CN111039588A

CN111039588A - 一种混凝土用锁水抗离析剂及其制备方法

Info

Publication number: CN111039588A
Application number: CN201911308230.3A
Authority: CN
Inventors: 阿光强; 王磊; 唐凯; 李金梅; 徐兴卫; 苏玉玲; 郭军
Original assignee: Yunnan Senbo Concrete Admixture Co ltd
Current assignee: Yunnan Senbo Concrete Admixture Co ltd
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-04-21

Abstract

本发明涉及一种混凝土用锁水抗离析剂及其制备方法，由聚醚大单体、改性聚天冬氨酸、植酸马来酸酯、链转移剂、引发剂聚合而成，利用天冬氨酸和植酸的特殊分子结构提高锁水性能和对水泥的分散性能。本发明制备的锁水抗离析剂在混凝土出现泌水离析的情况下掺入胶凝材料的0.02％～0.03％，能有效的锁住水分，提高混凝土和易性和包裹性，同时不影响混凝土坍落度、扩展度和经时损失，提高混凝土强度。

Description

一种混凝土用锁水抗离析剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土用锁水抗离析剂及其制备方法，属于混凝土外加剂技术领域。

背景技术

随着混凝土行业的发展，各种因建筑技术要求，施工要求，材料变化等导致的混凝土问题层出不穷，其中混凝土的离析和泌水直接影响了混凝土的质量及施工的。目前，导致混凝土出现离析及泌水的主要因素有：

(1)水下桩混凝土，自密实混凝土及高层泵送混凝土的施工要求混凝土具有良好的流动性和包裹性，混凝土坍落度要在220～240mm，在追求高坍落度的同时就兼顾不到包裹性；

(2)由于近几年砂石材料的紧缺，需要大量引入海砂和河砂，这两种砂的级配，细度及保水性等因素导致在使用过程中极易出现离析和泌水；

(3)由于某些地材的砂石材料含泥和含粉重，在预拌混凝土时就会让混凝土出机坍落度尽量大，甚至是离析，在运送过程中损失一部分，到工地泵送时刚好满足使用施工要求，但是有时候由于时间没把控好，导致混凝土还没有损失，影响施工；

(4)不同种类水泥与外加剂适应性不好导致混凝土出现反增长情况；

(5)聚羧酸减水剂掺量的高敏感性导致的泌水和离析；

(6)施工不规范，工地工人随意加水导致的泌水离析；

传统的抗离析剂都采用聚丙烯酰胺，麦芽糊精，黄原胶等增稠剂来改善混凝土的包裹性，但这些增稠材料的引入会影响混凝土的保持性和强度性能，不宜大面积推广。

专利CN201610021368.5报道了一种混凝土保水抗离析剂及其制备方法，该专利公开的保水抗离析剂由丙烯基类单体、TPEG、有机硅类单体及相应的氧化剂、还原剂和链转移剂聚合而成，抗离析剂在预拌混凝土时与减水剂同时加入，不易控制，也造成了浪费。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是，针对现有技术中普通抗离析剂在产品添加后对混凝土强度、经时损失的影响而提供的一种混凝土用锁水抗离析剂及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题而提供的一种混凝土用锁水抗离析剂，其特征在于，该混凝土用锁水抗离析剂由聚醚大单体、改性聚天冬氨酸、植酸马来酸酯、链转移剂、引发剂聚合而成；所述的聚醚大单体、改性聚天冬氨酸、植酸丙烯酯、链转移剂、引发剂的摩尔比为1～1.2：0.5～1：1～2：0.2～0.5：0.5～1。

进一步地，所述的聚醚大单体是烯丙醇聚氧乙烯醚、4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、异丁烯醇聚氧乙烯醚的一种；

进一步地，所述的改性聚天冬氨酸是聚天冬氨酸与丙烯酰胺的合成产物，其中聚天冬氨酸的分子量为1000～3000。

进一步地，所述的植酸马来酸酯是植酸与马来酸酐的酯化物。

进一步地，所述的链转移剂是巯基乙醇、巯基乙酸、十二烷基硫醇、巯基丙酸、巯基丙醇、甲酸钠、次磷酸钠中的一种或者几种。

进一步地，所述的引发剂包括氧化组分和还原组分，氧化组分为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、叔丁基过氧化氢中的一种或几种；还原组分为吊白块、L-抗坏血酸钠、 E51、硫酸亚铁中的一种或几种；其中氧化组分和还原组分的摩尔比为1：0.1～1。

上述混凝土用锁水抗离析剂的制备方法包括以下步骤：

1)将所述的聚天冬氨酸与丙烯酰胺按摩尔比1:1.1的比例溶于适量N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，升温至75～85℃反应4h，用饱和氯化钠溶液沉淀得到改性的聚天冬氨酸；

