CN111747677B - 一种高效混凝土复合外加剂 - Google Patents

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Abstract

一种高效混凝土复合外加剂,包括高效减水剂30‑45份、粉煤灰10‑20份、二甲基硅氧烷12‑15份、缓凝剂6‑18份、复合发气剂5‑16份、防水抗渗剂10‑17份组成;高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下,以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3‑烯丙氧基‑2‑磺酸氢丙酯‑1‑丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成;防水抗渗剂为石灰石和纳米CaCO3的混合物;本发明在高效减水剂中引入亲水性磺酸基,使得共聚单体具有较高密度带有负电荷的磺酸基,使减水效果提升;加入粉煤灰、石灰石和纳米CaCO3,配合使用使得外加剂材料形成良好的级配,即可以充分发挥粉煤灰的良好活性作用,而且大幅度降低孔隙率,而且使得混凝土试件的力学性能有所提高。

Description

一种高效混凝土复合外加剂
技术领域
本发明属于混凝土外加剂领域,具体涉及一种高效混凝土复合外加剂。
背景技术
混凝土是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土是指用水泥作胶凝材料,砂、石作骨料;与水(可含外加剂或掺合料)按一定比例配合,经搅拌而得的水泥混凝土,也称普通混凝土;
由于混凝土在水泥的硬化过程中由于毛细管负压、失去毛细孔和凝胶孔的吸附水、相对湿度降低或与空气中的CO2反应,伴随有体积的收缩并最终导致混凝土的塑性收缩、干燥收缩、自收缩和碳化收缩等,进而导致混凝土耐久性下降;所以混凝土质量的好坏对构造物质量的好坏有很大的影响;因此,近年来,人们通过大量的实验,研制出各种性能各异的混凝土外加剂,可以有效地提高水泥制品的质量和性能,其中代表性的对水硬性混合物具有流化作用的高效减水剂、加速混凝土早期强度发展的早强剂等,尽管它们具有较好的作用,但是这些单独的外加剂各有优缺点,均不能集中解决高性能混凝土所要求的高的抗压强度,同时还要控制混凝土的收缩率的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足,提出了一种高效混凝土复合外加剂,包括高效减水剂30-45份、粉煤灰10-20份、二甲基硅氧烷12-15份、缓凝剂6-18份、复合发气剂5-16份、防水抗渗剂10-17份组成;
所述的高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下,以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成;其中,丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐、引发剂、链转移剂和还原剂的质量组分比为1:(0.2-0.35):(0.12-0.2):(0.003-0.03):(0.006-0.01):(0.001-0.01);具体的反应过程如下:
Figure GDA0003359469270000021
所述的防水抗渗剂为以质量比为1:(0.005-0.02)混合的石灰石和纳米CaCO3
优选地,所述的高效减水剂的制备方法包括如下步骤:
(1)3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐的制备:1)冰水浴条件下,将氯磺酸按照一定比例滴加入无水吡啶中,得到酯化试剂;2)将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐加入酯化试剂中,0-6℃下反应1-3h,旋蒸浓缩去除吡啶,得到所述3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐;具体反应过程如下:
Figure GDA0003359469270000022
(2)按质量比取料,将引发剂、链转移剂和还原剂溶解于水中,作为第一滴加液;将丙烯酸溶解于水中,配成质量浓度为55-65%的第二滴加液;
(3)按照质量比将不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐和去离子水加入反应釜中,配置成质量浓度为3-6.8%的混合溶液,搅拌并升温至50-65℃,待物料溶解后,将第一滴加液和第二滴加液同时滴加入反应釜中,滴加完毕后在80-100℃下反应3-5h;
(4)反应完毕后,调节物料pH为7-9,即得到所述的高效减水剂。
优选地,所述的缓凝剂为糖类缓凝剂。
优选地,,所述的复合发气剂为脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠和木质素磺酸钙的混合物。
优选地,所述的纳米CaCO3的粒径为15-30nm。
优选地,所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾中的至少一种。
优选地,所述的链转移剂为十二烷基硫醇或巯基乙酸中的至少一种。
优选地,所述的还原剂为维生素C或维生素E中的至少一种。
一种高效混凝土复合外加剂的制备方法,按以下步骤进行:
(1)将相应质量份数的高效减水剂溶于水,然后分别加入粉煤灰、石灰石和纳米CaCO3,在超声分散辅助下将粉煤灰、石灰石和纳米CaCO3均匀充分地分散在高效减水剂溶液中,得到第一混合物;
(2)将相应质量份数的缓凝剂和复合发气剂加入到步骤(1)中的第一混合物中,充分混合后过滤,得到第二混合物;
(3)将所述第二混合物置于混合磨机中充分混合,均化处理后制得高效混凝土复合外加剂。
本发明的有益效果如下:
(1)本发明在高效减水剂中引入了3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐,是通过将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐的醇羟基与氯磺酸反应,引入亲水性磺酸基,使得共聚单体具有较高密度带有负电荷的磺酸基,这些带负电荷的基团能够与水泥中的正电离子(Ca2+)之间产生静电作用,该作用能够使基团在水泥表面锚固进而形成双电层分布;这样通过所产生的静电斥力,水泥颗粒间和被包裹在空间网状结构中的水分子得以释放出来,从而使减水效果提升,使水灰比降低,从而减小孔隙率、细化孔径、减小硬化体收缩;
(2)本发明通过自由基共聚反应合成高效减水剂,工艺简单且绿色环保;加入粉煤灰、石灰石和纳米CaCO3,其中,粉煤灰颗粒分布较宽且有一定数量的大尺寸颗粒,石灰石颗粒较细,而纳米CaCO3更细,配合使用使得外加剂材料形成良好的级配,即可以充分发挥粉煤灰的良好活性作用,而且大幅度降低孔隙率,而且使得混凝土试件的力学性能有所提高。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解,下面将结合实施例对本发明作进一步详述,该实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种高效混凝土复合外加剂,包括高效减水剂36份、粉煤灰17份、二甲基硅氧烷14份、缓凝剂8份、复合发气剂9份、防水抗渗剂13份组成;
所述的高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下,以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成;其中,丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐、过硫酸钾、十二烷基硫醇和维生素C的质量组分比为1:0.22:0.18:0.01:0.009:0.004;
所述的防水抗渗剂为以质量比为1:0.012混合的石灰石和纳米CaCO3
一种高效混凝土复合外加剂的制备方法,按以下步骤进行:
(1)3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐的制备:1)冰水浴条件下,将氯磺酸按照一定比例滴加入无水吡啶中,得到酯化试剂;2)将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐加入酯化试剂中,4℃下反应2h,旋蒸浓缩去除吡啶,得到所述3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐;
(2)按质量比取料,将引发剂、链转移剂和还原剂溶解于水中,作为第一滴加液;将丙烯酸溶解于水中,配成质量浓度为55%的第二滴加液;
(3)按照质量比将不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐和去离子水加入反应釜中,配置成质量浓度为4.5%的混合溶液,搅拌并升温至50℃,待物料溶解后,将第一滴加液和第二滴加液同时滴加入反应釜中,滴加完毕后在85℃下反应4h;
(4)反应完毕后,调节物料pH为7-9,即得到所述的高效减水剂;
(5)将相应质量份数的高效减水剂溶于水,然后分别加入粉煤灰、石灰石和纳米CaCO3,在超声分散辅助下将粉煤灰、石灰石和纳米CaCO3均匀充分地分散在高效减水剂溶液中,得到第一混合物;
(6)将相应质量份数的缓凝剂和复合发气剂加入到步骤(5)中的第一混合物中,充分混合后过滤,得到第二混合物;
(7)将所述第二混合物置于混合磨机中充分混合,均化处理后制得高效混凝土复合外加剂。
实施例2
一种高效混凝土复合外加剂,包括高效减水剂33份、粉煤灰20份、二甲基硅氧烷13份、缓凝剂9份、复合发气剂11份、防水抗渗剂16份组成;
所述的高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下,以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成;其中,丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐、过硫酸铵、十二烷基硫醇和维生素C的质量组分比为1:0.35:0.14:0.02:0.006:0.005;
所述的防水抗渗剂为以质量比为1:0.008混合的石灰石和纳米CaCO3
一种高效混凝土复合外加剂的制备方法,按以下步骤进行:
(1)3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐的制备:1)冰水浴条件下,将氯磺酸按照一定比例滴加入无水吡啶中,得到酯化试剂;2)将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐加入酯化试剂中,0℃下反应3h,旋蒸浓缩去除吡啶,得到所述3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐;
(2)按质量比取料,将引发剂、链转移剂和还原剂溶解于水中,作为第一滴加液;将丙烯酸溶解于水中,配成质量浓度为60%的第二滴加液;
(3)按照质量比将不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐和去离子水加入反应釜中,配置成质量浓度为5.5%的混合溶液,搅拌并升温至65℃,待物料溶解后,将第一滴加液和第二滴加液同时滴加入反应釜中,滴加完毕后在90℃下反应3h;
(4)反应完毕后,调节物料pH为7-9,即得到所述的高效减水剂;
(5)将相应质量份数的高效减水剂溶于水,然后分别加入粉煤灰、石灰石和纳米CaCO3,在超声分散辅助下将粉煤灰、石灰石和纳米CaCO3均匀充分地分散在高效减水剂溶液中,得到第一混合物;
(6)将相应质量份数的缓凝剂和复合发气剂加入到步骤(5)中的第一混合物中,充分混合后过滤,得到第二混合物;
(7)将所述第二混合物置于混合磨机中充分混合,均化处理后制得高效混凝土复合外加剂。
实施例3
一种高效混凝土复合外加剂,包括高效减水剂42份、粉煤灰15份、二甲基硅氧烷15份、缓凝剂7份、复合发气剂6份、防水抗渗剂13份组成;
