CN112299749B - 一种混凝土用降粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土用降粘剂及其制备方法，涉及建筑材料技术领域。一种混凝土用降粘剂，主要由包括以下重量份的降粘剂原料制成：甲基丙烯酰胺5‑12份，水20‑30份；所述降粘剂原料还包括调节剂和聚乙二醇磷酸酯复合物；所述调节剂包括以下重量份调节剂原料：表面活性剂1.5‑3份；所述聚乙二醇磷酸酯复合物主要由包括以下重量份的原料制成：聚乙二醇15‑25份，五氧化二磷0.9‑1.4份，沸石粉12‑20份。其具有可改善混凝土抗裂性能的优点。其制备方法包括以下步骤：调制和降粘剂制备等。

Description

一种混凝土用降粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种混凝土用降粘剂及其制备方法。

背景技术

混凝土是以水泥为胶凝材料，与水、砂、石子和外加剂，按适当比例配合，经过均匀搅拌制得的复合拌合物，经密实成型和养护硬化后形成具有优异机械性能的人造石材。混凝土在现代建筑中被广泛使用。

在高强度混凝土应用领域，为了提高混凝土强度，一般采用低水胶比配比。在低水胶比条件下，在混凝土搅拌、运输和泵送过程中存在一系列的施工性问题，施工性不佳；为了改善高强度混凝土的施工性能，在高强度混凝土中一般需要添加混凝土降粘剂。

CN107601955A公开了一种混凝土降粘剂，其组成成分按重量份数计如下：甲基丙烯酰胺15-22份、硫代硫酸钠3-8份、稳定剂1-5份、缓凝剂2-3份、马来酸酐4-8份、十二烷基苯磺酸钠0.5-1份、膨润土5-8份、水10-12份。在高强混凝土中加入该技术方案提供的主要成分为甲基丙烯酰胺的混凝土降粘剂，甲基丙烯酰胺与聚羧酸等减水剂具有良好的相容性，有助于改善高强度混凝土的施工性能。

针对上述相关技术，发明人认为，上述相关技术中混凝土降粘剂的主要成分为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺与高强度混凝土中的砂子等其它组分的相容性不佳，给高强度混凝土的抗裂性能带来一定的不利影响。

发明内容

为了改善混凝土的抗裂性能，本申请提供一种混凝土用降粘剂及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种混凝土用降粘剂，采用如下的技术方案：

一种混凝土用降粘剂，主要由包括以下重量份的降粘剂原料制成：甲基丙烯酰胺5-12份，水20-30份；所述降粘剂原料还包括调节剂和聚乙二醇磷酸酯复合物；所述调节剂包括以下重量份调节剂原料：表面活性剂1.5-3份；所述聚乙二醇磷酸酯复合物主要由包括以下重量份的原料制成：聚乙二醇15-25份，五氧化二磷0.9-1.4份，沸石粉12-20份。

通过采用上述技术方案，本申请在降粘剂中加入表面活性剂和含有沸石粉的聚乙二醇磷酸酯复合物，在降粘剂使用过程中，产生微小气泡，提高混凝土和易性，改善混凝土施工性能；本申请在混凝土用降粘剂中加入用聚乙二醇、五氧化二磷和沸石粉制成的聚乙二醇磷酸酯复合物，聚乙二醇上的羟基与五氧化二磷发生磷酸化反应，磷元素对沸石粉表面的硅羟基具有一定的吸附作用，附着在沸石粉表面，形成聚乙二醇磷酸酯复合物，在降粘剂使用过程中，聚乙二醇磷酸酯复合物上的羟基基团与甲基丙烯酰胺上的胺基基团发生交联反应，显著提高后续混凝土中各组分之间的相容性，有助于改善混凝土的抗裂性能。

