CN111908822B - 一种保坍型混凝土增效剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保坍型混凝土增效剂及其制备方法，所述混凝土增效剂由以下重量份数的物质组成：增强剂12～20份、调节剂8～15份、烷醇丙烯酸酯共聚物5～10份、马来酸酐3～8份、缓凝剂4～8份、润滑剂2～5份，余量为水。本发明中多元醇多元醇能使水泥充分水化；活性钠盐掺入混凝土中，能够促使低硫型硫铝酸钙和六方板块固溶体的生成，后者填充了混凝土内部孔隙和毛细管通道，增加了混凝土的密实性，促使混凝土强度提高。烷醇丙烯酸酯共聚物能够控制混凝土坍落度经时损失，使水泥粒子表层ξ电位保持不变，水泥粒子分散均匀。在各组分之间的协同作用下，此增效剂对混凝土的早期强度和后期强度均有明显改善。

Description

一种保坍型混凝土增效剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种保坍型混凝土增效剂及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展和建筑水平的提高，建筑行业得到了空前的发展，基础设施不断更新与完善，建筑规模前所未有。建筑材料中的混凝土由于其原料丰富、价格低廉、生产工艺简单、环境友好等因素，在市政、铁路、公路、港口、桥梁等领域中得到了广泛的使用。水泥是混凝土的主要成分，亦是混凝土成本最高的一部分材料。据大量研究表明，目前混凝土中仍有一部分水泥没有被完全分散而水化，导致无法充分发挥应有的作用，若是能够提高水泥的水化率，将会节约大量的工程成本。另外，国内水泥品种众多且水泥品质波动大，例如含泥量和含石粉量很高以及某些机制砂品质差等，导致所配置的混凝土也会出现一些问题，而其中坍落度经时损失过大是最常见的问题，因此在保证坍落度损失小的情况下，开发一种外加剂使得水泥颗粒充分分散从而提高水化率显得尤为必要。

混凝土增效剂是一种区别于其他混凝土外加剂的新型添加剂，它的主要功能是在相同的混凝土强度要求下，减少水泥的用量，同时能保证混凝土的其他性能不降低。

专利申请CN1106904867A中报道了一种含壳聚糖磺酸钠的混凝土增效剂，该增效剂由壳聚糖磺酸钠、无机碱、环氧化合物、(3-环氧丙氧基丙基)烯丙氧基二甲氧基硅烷为、引发剂以及水组成，添加此增效剂后，混凝土抗压强度有一定提高，但是在实际制备过程中会伴有一定副反应发生，导致增效剂的效果不稳定，且从实验数据可以看出，在混凝土坍落度损失测验中，使用此添加剂后1h的坍落度损失没有得到明显改善。

专利申请CN110903435A中报道了一种增效剂及制备方法，其以市场常见减水剂作为基体，在不饱和羧酸和糖类化合物作用下形成高分子结构的聚合物，从专利相关数据表明，此增效剂对混凝土早期强度确有提高，但对混凝土后期强度没有明显改善。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种保坍型混凝土增效剂及其制备方法，本发明能使水泥在混凝土中分散程度更充分，从而提高了混凝土的早期强度和后期强度。另外，此增效剂能够降低预拌混凝土一定时间内的坍落度损失。选用这种保坍型混凝土增效剂，最终在节约水泥用量的同时还增加混凝土的耐久性，进一步的降低了工程成本。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种保坍型混凝土增效剂，包括以下重量百分比的原料：增强剂12～20％、调节剂8～15份％、烷醇丙烯酸酯共聚物5～10％、马来酸酐3～8％、缓凝剂4～8％、润滑剂2～5％，余量为水。

进一步地，所述增强剂由聚合多元醇和硫代硫酸钠按任意配比混合组成。

进一步地，所述聚合多元醇和硫代硫酸钠的质量比优选为4～6:0.6～1，更优选为4.8:0.8。

进一步地，所述调节剂由乙酰哌嗪、甲磺酰基哌嗪、苯磺酰基哌嗪中的一种或几种按任意配比混合组成。

进一步地，所述烷醇丙烯酸酯共聚物由丙烯酸酯、甲基丙烯酸、聚乙烯醇、二乙二醇单烯丙基醚共聚得到。

进一步地，所述烷醇丙烯酸酯共聚物通过以下方法制备得到：将甲基丙烯酸与水以体积比为1:2加入到反应罐中，加热开启搅拌至30～40℃恒温；再加入二乙二醇单烯丙基醚、丙烯酸酯、引发剂和聚乙烯醇搅拌均匀；随后继续升温至70～80℃，在通入氮气或者惰性气体保护下搅拌4～7小时。反应完毕后自然降温冷却，待冷却到室温时加入体积浓度为75％的丙酮溶液，搅拌2～3小时析出晶体。过滤取滤渣置于真空干燥箱中，在80～90℃下干燥至恒重得到此共聚物；所述甲基丙烯酸、丙烯酸酯、聚乙烯醇、二乙二醇单烯丙基醚、引发剂的质量比为(1.2～2):(1～1.8):(0.5～0.8):(0.7～1.2):(0.1～0.2)。

