CN111205389B - 一种高强度混凝土降黏抗泥剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度混凝土降黏抗泥剂及其制备方法，首先由丙烯酸与缩乙二醇制备丙烯酸缩乙二醇酯，然后丙烯酸缩乙二醇酯、丙烯酰胺、衣康酸、丙烯酸甲酯、丙烯磺酸钠通过自由基共聚反应制备降黏抗泥剂。本发明制得的高强度混凝土降黏抗泥剂可用于C50以上混凝土的降黏增流和抗泥，解决了高强度的混凝土的抗泥及泵送施工遇到的黏度大流动性差的问题，同时具有抗泥的功能，适用于高性能混凝土的制备，能够显著地增加新拌混凝土抗泥性、流动性、泵送性及硬化混凝土的强度和耐久性，价格较低，且制备工艺简单污染少，性价比高，实用性强。

Description

一种高强度混凝土降黏抗泥剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土外加剂领域，具体涉及一种高强度混凝土降黏抗泥剂及其制备方法。

背景技术

混凝土是由水泥、砂、石、水、外加剂等构成的一种复合材料，其中外加剂包括减水剂、引气剂、早强剂、增粘剂和降粘剂等。混凝土按照强度等级分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80等，其对应的抗压强度分别为15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa、60MPa、65MPa、70MPa、75MPa、80MPa等。C50以上为高强度混凝土也称高标号混凝土。

高强度混凝土的水胶比一般较小，胶凝材料比例大，黏度一般较大，导致流动性较差，严重的影响了泵送性能及施工效果，同时也影响混凝土工程的强度及耐久性。现代高层建筑、高铁、桥梁等工程对于混凝土的性能及施工技术在不断的提出更高的要求，为了满足更高的工作性、耐久性和体积稳定性，现代混凝土向低水胶比、多元胶凝材料和大流态方向发展。尤其是超高建筑或超长距离的混凝土泵送施工中，混凝土强度等级高，塑性黏度大，泵送压力大，堵泵堵管的现象也频繁，严重影响施工进度，造成建设成本的浪费。如何降低高强度等级混凝土拌合物的黏度，并保证其良好的工作性和稳定性已经成为超高层混凝土泵送技术关键。

目前，在高强度混凝土降粘剂研究开发中存在着如下的一些问题：

（1）高强度混凝土用降粘剂非常的少。由于降粘剂的发展历史较短，产品种类少，功能还不完善，不能满足当前市场的需要；（2）降粘剂与聚羧酸减水剂相容性较差。在储存过程中降粘剂与聚羧酸减水剂复配产品容易发生絮凝以及分层，从而导致不能够长期稳定的储藏；一些降粘剂的使用会影响到聚羧酸减水剂的分散性及流动性；（3）降粘剂的生产成本高，工艺复杂（张高.聚羧酸高性能减水剂在高铁和高速公路中应用时疑难问题概况.商品混凝土，2019，（7）：25~26）。

发明内容

本发明的目的是要提供一种高强度混凝土降黏抗泥剂，解决了高强度的混凝土的抗泥及泵送施工遇到的黏度大流动性差的问题，同时具有抗泥的功能，适用于高性能混凝土的制备，能够显著地增加新拌混凝土抗泥性、流动性、泵送性及硬化混凝土的强度和耐久性，价格较低。

为了达到上述目的，本发明提供的一种高强度混凝土降黏抗泥剂的制备方法，依次包括以下步骤：

步骤一、缩乙二醇和丙烯酸反应制备丙烯酸缩乙二醇酯；

步骤二、制备丙烯酸缩乙二醇酯、丙烯酰胺、衣康酸、丙烯磺酸钠混合单体溶液和过硫酸铵引发剂溶液；

步骤三，步骤二的混合单体溶液和过硫酸铵引发剂溶液进行自由基共聚合，制备高强度混凝土降黏抗泥剂。

具体步骤如下，以下份数均为质量份：

步骤一、用等物质的量的缩乙二醇和丙烯酸反应制备丙烯酸缩乙二醇酯：

先将缩乙二醇加入到干燥的反应器内，搅拌并加热到90~95℃，再依次加入丙烯酸质量的0.5%~1.5%的对苯二酚和3%~5%的对甲苯磺酸，搅拌均匀，然后滴加丙烯酸，滴加时间为1.5~2.0小时，滴加完成后继续搅拌并保温反应3.5~4.5小时，制得丙烯酸缩乙二醇酯；