优选的，主要由包括以下重量份的降粘剂原料制成：甲基丙烯酰胺7-10份，水20-30份，表面活性剂2-2.5份，聚乙二醇18-22份，五氧化二磷0.9-1.4份，沸石粉15-17份。更优的，甲基丙烯酰胺8.5份，水25份，表面活性剂2.25份，聚乙二醇20份，五氧化二磷1.15份，沸石粉16份。

通过采用上述技术方案，使用更优的原料投料配比，有助于调节降粘剂中醇羟基集团、胺基基团和硅羟基基团的浓度，有助于更好地改善后续混凝土抗裂性能，有利于产品市场推广。

优选的，所述表面活性剂为羟乙基磺酸钠。

通过采用上述技术方案，使用小分子的羟乙基磺酸钠，一方面，在后续混凝土制备过程中产生微小气泡，改善混凝土和易性，提高混凝土施工性能；另一方面，当后续混凝土施工完成并开始硬化后，混凝土中水分减少，沸石粉上的硅羟基基团对羟乙基磺酸钠上羟基基团有一定的吸附作用，羟乙基磺酸根离子游离至沸石粉孔道中储存起来，有助于减少裂纹，减少泛碱现象的发生，有助于改善后续混凝土的机械性能。

优选的，所述调节剂原料还包括0.5-0.8重量份的脂肪醇聚氧乙烯醚。

通过采用上述技术方案，在降粘剂中加入少量的脂肪醇聚氧乙烯醚，具有一定的保水作用，在水胶比不变的情况下可增大自由水含量，有助于减少混凝土在运输途中的水分的散发，有助于改善后续混凝土的施工性。

优选的，所述聚乙二醇磷酸酯复合物的制备方法为：称取聚乙二醇，于20-30℃搅拌，加入五氧化二磷，继续搅拌20-50min，加入重量为0.05％倍聚乙二醇重量的硫酸，加热至85-95℃反应90-120min，加入沸石粉，继续反应100-180min，制得聚乙二醇磷酸酯复合物。

通过采用上述技术方案，加入硫酸诱导五氧化二磷与聚乙二醇之间发生磷酸化反应，而沸石粉对体系中的水分具有一定的吸附作用，有助于减少聚乙二醇磷酸酯复合物制备过程中游离水的浓度，有助于调节聚乙二醇磷酸酯复合物中聚乙二醇磷酸酯的含量，聚乙二醇磷酸酯复合物中存在不同极性的聚乙二醇、聚乙二醇单磷酸酯、聚乙二醇双磷酸酯和沸石粉，与降粘剂中的表面活性剂、甲基丙烯酰胺等物质一起形成极性梯度，显著改善后续混凝土中各组分之间的相容性，有助于改善后续混凝土抗裂性能。

优选的，所述聚乙二醇的平均分子量为600，所述硫酸的质量浓度不低于98％。

通过采用上述技术方案，使用分子量大小合适的聚乙二醇，有助于调节降粘剂中羟基基团、酯基基团和醚基基团的比例，更好地调节后续混凝土各组分之间的相容性，更好地改善后续混凝土机械性能。