进一步地，所述烷醇丙烯酸酯共聚物反应中，所述甲基丙烯酸、丙烯酸酯、聚乙烯醇、二乙二醇单烯丙基醚、引发剂的质量比优选为(1.5～2):(1.2～1.6):(0.5～0.8):(0.8～1.2):(0.1～0.2)

进一步地，所述引发剂由过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰中的一种或多种按任意配比混合组成，优选为过硫酸铵；所述缓凝剂由焦磷酸钠、三聚磷酸钠、麦芽糊精、糖钙中的一种或几种按任意配比混合组成。

进一步地，所述润滑剂由α-烯基磺酸钠(AOS)、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠中的一种或两种按任意配比混合组成，优选为N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠。

本发明还提供了一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，它通过如下步骤实现：

(1)取材，将增强剂、调节剂、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌25～30分钟，再加入缓凝剂搅拌5～8分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀。

(2)加入润滑剂，搅拌15～20分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

本发明的最终得到一种保坍型混凝土外加剂，增强剂由聚合多元醇和硫代硫酸钠组成，聚合多元醇能加速水泥的水化作用，促使水泥水化早期就生成较多的含水结晶产物，相应的减少混凝土中的游离水，也就减少了由于游离水蒸发而留下的毛细孔；活性钠盐掺入混凝土中，能够与水泥成分发生反应，促使低硫型硫铝酸钙和六方板块固溶体提前生成，后者能生成体积膨胀的络合物，继而填充混凝土内部孔隙和毛细管通道，增加了混凝土的密实性，促使混凝土强度提高。调节剂酰基哌嗪化合物其吸附能力强，可大大降低整个体系的自由能，能有效分散胶凝材料中的特细颗粒聚集体，减少水泥的二次团聚，从而水泥颗粒充分与水接触，激发了混凝土中大部分原本只充当填料的水泥的水化。烷醇丙烯酸酯共聚物在混凝土中主要起到保坍的作用，在水泥水化初期，混凝土坍落度经时损失严重，烷醇丙烯酸酯共聚物能够及时补充水化所需增强剂、调节剂的消耗，使水泥粒子表层ξ电位保持不变，水泥粒子分散均匀。另外，润滑剂中由于其特殊的官能团性质，能细化稳定浆体中的微小气泡，微小气泡类似于滚珠轴承，保证了混凝土搅拌后的和易性，使得混凝土坍落度在一定时间内损失小。缓凝剂所选有机磷酸盐能与溶液中的钙离子形成络盐，从而降低了溶液中钙离子的浓度，阻碍了氢氧化钙的结晶析出，同时形成络合物吸附在水泥颗粒表面上，抑制了水泥早期的过早水化，有一定的缓凝效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明制备的混凝土增效剂多元醇和活性金属盐混合物作为增强组分，多元醇能加速水泥的水化作用，促使水泥水化早期生成较多的含水结晶产物，减少混凝土游离水，继而减少了毛细孔；活性钠盐掺入混凝土中，能够与水泥成分发生反应，促使低硫型硫铝酸钙和六方板块固溶体提前生成，活性钠在水泥水化过程中能生成体积膨胀的络合物，填充了混凝土内部孔隙和堵塞了毛细管通道，因而增加了混凝土的密实性，促使混凝土强度提高；

(2)本发明制备的烷醇丙烯酸酯共聚物，在水泥水化初期，能够控制混凝土坍落度经时损失，烷醇丙烯酸酯共聚物能够及时补充水化所需增强剂、调节剂的消耗，使水泥粒子表层ξ电位保持不变，水泥粒子分散均匀；

(3)本发明制备的保坍型混凝土增效剂，能够提高混凝土早期强度和后期强度，另外此增效剂保证了混凝土搅拌后的和易性，使得混凝土坍落度在一定时间内损失小。

(4)本发明的增效剂制备工艺简单、易于操作，适合连续规模化生产，制备成本低廉、制备效率和成品率高，原料易得，原料成分对生态环境友好，无“三废”产出，符合绿色环保发展理念。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明进行详细说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，通过如下步骤实现：

