CN110357477B - 一种混凝土用缓凝剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混凝土用缓凝剂及其制备方法，原料包括如下重量份数的各组分：丙烯酸2～6份、乙二胺4～12份、脱水剂3～9份、聚合物中间体6～18份、引发剂0.05～0.08份、还原剂0.01～0.03份、链转移剂0.02～0.04份、甲基丙烯酸酯4～8份、丙烯醇5～12份、蔗糖2～7份。本发明采用丙烯酸与有机胺进行缩合酰化反应，生成含有多个氨基、羟基等亲水基的活性聚合物分子，将该聚合物分子与甲基丙烯酸酯、丙烯醇进一步反应可生成主链‑侧链适宜的大分子结构缓凝剂，能够对水泥进行包覆，阻碍水化反应的进行。

Description

一种混凝土用缓凝剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝剂及其制备方法，特别是涉及一种混凝土用缓凝剂及其制备方法。
背景技术
随着建筑技术的不断发展，各种特殊要求的混凝土应运而生。在一些大型的混凝土工程中，为了保证后续施工的钻孔桩与前期施工完毕的钻孔桩相互咬合连成一个整体，常要求混凝土的凝结时间延长至60-80小时，但却不能影响混凝土的最终强度。显然普通缓凝剂是无法满足这一要求的。而此类超缓凝混凝土的用量的市场份额在逐渐加大，在民用建筑市场日益萎缩的今天，研究混凝土超缓凝剂有着非常现实的经济价值和技术价值。
目前，市场上的缓凝剂可分为无机缓凝剂和有机缓凝剂。无机缓凝剂电离出离子与水泥水化产物发生反应，在水泥颗粒表面生成致密难溶的物质膜，阻碍了水泥正常水化，从而使C3A的水化和钙矾石(AFt)的形成过程都被延缓而起到缓凝作用；有机缓凝剂含有的络合物形成基，在水泥水化的碱性介质中，与游离的钙离子生成不稳定的络合物，致使液相中钙离子质量浓度下降，同时络合物形成基也可能吸附于水泥颗粒表面与水化产物表面上的氧离子形成氢键，并且络合物形成基又与水分子通过氢键缔合，使水泥颗粒表面形成一层较稳定的溶剂化水膜，从而抑制了水泥水化进程。
但是现有的混凝土缓凝剂大多只能再常温下使用，而在炎热的夏天，其缓凝效果很差，这在一定的程度上抑制了混凝土缓凝剂的应用范围。
发明内容
发明目的：本发明的一个目的是提供一种混凝土用缓凝剂，可以跨季节使用，且混凝效果较好。本发明的另一个目的是提供了该混凝土用缓凝剂的制备方法。
技术方案：本发明的混凝土用缓凝剂，其原料包括如下重量份数的各组分：丙烯酸2～6份、乙二胺4～12份、脱水剂3～9份、聚合物中间体6～18份、引发剂0.05～0.08份、还原剂0.01～0.03份、链转移剂0.02～0.04份、甲基丙烯酸酯4～8份、丙烯醇5～12份、蔗糖2～7份。
本发明还提供了所述混凝土用缓凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将丙烯酸与乙二胺在温度90～95℃下共沸蒸馏，在反应的过程中加入脱水剂，得到聚合物中间体；
(2)将聚合物中间体在引发剂、还原剂、链转移剂作用下与甲基丙烯酸酯、丙烯醇在温度40～50℃下进行共聚反应，反应时间2～3h；
(3)共聚反应结束后，加入水、蔗糖，后调节PH值，即得。
优选地，所述丙烯酸与乙二胺的重量比为1∶0.8～1.3。
优选地，所述步骤(3)中的调节PH值至5～6。
进一步地，所述脱水剂为苯或甲苯。
进一步地，所述引发剂为质量分数30％的过氧化氢溶液。
进一步地，所述还原剂为巯基乙酸或巯基丙酸。
进一步地，所述链转移剂为抗坏血酸。
发明原理：本发明采用丙烯酸与有机胺进行缩合酰化反应，生成含有多个氨基、羟基等亲水基的活性聚合物分子，将该聚合物分子与甲基丙烯酸酯、丙烯醇进一步反应可生成主链-侧链适宜的大分子结构缓凝剂，能够对水泥进行包覆，阻碍水化反应的进行；此外，大分子链结构中的羟基、氨基等亲水基，能够吸附混凝土中的水分子，在混凝土的凝结过程中缓慢释放水分子，从而达到缓凝的效果。
有益效果：
(1)本发明将丙烯酸和胺类进行改性，再与酯和醇反应得到有机缓凝溶液，相比无机类缓凝剂而言，对混凝土的和易性更好，在混凝土的强度提高方面也占优势；