步骤二、制备混合单体溶液和引发剂溶液：

将步骤一制得的丙烯酸缩乙二醇酯18~21份与丙烯酰胺12~15份、衣康酸5~7份、丙烯磺酸钠2~4份、纯净水30~40份混合，得到混合单体溶液；

将过硫酸铵0.3~0.5份与纯净水40~50份混合搅拌，过硫酸铵全部溶解，得到引发剂溶液；

步骤三，制备高强度混凝土降黏抗泥剂：

在反应器内放入纯净水80~110份，加热到70~80℃，分别滴加单体混合溶液及过硫酸铵水溶液，滴加时间均为2.5~3小时，滴加完成后继续保温反应2~3小时，然后降温到25~30℃，用质量分数为30%的氢氧化钠溶液进行中和，控制pH值在6.0~7.0，得到高强度混凝土降黏抗泥剂。

步骤一中，所述的缩乙二醇是指一缩乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、四缩五乙二醇、五缩六乙二醇中的一种或者其混合物。

按上述制备方法制得的一种高强度混凝土降黏抗泥剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明专利方法制备的降粘剂具有短支链及多活性侧基的分子结构，与水泥颗粒及砂石表面具有强的吸附等作用力；同时其主分子链较长，支链较短，自身移动运动容易，也便于在水泥及砂石颗粒之间形成润滑层，因此能够能够显著地降低高标号混凝土的黏度及增大流动性，能够促使高标号混凝土满足远距离泵送要求。

（2）使用方便，实用性强。本发明专利所制备降粘剂用于高强度混凝土时掺量少，在C60混凝土中固体掺量为水泥质量的0.04‰~0.08‰，与聚羧酸减水剂的相容性好，二者复配物不分层不絮凝，因此在工程应用中很方便，使得混凝土远距离及高层泵送顺畅，应用效果很好。

（3）本发明专利的原料来源丰满，价格便宜，工艺简单，制备成本低，性价比高，经济效益好，应用前景广阔。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式包括但不限于以下实施例表示的范围。

本发明提供一种高强度混凝土降黏抗泥剂的制备方法，首先采用丙烯酸与缩乙二醇制备丙烯酸缩乙二醇酯，在用丙烯酸缩乙二醇酯与丙烯酰胺、衣康酸和丙烯磺酸钠在过硫酸铵引发下进行自由基共聚合制备高强度混凝土降黏抗泥剂，掺入高标号混凝土中具有显著地抗泥、降黏和增加流动的作用，可以满足高标号混凝土的泵送施工技术的要求，并提高混凝土的强度和耐久性。

具体包括以下步骤：

步骤一、用等物质量的缩乙二醇和丙烯酸反应制备丙烯酸缩乙二醇酯，先将缩乙二醇加入到干燥的反应器内，搅拌并加热到90~95℃，再依次加入丙烯酸质量的0.5%~1.5%的对苯二酚和3%~5%的对甲苯磺酸，搅拌均匀，然后滴加丙烯酸，滴加时间为1.5~2.0小时，滴加完成后继续搅拌并保温反应3.5~4.5小时，得到了丙烯酸缩乙二醇酯。

步骤二、按照质量份将上述丙烯酸缩乙二醇酯18~21份与丙烯酰胺12~15份、衣康酸5~7份、丙烯磺酸钠2~4份、纯净水30~40份混合得到了混合单体溶液；将过硫酸铵0.3~0.5份与纯净水40~50份混合搅拌，过硫酸铵全部溶解后得到了引发剂溶液。

步骤三，在反应器内放入纯净水80~110份，加热到70~80℃，分别滴加单体混合溶液及过硫酸铵水溶液，滴加时间均为2.5~3小时，滴加完成后继续保温反应2~3小时，然后降温到25~30℃，然后用质量分数为30%的氢氧化钠溶液进行中和，控制pH值在6.0~7.0，得到了高强度混凝土降黏抗泥剂。

所述的缩乙二醇是指一缩乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、四缩五乙二醇、五缩六乙二醇中的一种或者多种的混合物，且含量均大于99%；所述的对苯二酚、对甲基苯磺酸、丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、丙烯磺酸钠、过硫酸铵等均为工业品，其含量均大于99%；