1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：增强剂20份、乙酰哌嗪8份、烷醇丙烯酸酯共聚物5份、马来酸酐5份、焦磷酸钠8份、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠2份，余量为水；

2)将增强剂、乙酰哌嗪、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌25分钟，再加入缓凝剂搅拌6分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀；

3)最后加入润滑剂，搅拌17分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

实施例2

一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，通过如下步骤实现：

1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：增强剂12份、乙酰哌嗪15份、烷醇丙烯酸酯共聚物8份、马来酸酐8份、焦磷酸钠4份、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠5份，余量为水；

2)将增强剂、乙酰哌嗪、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌28分钟，再加入缓凝剂搅拌8分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀；

3)最后加入润滑剂，搅拌18分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

实施例3

一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，通过如下步骤实现：

1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：增强剂17份、甲磺酰基哌嗪10份、烷醇丙烯酸酯共聚物10份、马来酸酐5份、焦磷酸钠7份、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠3份，余量为水；

2)将增强剂、乙酰哌嗪、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌26分钟，再加入缓凝剂搅拌6分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀；

3)最后加入润滑剂，搅拌20分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

实施例4

一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，通过如下步骤实现：

1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：增强剂19份、甲磺酰基哌嗪11份、烷醇丙烯酸酯共聚物9份、马来酸酐4份、三聚磷酸钠7份、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠4份，余量为水；

2)将增强剂、乙酰哌嗪、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌27分钟，再加入缓凝剂搅拌6分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀；

3)最后加入润滑剂，搅拌16分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

实施例5

一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，通过如下步骤实现：

1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：增强剂15份、乙酰哌嗪12份、烷醇丙烯酸酯共聚物7份、马来酸酐6份、焦磷酸钠6份、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠3份，余量为水；

2)将增强剂、乙酰哌嗪、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌28分钟，再加入缓凝剂搅拌7分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀；

3)最后加入润滑剂，搅拌18分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

对比例1

一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，通过如下步骤实现：

1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：增强剂25份、乙酰哌嗪6份、烷醇丙烯酸酯共聚物12份、马来酸酐5份、焦磷酸钠8份、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠2份，余量为水；

2)将增强剂、乙酰哌嗪、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌25分钟，再加入缓凝剂搅拌6分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀；

3)最后加入润滑剂，搅拌17分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

对比例2

一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，通过如下步骤实现：

1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：增强剂8份、乙酰哌嗪18份、烷醇丙烯酸酯共聚物12份、马来酸酐4份、焦磷酸钠4份、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠5份，余量为水；

2)将增强剂、乙酰哌嗪、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌28分钟，再加入缓凝剂搅拌8分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀；

3)最后加入润滑剂，搅拌18分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

对比例3

一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，通过如下步骤实现：

1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：增强剂17份、甲磺酰基哌嗪10份、烷醇丙烯酸酯共聚物10份、马来酸酐5份、糖钙7份、α-烯基磺酸钠(AOS)3份，余量为水；

2)将增强剂、乙酰哌嗪、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌26分钟，再加入缓凝剂搅拌6分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀；

3)最后加入润滑剂，搅拌20分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

对比例4

一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，通过如下步骤实现：

1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：聚合多元醇19份、乙酰哌嗪13份、烷醇丙烯酸酯共聚物10份、马来酸酐4份、三聚磷酸钠7份、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠3份，余量为水；

2)将增强剂、乙酰哌嗪、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌27分钟，再加入缓凝剂搅拌6分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀；

3)最后加入润滑剂，搅拌16分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

对比例5

一种保坍型混凝土增效剂的制备方法，通过如下步骤实现：

1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：增强剂18份、乙酰哌嗪12份、马来酸酐6份、焦磷酸钠6份、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠3份，余量为水；

2)将增强剂、乙酰哌嗪、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌28分钟，再加入缓凝剂搅拌7分钟直至物料全部溶解且均匀；

3)最后加入润滑剂，搅拌18分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。

性能测试

参照JC/T 2469-2018《混凝土增效剂》的规定对实施例1-5及对比例1-5进行性能测试，其抗压强度按照GB/T5008-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。原料中水泥选用市售P·O 32.5级，河砂细度模数为2.5，碎石为5～20mm的连续级配碎石，减水剂选用市场某聚羧酸系减水剂，减水剂掺量为胶凝材料总质量的1.8％，增效剂掺量为胶凝材料总质量的0.6％。空白对照组为不加本发明增效剂的混凝土，空白对照的其他掺量与实施例组同，最终测试结果如下表1。