优选的，所述沸石粉的粒径不大于45μm。

通过采用上述技术方案，使用粒径较小的沸石粉，有助于聚乙二醇磷酸酯复合物均匀分散在后续混凝土中，更好地改善后续混凝土抗裂性能。

第二方面，本申请提供一种混凝土用降粘剂的制备方法，采用如下的技术方案：

一种混凝土用降粘剂的制备方法，包括以下步骤：

S1调制：按设定的比例称取水，加入调节剂原料和甲基丙烯酰胺，混合均匀，制得前驱液；

S2降粘剂制备：向前驱液中加入聚乙二醇磷酸酯复合物，以100-400转/分钟的转速搅拌，加热至40-50℃反应30-90min，制得混凝土用降粘剂。

通过采用上述技术方案，先将甲基丙烯酰胺和调节剂原料溶解在水中，再加入聚乙二醇磷酸酯复合物，有利于甲基丙烯酰胺和调节剂原料吸附在聚乙二醇磷酸酯复合物上，有助于更好地改善后续混凝土抗裂性能。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请在降粘剂中加入表面活性剂和含有沸石粉的聚乙二醇磷酸酯复合物，在降粘剂使用过程中，产生微小气泡，提高混凝土和易性，改善混凝土施工性能；本申请在混凝土用降粘剂中加入用聚乙二醇、五氧化二磷和沸石粉制成的聚乙二醇磷酸酯复合物，聚乙二醇上的羟基基团与五氧化二磷发生磷酸化反应，磷元素对沸石粉表面的硅羟基具有一定的吸附作用，附着在沸石粉表面，形成聚乙二醇磷酸酯复合物，在降粘剂使用过程中，聚乙二醇磷酸酯复合物上的羟基基团与甲基丙烯酰胺上的胺基基团发生交联反应，显著提高后续高强度混凝土中各组分之间的相容性，有助于改善混凝土的抗裂性能；

2.本申请使用小分子的羟乙基磺酸钠，一方面，羟乙基磺酸钠在后续混凝土制备过程中产生微小气泡，改善混凝土和易性，提高混凝土施工性能；另一方面，当后续混凝土施工完成并开始硬化后，混凝土中水分减少，沸石粉上的硅羟基基团对羟乙基磺酸钠上羟基基团有一定的吸附作用，羟乙基磺酸根离子游离至沸石粉孔道中储存起来，有助于减少泛碱现象的发生，减少裂纹，有助于改善后续混凝土的机械性能；

3.本申请通过采用加入脂肪醇聚氧乙烯醚、控制聚乙二醇的分子量、控制硫酸浓度和控制沸石粉的粒径等方式，更好地改善后续混凝土机械性能，有利于产品市场推广；

4.本申请加入硫酸诱导五氧化二磷与聚乙二醇之间发生磷酸化反应，而沸石粉对体系中的水分具有一定的吸附作用，有助于减少聚乙二醇磷酸酯复合物制备过程中游离水的浓度，有助于调节聚乙二醇磷酸酯复合物中聚乙二醇磷酸酯的含量，聚乙二醇磷酸酯复合物中存在不同极性的聚乙二醇、聚乙二醇单磷酸酯、聚乙二醇双磷酸酯和沸石粉，与降粘剂中的表面活性剂、甲基丙烯酰胺等物质一起形成极性梯度，显著改善后续混凝土中各组分之间的相容性，有助于改善后续混凝土抗裂性能。

具体实施方式

实施例

为了改善混凝土强度，高强度混凝土一般采用低水胶比的配料条件，影响了高强度混凝土的施工性能，为了改善高强度混凝土的施工性能，在高强度混凝土中一般需要添加含有甲基丙烯酰胺等物质的混凝土降粘剂。甲基丙烯酰胺与混凝土中的聚羧酸等减水剂具有良好的相容性，但与混凝土中的砂子等其它组分的相容性不佳，给高强度混凝土的抗裂性能带来一定的不利影响。本申请在降粘剂中加入表面活性剂，在降粘剂使用过程中，产生微小气泡，提高混凝土和易性，改善混凝土的施工性能；本申请在混凝土用降粘剂中加入用聚乙二醇、五氧化二磷和沸石粉制成的聚乙二醇磷酸酯复合物，聚乙二醇上的羟基与五氧化二磷发生磷酸化反应，磷元素对沸石粉中的硅羟基具有一定的吸附作用，磷酸化的聚乙二醇附着在沸石粉表面，形成聚乙二醇磷酸酯复合物，在降粘剂使用过程中，聚乙二醇磷酸酯复合物上的羟基基团与甲基丙烯酰胺上的胺基基团发生交联反应，显著提高后续混凝土中各组分之间的相容性，有助于改善混凝土的抗裂性能。