所述的丙烯酸与缩乙二醇的酯化反应的转化率大于90%。

所述的混凝土降黏抗泥剂的相对数均和重均子质量分别为6.5~9.6万和9.3~12.7万，该助剂可用于C50以上混凝土的降黏、增流和抗泥。当其固体掺量为水泥质量的0.04‰~0.08‰时，新拌C60混凝土的留空时间为6~9秒，抗泥含泥量可达到8%~10%；与对照样比较，新拌混凝土的流动度提高了10%~15%，远距离及高层泵送顺畅，硬化混凝土的抗压强度及抗折强度分别提高了10%~30%和20%~30%，耐久性指数显著提高。

实施例一：

步骤一、用等物质量的缩乙二醇和丙烯酸反应制备丙烯酸缩乙二醇酯，先将缩乙二醇加入到干燥的反应器内，搅拌并加热到90℃，再依次加入丙烯酸质量的0.5%的对苯二酚和3%的对甲苯磺酸，搅拌均匀，然后滴加丙烯酸，滴加时间为1.5小时，滴加完成后继续搅拌并保温反应3.5小时，得到了丙烯酸缩乙二醇酯。

步骤二、按照质量份将上述丙烯酸缩乙二醇酯18份与丙烯酰胺12份、衣康酸5份、丙烯磺酸钠2份、纯净水30份混合得到了混合单体溶液；将过硫酸铵0.3份与纯净水40份混合搅拌，过硫酸铵全部溶解后得到了引发剂溶液。

步骤三，在反应器内放入纯净水80份，加热到70℃，分别滴加单体混合溶液及过硫酸铵水溶液，滴加时间均为2.5小时，滴加完成后继续保温反应2小时，然后降温到25℃，然后用质量分数为30%的氢氧化钠溶液进行中和，控制pH值在6.0，得到了高强度混凝土降黏抗泥剂。

所述的混凝土降黏抗泥剂的相对数均和重均子质量分别为6.5万和9.3万，该助剂可用于C50以上混凝土的降黏、增流和抗泥。当其固体掺量为水泥质量的0.04‰时，新拌C60混凝土的留空时间为9秒，抗泥含泥量可达到8%；与对照样比较，新拌混凝土的流动度提高了10%，远距离及高层泵送顺畅，硬化混凝土的抗压强度及抗折强度分别提高了10%和20%，耐久性指数显著提高。

实施例二：

步骤一、用等物质量的缩乙二醇和丙烯酸反应制备丙烯酸缩乙二醇酯，先将缩乙二醇加入到干燥的反应器内，搅拌并加热到93℃，再依次加入丙烯酸质量的1.0%的对苯二酚和4%的对甲苯磺酸，搅拌均匀，然后滴加丙烯酸，滴加时间为1.54小时，滴加完成后继续搅拌并保温反应4.0小时，得到了丙烯酸缩乙二醇酯。

步骤二、按照质量份将上述丙烯酸缩乙二醇酯19份与丙烯酰胺14份、衣康酸6份、丙烯磺酸钠2~4份、纯净水35份混合得到了混合单体溶液；将过硫酸铵0.4份与纯净水45份混合搅拌，过硫酸铵全部溶解后得到了引发剂溶液。

步骤三，在反应器内放入纯净水11份，加热到7.5℃，分别滴加单体混合溶液及过硫酸铵水溶液，滴加时间均为2.8小时，滴加完成后继续保温反应2.5小时，然后降温到28℃，然后用质量分数为30%的氢氧化钠溶液进行中和，控制pH值在6.5，得到了高强度混凝土降黏抗泥剂。

所述的混凝土降黏抗泥剂的相对数均和重均子质量分别为7.8万和12.7万，该助剂可用于C50以上混凝土的降黏、增流和抗泥。当其固体掺量为水泥质量的0.08‰时，新拌C60混凝土的留空时间为8秒，抗泥含泥量可达到9%；与对照样比较，新拌混凝土的流动度提高了13%，远距离及高层泵送顺畅，硬化混凝土的抗压强度及抗折强度分别提高了15%和25%，耐久性指数显著提高。