表1：混凝土性能测试结果

从上述混凝土实施例和对比例的性能测试数据中可以得出，混凝土在掺入本发明增效剂后，7d和28d强度都有明显增加，空白组与其对照说明本发明所述增效剂在体系中能更好的分散水泥颗粒，充分激发水泥颗粒进行水化作用，提高了水泥的利用率，从对比例5中可以得出烷醇丙烯酸酯共聚物在混凝土中起到了保坍的作用，其保证了混凝土搅拌后的和易性，使得混凝土坍落度在一定时间内损失小。

最后要说明的是，以上所述仅为本发明的个别范例，并不能用以限制本发明，值得指出的是，凡是在本发明的思想内容和原则之内的任何改动、改进，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (11)

1.一种保坍型混凝土增效剂，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：增强剂12~20%、调节剂8~15份%、烷醇丙烯酸酯共聚物 5~10%、马来酸酐3~8%、缓凝剂4~8%、润滑剂2~5%，余量为水；所述烷醇丙烯酸酯共聚物由丙烯酸酯、甲基丙烯酸、聚乙烯醇、二乙二醇单烯丙基醚共聚得到：将甲基丙烯酸与水以体积比为1:2加入到反应罐中，加热开启搅拌至30~40℃恒温；再加入二乙二醇单烯丙基醚、丙烯酸酯、引发剂和聚乙烯醇搅拌均匀；随后继续升温至70~80℃，在通入氮气或者惰性气体保护下搅拌4~7小时；反应完毕后自然降温冷却，待冷却到室温时加入体积浓度为75%的丙酮溶液，搅拌2~3小时析出晶体；过滤取滤渣置于真空干燥箱中，在80~90℃下干燥至恒重得到此共聚物；所述甲基丙烯酸、丙烯酸酯、聚乙烯醇、二乙二醇单烯丙基醚、引发剂的质量比为(1.2~2):(1~1.8):(0.5~0.8):(0.7~1.2):(0.1~0.2)。

2.根据权利要求1所述的一种保坍型混凝土增效剂，其特征在于，所述增强剂由聚合多元醇和硫代硫酸钠按任意配比混合组成。

3.根据权利要求2所述的一种保坍型混凝土增效剂，其特征在于，所述聚合多元醇和硫代硫酸钠的质量比为4~6:0.6~1。

4.根据权利要求3所述的一种保坍型混凝土增效剂，其特征在于，所述聚合多元醇和硫代硫酸钠的质量比为4.8:0.8。

5.根据权利要求1所述的一种保坍型混凝土增效剂，其特征在于，所述调节剂由乙酰哌嗪、甲磺酰基哌嗪、苯磺酰基哌嗪中的一种或几种按任意配比混合组成。

6.根据权利要求1所述的一种保坍型混凝土增效剂，其特征在于，所述烷醇丙烯酸酯共聚物反应中，所述甲基丙烯酸、丙烯酸酯、聚乙烯醇、二乙二醇单烯丙基醚、引发剂的质量比优选为(1.5~2):(1.2~1.6):(0.5~0.8):(0.8~1.2):(0.1~0.2)。

7.根据权利要求1所述的一种保坍型混凝土增效剂，其特征在于，所述引发剂由过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰中的一种或多种按任意配比混合组成；所述缓凝剂由焦磷酸钠、三聚磷酸钠、麦芽糊精、糖钙中的一种或几种按任意配比混合组成。

8.根据权利要求7所述的一种保坍型混凝土增效剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵。

9.根据权利要求1所述的一种保坍型混凝土增效剂，其特征在于，所述润滑剂由α-烯基磺酸钠、N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠中的一种或两种按任意配比混合组成。

10.根据权利要求9所述的一种保坍型混凝土增效剂，其特征在于，所述润滑剂为N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠。

11.一种如权利要求1所述的保坍型混凝土增效剂的制备方法，其特征在于，通过如下步骤实现：

（1）取材，将增强剂、调节剂、马来酸酐和水加入搅拌釜中搅拌25~30分钟，再加入缓凝剂搅拌5~8分钟，继续在搅拌状态下加入烷醇丙烯酸共聚物直至物料全部溶解且均匀；

（2）加入润滑剂，搅拌15~20分钟后静置，即可得保坍型混凝土增效剂。