2)将所述的植酸和马来酸酐等摩尔混合，升温至70～80℃恒温反应4h，冷却至室温得到植酸马来酸酯。

3)常温下，将所述的聚醚大单体、改性聚天冬氨酸、植酸马来酸酯与适当去离子水投入反应釜搅拌30分钟溶解混匀，然后一次性投入链转移剂、引发剂，继续搅拌一定时间，然后恒温一定时间后补水得到混凝土用锁水抗离析剂。

进一步地，搅拌的时间和恒温的时间对锁水抗离析剂的分子量及多分散系数有很大影响，可针对混凝土不同情况进行调整。搅拌时间控制在15min～3h，低于15分钟，反应体系还未混匀，搅拌时间高于3小时，体系反应完全；保温时间控制在0～2.5h，高于2.5小时，聚合物多分散系数趋于稳定。

进一步地，反应体系的质量浓度为20～30％，浓度太低，影响反应速率及转化率，浓度过大，容易发生局部暴聚，最终锁水抗离析剂的质量浓度为12％。

本发明的有益效果：

1、本发明制备的混凝土用锁水抗离析剂在混凝土发生离析和泌水的情况下加入胶凝材料的0.02～0.03％，能有效改善混凝土的离析和泌水情况，提高混凝土包裹性，同时不影响混凝土坍落度，扩展度、经时损失和抗压强度。

2、聚天冬氨酸是一种绿色聚合物，合成成本低，分子结构中含有大量的羧基和酰胺基团，是锁水抗离析剂合成原料的最佳的选择，在本发明中将聚天冬氨酸进行改性，将聚天冬氨酸以支链的形式引入，提高了锁水和保水性。植酸是一种从植物中提取的有机磷酸化合物，分子结构中有12个羟基和6个羧基磷酸盐，具有与多种材料进行化学键结合的能力，将其用于保水抗离析剂中，分子的特殊结构能提高水泥的分散性同时锁住水分。采用了搅拌聚合和静置聚合相结合，通过反应时间、链转移剂和引发剂的用量调控锁水抗离析剂的分子量和多分散系数，分子链较长起到锁水保水抗离析的功能，分子链较短的能够补偿混凝土因锁水导致的缺陷功能。

附图说明

图1：锁水抗离析剂的效果图

图2：锁水抗离析剂对混凝土经时损失的影响

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种混凝土用锁水抗离析剂及其制备方法，该制备方法如下所示：

1)将240g聚天冬氨酸与10.2g丙烯酰胺溶于100g DMF中，升温至75～85℃反应4h，用饱和氯化钠溶液沉淀得到改性的聚天冬氨酸；

2)将200g植酸与29.7g马来酸酐混合升温至70～80℃恒温反应4h，降温至室温得到植酸马来酸酯。

3)将40g烯丙醇聚氧乙烯醚、25g改性聚天冬氨酸、25g植酸马来酸酯与280g 去离子水搅拌30分钟混匀，再一次性加入0.8g巯基丙酸、2.5g过硫酸铵、0.15g硫酸亚铁，继续搅拌2.5小时，结束后补水405g即得混凝土用锁水抗离析剂。

实施例2

1)步骤1和步骤2与实施例1相同；

2)将40g 4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚、25g改性聚天冬氨酸、25g植酸马来酸酯与280g去离子水搅拌30分钟混匀，再一次性加入0.6g硫代乙醇酸、1g过硫酸钾、2g 双氧水、2.1g L-抗坏血酸钠，继续搅拌30分钟，保温1小时，结束后补水422g即得混凝土用锁水抗离析剂。

实施例3

1)步骤1和步骤2与实施例1相同；

2)将40g异戊烯醇聚氧乙烯醚、25g改性聚天冬氨酸、25g植酸马来酸酯与280g 去离子水搅拌30分钟混匀，再一次性加入0.6g巯基乙醇、2.7g叔丁基过氧化氢、0.1g 硫酸亚铁、1g吊白块，继续搅拌5分钟，保温2小时，结束后补水412g即得混凝土用锁水抗离析剂。

实施例4

1)步骤1和步骤2与实施例1相同；

2)将40g异丁烯醇聚氧乙烯醚、50g改性聚天冬氨酸与280g去离子水搅拌30分钟混匀，再一次性加入0.4g十二烷基硫醇、4.5g双氧水、0.5g E51、0.4g次磷酸钠，继续搅拌30分钟，保温1小时，结束后补水409g即得混凝土用锁水抗离析剂。