实施例三：

步骤一、用等物质量的缩乙二醇和丙烯酸反应制备丙烯酸缩乙二醇酯，先将缩乙二醇加入到干燥的反应器内，搅拌并加热到93℃，再依次加入丙烯酸质量的1.0%的对苯二酚和4%的对甲苯磺酸，搅拌均匀，然后滴加丙烯酸，滴加时间为1.8小时，滴加完成后继续搅拌并保温反应4.0小时，得到了丙烯酸缩乙二醇酯。

步骤二、按照质量份将上述丙烯酸缩乙二醇酯21份与丙烯酰胺15份、衣康酸7份、丙烯磺酸钠4份、纯净水40份混合得到了混合单体溶液；将过硫酸铵0.4份与纯净水45份混合搅拌，过硫酸铵全部溶解后得到了引发剂溶液。

步骤三，在反应器内放入纯净水100份，加热到75℃，分别滴加单体混合溶液及过硫酸铵水溶液，滴加时间均为2.8小时，滴加完成后继续保温反应2.5小时，然后降温到28℃，然后用质量分数为30%的氢氧化钠溶液进行中和，控制pH值在6.5，得到了高强度混凝土降黏抗泥剂。

所述的混凝土降黏抗泥剂的相对数均和重均子质量分别为9.6万和12.7万，该助剂可用于C50以上混凝土的降黏、增流和抗泥。当其固体掺量为水泥质量的0.06‰时，新拌C60混凝土的留空时间为6秒，抗泥含泥量可达到10%；与对照样比较，新拌混凝土的流动度提高了15%，远距离及高层泵送顺畅，硬化混凝土的抗压强度及抗折强度分别提高了20%和30%，耐久性指数显著提高。

上述实施例中的对照样为GN365高标号混凝土专用降粘剂，生产商为德国瓦克化学有限公司；掺量为1吨聚羧酸减水剂中掺入2~3公斤。

上述C60混凝土的配方为：42.5水泥440份，粉煤灰80份，河沙603份，连续基配碎石1073份，8%聚羧酸减水剂13.5份，水150份。

表1 对照样降粘剂与本发明产品性能对比

项目	GN365	本专利产品
			外观（25℃）	澄清液体	淡黄色液体
水分（％）	90%	80%
			黏度（25℃，mP.s）	255~265	365~378
pH（1%aq）	5.0~7.0	6.0-7.0
			价格（万/吨）	2.5	0.2

以上实施例中，实施例3为最佳实施例。

Claims (3)

1.一种高强度混凝土降黏抗泥剂的制备方法，其特征在于：

具体步骤如下，以下份数均为质量份：

步骤一、用等物质的量的缩乙二醇和丙烯酸反应制备丙烯酸缩乙二醇酯：

先将缩乙二醇加入到干燥的反应器内，搅拌并加热到90~95℃，再依次加入丙烯酸质量的0.5%~1.5%的对苯二酚和3%~5%的对甲苯磺酸，搅拌均匀，然后滴加丙烯酸，滴加时间为1.5~2.0小时，滴加完成后继续搅拌并保温反应3.5~4.5小时，制得丙烯酸缩乙二醇酯；

步骤二、制备混合单体溶液和引发剂溶液：

将步骤一制得的丙烯酸缩乙二醇酯18~21份与丙烯酰胺12~15份、衣康酸5~7份、丙烯磺酸钠2~4份、纯净水30~40份混合，得到混合单体溶液；

将过硫酸铵0.3~0.5份与纯净水40~50份混合搅拌，过硫酸铵全部溶解，得到引发剂溶液；

步骤三，制备高强度混凝土降黏抗泥剂：

在反应器内放入纯净水80~110份，加热到70~80℃，分别同步滴加单体混合溶液及过硫酸铵水溶液，滴加时间均为2.5~3小时，滴加完成后继续保温反应2~3小时，然后降温到25~30℃，用质量分数为30%的氢氧化钠溶液进行中和，控制pH值在6.0~7.0，得到高强度混凝土降黏抗泥剂。

2.根据权利要求1所述的一种高强度混凝土降黏抗泥剂的制备方法，其特征在于：

步骤一中，所述的缩乙二醇是指一缩乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、四缩五乙二醇、五缩六乙二醇中的一种或者其混合物。

3.如权利要求1-2任一所述制备方法制得的一种高强度混凝土降黏抗泥剂。