土中，并参照GB 8076-2008的检测方法和标准对添加有减水剂的混凝土进行性能检测，检测结果见表5。
应用例5
将本发明实施例20的聚羧酸系减水剂按照占胶凝材料总重0.13％的掺量加入以GB8076-2008中规定的方法配制的基准混凝土中，并参照GB 8076-2008的检测方法和标准对添加有减水剂的混凝土进行性能检测，检测结果见表5。
应用例6
将本发明实施例20的聚羧酸系减水剂按照占胶凝材料总重0.17％的掺量加入以GB8076-2008中规定的方法配制的基准混凝土中，并参照GB 8076-2008的检测方法和标准对添加有减水剂的混凝土进行性能检测，检测结果见表5。
应用例7
将本发明实施例20的聚羧酸系减水剂按照占胶凝材料总重0.2％的掺量加入以GB8076-2008中规定的方法配制的基准混凝土中，并参照GB 8076-2008的检测方法和标准对添加有减水剂的混凝土进行性能检测，检测结果见表5。
应用对比例1-3
将对比例1-3的聚羧酸系减水剂按照占胶凝材料总重0.2％的掺量加入以GB 8076-2008中规定的方法配制的基准混凝土中，并参照GB 8076-2008的检测方法和标准对添加有减水剂的混凝土进行性能检测，检测结果见表5。
应用对比例4
将授权公告号为CN 105016647 B的发明专利中实施例1的聚羧酸系混凝土减胶剂按照占胶凝材料总重0.2％的掺量加入以GB 8076-2008中规定的方法配制的基准混凝土中，并参照GB 8076-2008的检测方法和标准对添加有减水剂的混凝土进行性能检测，检测结果见表5。
应用对比例5
将授权公告号为CN 105016647 B的聚羧酸系混凝土减胶剂按照占胶凝材料总重0.1％的掺量加入以GB 8076-2008中规定的方法配制的基准混凝土中，并参照GB 8076-2008的检测方法和标准对添加有减水剂的混凝土进行性能检测，检测结果见表5。
表5应用例1-7、应用对比例1-5及基准例的混凝土性能测试结果
由表5可知，本发明的聚羧酸系减水剂各项性能均符合GB 8076-2008的标准要求，且性能优良。通过应用对比例1-3结合应用例1的结果可知，本发明中的酪蛋白对本发明减水剂的性能存在较大影响，尤其是对减水剂应用到混凝土中后对混凝土的强度存在较大的正相关影响；使用本发明的减水剂后，混凝土的抗压强度比28d最大可达155％。通过应用例1-4的检测结果可知，本发明中土耳其红油的加入，主要起到闭孔作用，可以降低混凝土中的含气量；羧甲基壳聚糖的加入，进一步提高了减水剂的减水性能及泌水性能，可以提高混凝土前期的拌合性能。
由应用对比例4和应用对比例5的检测结果可知，将现有的减水剂采用本发明中的掺量后，其性能下降，并且在本发明的减水剂最佳的掺量下，其性能下降较严重。此外，本发明中的聚羧酸系减水剂在水泥硬化前可以起到润滑、分散作用，提高混凝土前期的和易性；在水泥硬化后，可以将水泥内部的大气泡闭孔，并在酪蛋白的膨胀分散作用下，使水泥与水充分接触，提高了水泥水化程度，从而提高了混凝土硬化后的强度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种聚羧酸系减水剂，其特征在于，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液5-20份，柠檬酸1-4份，葡萄糖1-3份，酪蛋白1-5份和水1-5份。
2.根据权利要求1所述的聚羧酸系减水剂，其特征在于，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-15份，柠檬酸2-3份，葡萄糖1.5-2.5份，酪蛋白2-4份和水2-4份。
3.根据权利要求1所述的聚羧酸系减水剂，其特征在于，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-25份，柠檬酸1-5份，葡萄糖1-4份，酪蛋白2-7份，羧甲基壳聚糖1-5份和水1-10份。
4.根据权利要求3所述的聚羧酸系减水剂，其特征在于，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液15-20份，柠檬酸2-4份，葡萄糖2-3份，酪蛋白3-5份，羧甲基壳聚糖2-4份和水3-8份。
5.根据权利要求1所述的聚羧酸系减水剂，其特征在于，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-25份，柠檬酸2-6份，葡萄糖1-3份，酪蛋白2-6份，土耳其红油1-3份和水5-15份。
6.根据权利要求5所述的聚羧酸系减水剂，其特征在于，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液13-22份，柠檬酸3-5份，葡萄糖1.5-2.5份，酪蛋白3-5份，土耳其红油1.5-2.5份和水7-12份。
7.根据权利要求1所述的聚羧酸系减水剂，其特征在于，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液10-30份，柠檬酸1-10份，葡萄糖1-5份，酪蛋白3-8份，土耳其红油1-3份，羧甲基壳聚糖1-5份和水5-15份。
8.根据权利要求6所述的聚羧酸系减水剂，其特征在于，其由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸母液15-25份，柠檬酸3-8份，葡萄糖2-4份，酪蛋白4-6份，土耳其红油1.5-2.5份，羧甲基壳聚糖2-4份和水8-13份。
9.一种权利要求1-8任一项所述的聚羧酸系减水剂的制备方法，其特征在于，其通过如下操作制备得到：按重量份称取各原料，于15-30℃下混合搅拌均匀，即得到聚羧酸系减水剂。
10.权利要求1-8任一项所述的聚羧酸系减水剂在配置混凝土中的应用，其特征在于：将所述聚羧酸系减水剂按照占胶凝材料总重0.1%-0.2%的掺量加入混凝土中。
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