实施例5

1)步骤1和步骤2与实施例1相同；

2)将40g异丁烯醇聚氧乙烯醚、50g植酸马来酸酯与280g去离子水搅拌30分钟混匀，再一次性加入0.8g巯基丙酸、4.5g叔丁基过氧化氢、0.5g E51、0.15g硫酸亚铁，继续搅拌30分钟，保温1小时，结束后补水421.6g即得混凝土用锁水抗离析剂。

混凝土用锁水抗离析剂的性能测试

为了检测本发明实例1～5所述的锁水抗离析剂的性能，按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行混凝土抗离析性能试验。采用市售的聚羧酸减水剂成品，抗离析剂的对比样选择市售的聚丙烯酰胺(分子量50万)。

表1：混凝土配合比

表1

表2：混凝土用锁水抗离析剂的测试数据

表2

表1和表2数据显示，由于外加剂掺量过高，砂率的不合理，海砂江砂的级配及保水性导致的混凝土出现泌水离析的状态，在掺入胶凝材料的0.02％～0.03％的混凝土用锁水抗离析剂以后，都能有效的锁住水分。同一配合比，在外加剂、用水量相同的情况下，与基准和对比样相比，加入锁水抗离析剂后都能改善混凝土的和易性和包裹性，同时不影响混凝土扩展度，提高抗压强度。实施例1～实施例5的对比数据显示，反应的搅拌时间和保温时间对锁水抗离析剂的性能也有一定影响，延长搅拌时间，分子量分布窄，对混凝土减水有帮助，延长保温时间，分子量分布较宽，锁水性能要更好。

综合表2、图1和图2的数据显示，与基准和对照样相比，本发明制备的锁水抗离析剂在混凝土出现离析泌水后，掺入胶凝用量的0.02％～0.03％能改善混凝土的工作性能，改性聚天冬氨酸和植酸马来酸酯的引入对混凝土减水率、保持性和包裹性有不同程度的影响，单独引入改性聚天冬氨酸或植酸马来酸酯所制备的抗离析剂锁水性能都不是很好。

Claims

1.一种混凝土用锁水抗离析剂，其特征在于，由聚醚大单体、改性聚天冬氨酸、植酸马来酸酯、链转移剂、引发剂聚合而成；所述的聚醚大单体、改性聚天冬氨酸、植酸马来酸酯、链转移剂、引发剂的摩尔比为1～1.2：0.5～1：1～2：0.2～0.5：0.5～1。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土用锁水抗离析剂，其特征在于，所述的聚醚大单体是烯丙醇聚氧乙烯醚、4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、异丁烯醇聚氧乙烯醚的一种。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土用锁水抗离析剂，其特征在于，所述的改性聚天冬氨酸是聚天冬氨酸与丙烯酰胺的合成产物，其中聚天冬氨酸的分子量为1000～3000。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土用锁水抗离析剂，其特征在于，植酸马来酸酯是植酸与马来酸酐的酯化物。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土用锁水抗离析剂，其特征在于，所述的链转移剂是巯基乙醇、巯基乙酸、十二烷基硫醇、巯基丙酸、巯基丙醇、甲酸钠、次磷酸钠中的一种或者几种。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土用锁水抗离析剂，其特征在于，所述的引发剂包括氧化组分和还原组分，氧化组分为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、叔丁基过氧化氢中的一种或几种；还原组分为吊白块、L-抗坏血酸钠、E51、硫酸亚铁中的一种或几种；其中氧化组分和还原组分的摩尔比为1：0.1～1。

7.制备权利要求1～6任一项所述的一种混凝土用锁水抗离析剂，其特征在于，所述的一种混凝土用锁水抗离析剂的制备步骤为：

3)常温下，将所述的聚醚大单体、改性聚天冬氨酸、植酸马来酸酯与适当去离子水投入反应釜在30分钟内溶解混匀，然后一次性投入链转移剂、引发剂，继续搅拌一定时间，然后恒温一定时间后补水得到混凝土用锁水抗离析剂。

8.根据权利要求7所述的一种混凝土用锁水抗离析剂的制备方法，其特征在于，所述的搅拌一定时间和恒温一定时间对锁水抗离析剂的分子量及多分散系数有很大影响，可针对混凝土不同情况进行调整。搅拌时间控制在15min～3h，低于15分钟，反应体系还未混匀，搅拌时间高于3小时，体系反应完全；保温时间控制在0～2.5h，高于2.5小时，聚合物多分散系数趋于稳定。

9.根据权利要求7所述的一种混凝土用锁水抗离析剂的制备方法，其特征在于，所述的反应体系的质量浓度为20～30％，浓度太低，影响反应速率及转化率，浓度过大，容易发生局部暴聚，最终锁水抗离析剂的质量浓度为12％。