本发明所涉及的原料均为市售，原料的型号及来源如表1所示。

表1原料的规格型号及来源

实施例1：一种混凝土用降粘剂的制备方法，包括如下步骤：

S1调制：称取25kg水，加入2.25kg羟乙基磺酸钠和600g脂肪醇聚氧乙烯醚，再加入8.5kg甲基丙烯酰胺，混合均匀，制得前驱液。

S2降粘剂制备：将沸石粉用孔径为45μm的筛网筛分，选用粒径不大于45μm的沸石粉，将粒径不大于45μm的沸石粉于150℃干燥120min，制得干燥沸石粉，待用；取20kg聚乙二醇，于25℃以200转/分钟的转速搅拌，滴加1.15kg五氧化二磷，五氧化二磷滴加过程体系放热，用水浴降温，控制加料速度使温度不高于28℃，加料完毕后继续搅拌30min，加入10g质量浓度为98％的浓硫酸，加热至90℃反应100min，加入16kg干燥沸石粉，继续反应140min，制得聚乙二醇磷酸酯复合物。向前驱液中加入聚乙二醇磷酸酯复合物，以300转/分钟的转速搅拌，加热至45℃反应60min，制得混凝土用降粘剂。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，实施例2不加入脂肪醇聚氧乙烯醚，其它均与实施例1保持一致。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，实施例3用等质量的十二烷基磺酸钠(济南鑫旺化工有限公司提供，优级品)代替羟乙基磺酸钠，其它均与实施例1保持一致。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，实施例4在聚乙二醇磷酸酯复合物制备工序中不加入浓硫酸，其它均与实施例1保持一致。

实施例5

实施例5与实施例1的区别在于，实施例5在聚乙二醇磷酸酯复合物制备工序中不加入沸石粉，而是将沸石粉直接加入前驱液中，实施例5在聚乙二醇磷酸酯复合物制备工序中加入硫酸后升温至90℃反应240min，其它均与实施例1保持一致。

实施例6-13

实施例6-13与实施例1的区别在于，实施例6-13各原料的添加量不同，其它均与实施例1保持一致，实施例6-13各原料的添加量见表2。

表2实施例6-13的各原料的添加量

实施例14-17

实施例14-17与实施例1的区别在于，实施例14-17各步骤工艺参数不同，其它均与实施例1保持一致，实施例14-17各步骤工艺参数见表3。

表3实施例14-17各步骤中的参数

对比例

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，对比例1不加入聚乙二醇磷酸酯复合物，不经聚乙二醇磷酸酯复合物制备工序，其它均与实施例1保持一致。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于，对比例2将聚乙二醇、五氧化二磷和沸石粉直接加入前驱液中，加热至45℃反应60min，不经聚乙二醇磷酸酯复合物制备工序，其它均与实施例1保持一致。

性能检测

将实施例1-17和对比例1-2制得的混凝土用降粘剂，按如下配比配制成混凝土：砂子(粒径不大于5mm)70kg，细骨料(粒径为5-10mm)36kg，粗骨料(粒径为10-20mm)65kg，混凝土用降粘剂180g，水泥(P.O52.5R，产自四川成都)36kg，粉煤灰(一级，不大于80μm，成都森和粉煤灰开发有限公司)9kg，聚羧酸减水剂(减水剂-1型，JG/T223-2017，成都砼王建材有限公司)2.5kg，水11kg。混凝土制备方法为：称取水，以200转/分钟的转速搅拌，依次加入砂子、细骨料、粗骨料、聚羧酸减水剂和粉煤灰，搅拌4min，加入混凝土用降粘剂和水泥，继续搅拌3min，制得混凝土。参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，将混凝土产品制作成若干边长为150mm的立方体标准试块，室温养护14天，进行抗压强度和劈裂抗拉强度测试。

1、抗压强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，实验结果如表4。

2、劈裂抗拉强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，实验结果如表4。

表4用不同降粘剂制备的混凝土产品性能测试结果对比表

对比例1未加入聚乙二醇磷酸酯复合物，不经聚乙二醇磷酸酯复合物制备工序，用该技术方案制备的降粘剂制备的混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均不佳，抗裂性能不佳。对比例2将聚乙二醇、五氧化二磷和沸石粉直接加入前驱液中，未经聚乙二醇磷酸酯复合物制备工序，用该技术方案制备的降粘剂制备的混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均不佳，抗裂性能不佳。