所述的高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下,以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成;其中,丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐、过硫酸铵、巯基乙酸和维生素E的质量组分比为1:0.25:0.17:0.028:0.006:0.002;
所述的防水抗渗剂为以质量比为1:0.02混合的石灰石和纳米CaCO3
一种高效混凝土复合外加剂的制备方法,按以下步骤进行:
(1)3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐的制备:1)冰水浴条件下,将氯磺酸按照一定比例滴加入无水吡啶中,得到酯化试剂;2)将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐加入酯化试剂中,4℃下反应3h,旋蒸浓缩去除吡啶,得到所述3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐;
(2)按质量比取料,将引发剂、链转移剂和还原剂溶解于水中,作为第一滴加液;将丙烯酸溶解于水中,配成质量浓度为65%的第二滴加液;
(3)按照质量比将不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐和去离子水加入反应釜中,配置成质量浓度为6.8%的混合溶液,搅拌并升温至55℃,待物料溶解后,将第一滴加液和第二滴加液同时滴加入反应釜中,滴加完毕后在100℃下反应3h;
(4)反应完毕后,调节物料pH为7-9,即得到所述的高效减水剂;
(5)将相应质量份数的高效减水剂溶于水,然后分别加入粉煤灰、石灰石和纳米CaCO3,在超声分散辅助下将粉煤灰、石灰石和纳米CaCO3均匀充分地分散在高效减水剂溶液中,得到第一混合物;
(6)将相应质量份数的缓凝剂和复合发气剂加入到步骤(5)中的第一混合物中,充分混合后过滤,得到第二混合物;
(7)将所述第二混合物置于混合磨机中充分混合,均化处理后制得高效混凝土复合外加剂。
实施效果:
测试用混凝土:采用P.O 52.5水泥、碎石、标准砂、水和外加剂,根据表1给出的配比组成称取各原料,使用翻斗式混凝土拌和机将所述原料一起拌和;对比例的外加剂采用某市售聚羧酸减水剂;
表1混凝土基础配合比(kg/m3)
Figure GDA0003359469270000081
将测试用混凝土成型为100×100×515mm的混凝土试件,在温度20±2℃,湿度为90%以上的条件下养护,测定混凝土的工作性能以及混凝土试件的抗压性能和收缩性能指标;
表2混凝土及混凝土试件性能测试
Figure GDA0003359469270000082
Figure GDA0003359469270000091
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高效混凝土复合外加剂,其特征在于,由高效减水剂30-45份、粉煤灰10-20份、二甲基硅氧烷12-15份、缓凝剂6-18份、复合发气剂5-16份、防水抗渗剂10-17份组成;复合发气剂为脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠和木质素磺酸钙的混合物;
所述的高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下,以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成;其中,丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐、引发剂、链转移剂和还原剂的质量组分比为1:(0.2-0.35):(0.12-0.2):(0.003-0.03):(0.006-0.01):(0.001-0.01);
所述的防水抗渗剂为以质量比为1:(0.005-0.02)混合的石灰石和纳米CaCO3
2.根据权利要求1所述的一种高效混凝土复合外加剂,其特征在于,所述的高效减水剂的制备方法包括如下步骤:
3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐的制备:1) 冰水浴条件下,将氯磺酸按照一定比例滴加入无水吡啶中,得到酯化试剂;2) 将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐加入酯化试剂中,0-6℃下反应1-3h,旋蒸浓缩去除吡啶,得到所述3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐;
按质量比取料,将引发剂、链转移剂和还原剂溶解于水中,作为第一滴加液;将丙烯酸溶解于水中,配成质量浓度为55-65%的第二滴加液;
按照质量比将不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐和去离子水加入反应釜中,配置成质量浓度为3-6.8%的混合溶液,搅拌并升温至50-65℃,待物料溶解后,将第一滴加液和第二滴加液同时滴加入反应釜中,滴加完毕后在80-100℃下反应3-5h;
反应完毕后,调节物料pH为7-9,即得到所述的高效减水剂。
3.根据权利要求1所述的一种高效混凝土复合外加剂,其特征在于,所述的缓凝剂为糖类缓凝剂。
4.根据权利要求1所述的一种高效混凝土复合外加剂,其特征在于,所述的纳米CaCO3的粒径为15-30nm。
5.根据权利要求1所述的一种高效混凝土复合外加剂,其特征在于,所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种高效混凝土复合外加剂,其特征在于,所述的链转移剂为十二烷基硫醇或巯基乙酸中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种高效混凝土复合外加剂,其特征在于,所述的还原剂为维生素C或维生素E中的至少一种。
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