(2)本发明的缓凝剂可以在水泥表面形成钝化膜，阻碍水化反应的进行；
(3)本发明提供的缓凝剂还可以防止水泥表面的钝化膜过密，而影响混凝土的后期强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。
实施例1：
本实施例中的原料包括如下重量份数的组分：丙烯酸6份、乙二胺5份、脱水剂6份、聚合物中间体12份、引发剂0.05份、还原剂0.01份、链转移剂0.02份、甲基丙烯酸酯7份、丙烯醇6份、蔗糖3份。
其中，脱水剂为苯，引发剂为质量分数为30％的过氧化氢溶液，还原剂为巯基乙酸，链转移剂为抗坏血酸。
该混凝土用缓凝剂的制备方法步骤如下：
(1)将丙烯酸与乙二胺在90℃下共沸蒸馏，在反应中加入苯，作为脱水剂不断除去生产的水得到聚合物中间体；
(2)在40℃下，将聚合物中间体在30％的过氧化氢溶液、巯基乙酸、抗坏血酸作用下与甲基丙烯酸酯、丙烯醇反应2h，得到聚合溶液；
(3)在聚合溶液中加入蔗糖、水和氢氧化钠，并调节混合溶液的质量浓度在40％左右、pH为5-6，最终得到适用于混凝土的缓凝剂。
实施例2：
本实施例中的原料包括如下重量份数的组分：丙烯酸6份、乙二胺6份、脱水剂5份、聚合物中间体10份、引发剂0.06份、还原剂0.02份、链转移剂0.03份、甲基丙烯酸酯7份、丙烯醇5份、蔗糖3份。
其中，脱水剂为甲苯，引发剂为质量分数为30％的过氧化氢溶液，还原剂为巯基丙酸，链转移剂为抗坏血酸。
该混凝土用缓凝剂的制备方法步骤如下：
(1)将丙烯酸与乙二胺在95℃下共沸蒸馏，在反应中加入甲苯，作为脱水剂不断除去生产的水得到聚合物中间体；
(2)在45℃下，将聚合物中间体在30％的过氧化氢溶液、巯基丙酸、抗坏血酸作用下与甲基丙烯酸酯、丙烯醇反应2.5h，得到聚合溶液；
(3)在聚合溶液中加入蔗糖、水和氢氧化钠，调节混合溶液的质量浓度为40％左右、pH为5～6，最终得到适用于混凝土的缓凝剂。
实施例3：
本实施例中的原料包括如下重量份数的组分：丙烯酸6份、乙二胺8份、脱水剂8份、聚合物中间体10份、引发剂0.06份、还原剂0.02份、链转移剂0.03份、甲基丙烯酸酯7份、丙烯醇5份、蔗糖3份。
其中，脱水剂为苯，引发剂为质量分数为30％的过氧化氢溶液，还原剂为巯基乙酸，链转移剂为抗坏血酸。
该混凝土用缓凝剂的制备方法步骤如下：
(1)将丙烯酸与乙二胺在93℃下共沸蒸馏，在反应中加入苯，作为脱水剂不断除去生产的水得到聚合物中间体；
(2)在50℃下，将聚合物中间体在30％的过氧化氢溶液、巯基乙酸、抗坏血酸作用下与甲基丙烯酸酯、丙烯醇反应3h，得到聚合溶液；
(3)在聚合溶液中加入蔗糖、水和氢氧化钠，调节混合溶液的质量浓度为40％左右、pH为5～6，最终得到适用于混凝土的缓凝剂。
实施例4：
设计7组平行试验，分别将实施例1～3所制备得到的混凝土缓凝剂进行测试，以不添加混凝剂作为空白对照组，以及加入糖钙、木钠、木钙作为对比组。
按照GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测试混凝土的初凝时间和终凝时间。按照如下条件配置混凝土浆体：海螺PO42.5水泥，水灰比0.40，实验室温度25℃，湿度45％，缓凝剂掺量为0.2wt％。
实验结果如表1所示为实施例1～3和常见缓凝剂在相同用量(用量占胶凝材料总量的0.2％)时对混凝土性能的对比。从表1可以看出，常温实验时，在相同的缓凝剂掺量下，实施例1～3在改善混凝土的初、终凝时间上效果显著，与空白对比初、终凝时间延缓了45～50个小时；与常见的糖钙、木钠、木钙类缓凝剂对比初、终凝时间延缓了40～45个小时，并且混凝土28天强度也增加了12％～23％。这些数据说明实施例1～3的缓凝剂效果良好。
表1室温25℃下的缓凝剂的性能检测汇总
编号 空白 1 2 3 糖钙 木钠 木钙
初凝时间/h 4.3 54 52 49 11.5 11.7 13.5
终凝时间/h 6.2 60 58 55 14.8 15.5 16.2
28d强度/MPa 35.2 43.6 42.8 41.9 38.9 37.8 36.5