对比实施例1和对比例1-2的实验结果，可以看出，在制备混凝土用降粘剂的过程中，加入用聚乙二醇、五氧化二磷和沸石粉经浓硫酸诱导，按本申请公开的方法制得的聚乙二醇磷酸酯复合物，用该技术方案制备的降粘剂制得的混凝土具有优异的抗压强度和劈裂抗拉强度，显著改善了混凝土的抗裂性能。加入聚乙二醇、加入五氧化二磷、加入沸石粉，并对聚乙二醇、五氧化二磷和沸石粉用浓硫酸诱导处理，这几种影响因素之间共同作用，共同提高了后续制备的混凝土的机械性能。

对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2未加入脂肪醇聚氧乙烯醚，用该技术方案制备的降粘剂制得的混凝土的机械强度稍有降低。对比实施例1和实施例3的实验结果，实施例3用十二烷基磺酸钠代替羟乙基磺酸钠，用该技术方案制备的降粘剂制得的混凝土的的机械强度明显降低，抗裂性能明显降低，不利于产品市场推广。对比实施例1和实施例4的实验结果，实施例4在聚乙二醇磷酸酯复合物制备工序中未加入浓硫酸，用该技术方案制备的降粘剂制得的混凝土的机械强度明显降低，抗裂性能明显降低，不利于产品市场推广。对比实施例1和实施例5的实验结果，实施例5在聚乙二醇磷酸酯复合物制备工序中未加入沸石粉，将沸石粉直接加入前驱液中，用该技术方案制备的降粘剂制得的混凝土的的机械强度有所降低，不利于产品市场推广。

相比于实施例1，实施例6-13中各原料的添加量不同，实施例14-17中各步骤工艺参数有所不同，用这些技术方案制备的降粘剂制得的混凝土均具有优异的抗压强度和劈裂抗拉强度，具有优异的抗裂性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种混凝土用降粘剂，其特征在于，主要由包括以下重量份的降粘剂原料制成：甲基丙烯酰胺5-12份，水20-30份；所述降粘剂原料还包括调节剂和聚乙二醇磷酸酯复合物；所述调节剂包括以下重量份调节剂原料：表面活性剂1.5-3份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.5-0.8份；所述聚乙二醇磷酸酯复合物主要由包括以下重量份的原料制成：聚乙二醇15-25份，五氧化二磷0.9-1.4份，沸石粉12-20份；所述表面活性剂为羟乙基磺酸钠；

所述聚乙二醇磷酸酯复合物的制备方法为：称取聚乙二醇，于20-30℃搅拌，加入五氧化二磷，继续搅拌20-50min，加入重量为0.05%倍聚乙二醇重量的硫酸，加热至85-95℃反应90-120min，加入沸石粉，继续反应100-180min，制得聚乙二醇磷酸酯复合物。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土用降粘剂，其特征在于，主要由包括以下重量份的降粘剂原料制成：甲基丙烯酰胺7-10份，水20-30份，表面活性剂2-2.5份，脂肪醇聚氧乙烯醚0.5-0.8份，聚乙二醇18-22份，五氧化二磷0.9-1.4份，沸石粉15-17份。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土用降粘剂，其特征在于：所述聚乙二醇的平均分子量为600，所述硫酸的质量浓度不低于98%。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土用降粘剂，其特征在于：所述沸石粉的粒径不大于45μm。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的混凝土用降粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1调制：按设定的比例称取水，加入调节剂原料和甲基丙烯酰胺，混合均匀，制得前驱液；

S2降粘剂制备：向前驱液中加入聚乙二醇磷酸酯复合物，以100-400转/分钟的转速搅拌，加热至40-50℃反应30-90min，制得混凝土用降粘剂。