实施例5：
本实施例设计7组平行试验，测试方法步骤和实施例4基本相同，不同之处在于7组试验的室温均设为40℃，实验结果如表2所示。从表2可以看出，40℃实验时，在相同的缓凝剂掺量下，实施例1-3在改善混凝土的初、终凝时间上依旧良好，与空白对比初、终凝时间延缓了38～48个小时；与常见的糖钙、木钠、木钙类缓凝剂对比初、终凝时间延缓了37～45个小时，并且混凝土28天强度也增加了11％～28％。这些数据说明在夏季炎热气温下，实施例1-3的缓凝剂仍能保持缓凝的效果。
表2室温40℃下的缓凝剂的性能检测汇总
编号 空白 1 2 3 糖钙 木钠 木钙
初凝时间/h 2.4 51 49 46 8.5 8.7 10.5
终凝时间/h 4.8 57 55 52 11.8 12.5 13.2
28d强度/MPa 36.3 46.5 45.9 44.0 42.0 39.8 39.1
实验例6：
本实施例设计7组平行试验，测试方法步骤和实施例4基本相同，不同之处在于7组试验的室温均设为40℃，实验结果如表3所示。从表3可以看出，5℃实验时，在相同的缓凝剂掺量下，实施例1～3与空白对比初、终凝时间延缓了45～55个小时；与常见的糖钙、木钠、木钙类缓凝剂对比初、终凝时间延缓了34～45个小时，并且混凝土28天强度也增加了4％～30％。这些数据说明在冬季寒冷气温下，实施例1-3的缓凝剂仍能保持缓凝的效果。
表3室温5℃下的缓凝剂的性能检测汇总
编号 空白 1 2 3 糖钙 木钠 木钙
初凝时间/h 5.8 57 55 51 14.5 14.7 16.5
终凝时间/h 8.0 63 61 58 17.8 18.5 19.2
28d强度/MPa 31.2 40.8 39.9 41.0 39.4 36.8 36.1
综上，根据实施例4～6检测结果对比，可以看出，实施例1～3缓凝剂无论在常温、夏季高温、还是冬季低温条件下，都能延缓混凝土的缓凝时间，并且对混凝土的28天强度无影响，还有所提升。

Claims (8)

1.一种混凝土用缓凝剂，其特征在于：所述缓凝剂的原料包括如下重量份数的各组分：丙烯酸2~6份、乙二胺4~12份、脱水剂3~9份、引发剂0.05~0.08份、还原剂0.01~0.03份、链转移剂0.02~0.04份、甲基丙烯酸酯4~8份、丙烯醇5~12份、蔗糖2~7份。
2.一种权利要求1所述的混凝土用缓凝剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将丙烯酸与乙二胺在温度90~95℃下共沸蒸馏，在反应的过程中加入脱水剂，得到聚合物中间体；
（2）将聚合物中间体在引发剂、还原剂、链转移剂作用下与甲基丙烯酸酯、丙烯醇在温度40~50℃下进行共聚反应，反应时间2~3h；
（3）共聚反应结束后，加入水、蔗糖，并调节pH值，即得。
3.根据权利要求2所述的混凝土用缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸与乙二胺的重量比为1:0.8~1.3。
4.根据权利要求2所述的混凝土用缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的调节pH值至5~6。
5.根据权利要求2所述的混凝土用缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述脱水剂为苯或甲苯。
6.根据权利要求2所述的混凝土用缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过氧化氢。
7.根据权利要求2所述的混凝土用缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述还原剂为巯基乙酸或巯基丙酸。
8.根据权利要求2所述的混凝土用缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述链转移剂为抗坏血酸。
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