CN112897923A - 一种聚羧酸减水剂及其制备的混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土用减水剂及其制备的混凝土。所述减水剂为异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、1‑甲基‑3‑（4‑乙烯基苄基）咪唑四氟硼酸盐共聚得到，所述三种单体的摩尔比为异戊烯醇聚氧乙烯醚∶甲基丙烯酸∶1‑甲基‑3‑（4‑乙烯基苄基）咪唑四氟硼酸盐=2∶1‑3∶1。在减水剂分子结构引入了咪唑阳离子和四氟硼酸根阴离子，该阴阳离子的引入提高了聚合物分散性能，特别是降低了减水剂与泥土的相互作用力，提高了流动性能和减水率，进而提高其抗泥效果。所述混凝土主要包括如下重量份数的组成：硅酸盐水泥100份、再生塑料8‑16份、石子120‑210份、粉煤灰50‑80份、填充纤维7‑18份、硅烷偶联剂6‑4份、减水剂1‑3份、水20‑34份。

Description

一种聚羧酸减水剂及其制备的混凝土

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种聚羧酸减水剂及其制备的混凝土。

背景技术

混凝土外加剂的运用是混凝土技术的一次重大进步，可以提升混凝土的质量和性能，提高工程的施工速度和质量，节约水泥和能源，具有显著的经济效益和社会效益。

聚羧酸减水剂作为新一代的减水剂，具有低掺量、高减水率、保坍性能优异、结构多样性等优点，对改善混凝土流动性能和施工性能、提高耐久性能等都有着重要的作用。聚羧酸减水剂优异的性能源于其梳状的分子结构，其主链通常为提供吸附基团的阴离子组成，侧链为不同链长的聚乙二醇。通过吸附基团的改性实现不同的溶液构象，从而调节其吸附进程，进而调节其应性能。然而随着传统聚羧酸减水剂构效关系的深度挖掘和聚羧酸减水剂性能的极限优化，其进一步的性能提升和功能化陷入了瓶颈期。

聚羧酸减水剂吸附在水泥基材料的表面是其他界面相互作用的基础，而吸附的亲和力、溶液构象等因素均影响其吸附进程，进而影响其宏观性能。由于不同的聚合物聚集形态、Ca²⁺络合能力、电荷密度等因素导致不同的吸附官能团对水泥基材料的亲和力是不同的。吸附层厚度取决于聚合物在水泥颗粒表面的覆盖面积和吸附构象,其与表面覆盖率息息相关。而吸附构象与接枝密度、侧链长度等密切相关。基于上述原因，虽然聚羧酸减水剂的应用已经非常普遍，但在实际应用中仍然存在不少问题，如减水剂对用水量敏感、有缓释现象，对含泥量敏感等。因此，急需从分子设计出发，研发出一种新型减水剂，满足不同类型混凝土的使用要求。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种新型聚羧酸减水剂及其制备的混凝土，具体研究方案如下：

一种聚羧酸减水剂，结构如下：

所述减水剂由异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、1-甲基-3-(4-乙烯基苄基)咪唑四氟硼酸盐共聚得到，所述三种单体的摩尔比为异戊烯醇聚氧乙烯醚∶甲基丙烯酸∶1-甲基-3-(4-乙烯基苄基)咪唑四氟硼酸盐＝2∶1-3∶1。所述减水剂分子结构引入了咪唑阳离子和四氟硼酸根阴离子，该阴阳离子的引入提高了聚合物分散性能，特别是降低了减水剂与泥土的相互作用力，提高了流动性能和减水率，进而提高其抗泥效果。

所述减水剂的制备是将各种单体混合后，在过硫酸铵引发剂存在下高温聚合进行共聚反应制备，具体制备路线如下：

所述减水剂的应用是将上述反应制备的母液直接使用，所述母液的浓度范围为20-30％；

进一步的，可以向母液中加入1-3％质量份数的氯化钠进行复配使用，少量氯化钠的加入可以降低减水剂的粘度，进一步提高其分散性能。

利用制备的新型减水剂，本发明还提供一种新型混凝土，所述混凝土包括如下重量份数的组成：硅酸盐水泥100份、再生塑料8-16份、石子120-210份、粉煤灰50-80份、填充纤维7-18份、硅烷偶联剂6-4份、减水剂1-3份、水20-34份；

所述硅酸盐水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；

所述石子粒径为5-15mm；

所述填充纤维为玄武岩纤维；

所述再生塑料为废弃ABS塑料或废弃PC塑料粉碎制备的塑料粉末；

所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种。

所述新型混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)按质量比称取水泥、石子、再生塑料、粉煤灰、填充纤维，充分混合制得初混料；

(2)然后向初混料中加入硅烷偶联剂，剧烈搅拌1-2h，使硅烷偶联剂充分均匀的浸入到固体填料表面；

(3)向步骤2制得的混合料中加入减水剂，继续搅拌20-30min；

(4)向步骤3制得的混合料中加入一定量的水，再继续搅拌20-30min，然后浇筑到模具中，养护48h，脱模制得新型混凝土。

本发明的有益效果在于：(1)采用新型减水剂材料，提高了分散效果，减水率进一步提高；(2)采用制备的新型减水剂与氯化钠复合后可进一步提高其分散率，节水率更高，抗泥效果更好；(3)新型减水剂与再生塑料的相互左右力更强，提高了再生塑料的利用率，更为环保。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动所做的等同替换或改进，都在本发明的保护范围之内。

一、减水剂的合成

所述减水剂由异戊烯醇聚氧乙烯醚(平均分子量2240)、甲基丙烯酸、1-甲基-3-(4-乙烯基苄基)咪唑四氟硼酸盐共聚得到，所述三种单体的摩尔比为异戊烯醇聚氧乙烯醚∶甲基丙烯酸∶1-甲基-3-(4-乙烯基苄基)咪唑四氟硼酸盐＝2∶(1-3)∶1。

实施例1：

本实施例提供一种减水剂，具体制备过程为：氮气保护下向反应釜中依次加入异戊烯醇聚氧乙烯醚(1mol 2240g)、甲基丙烯酸(1mol，86g)、1-甲基-3-(4-乙烯基苄基)咪唑四氟硼酸盐(1mol，286g)单体和水8.7L，升高温度至60℃，持续搅拌至各单体充分溶解后，加入过硫酸铵引发剂26g，继续搅拌5-10min后，滴加巯基乙酸溶液(20％,15g)，滴加完毕后，保温反应2-3h。反应完毕后将反应液降至室温，用氢氧化钠调节PH值至7-8，获得聚羧酸减水剂母液。减水剂含量23％(为各单体质量之和除以总溶液量计算获得)；采用凝胶色谱法测定的重均分子量为14000-16000之间。

实施例2：

本实施例提供一种减水剂，制备方法同实施例1，其中所加1-甲基-3-(4-乙烯基苄基)咪唑四氟硼酸盐的量为2mol。值得的聚羧酸减水剂母液浓度为25％；平均分子量为14000-17500之间。

二、混凝土的制备

本发明利用上述制备的减水剂，还开发了新型混凝土，具体实施例如下：

实施例3：

本实施例提供一种新型混凝土，所述混凝土包括如下重量份数的组成：硅酸盐水泥(P.O42.5)100份、ABS再生塑料9份、石子150份、粉煤灰54份、玄武岩纤维10份、甲基三甲氧基硅烷4份、实施例1制备的减水剂母液2份、水30份；

所述新型混凝土的制备，具体步骤如下：

(1)按质量比称取水泥10kg、石子15kg、再生塑料0.9kg、粉煤灰5.4kg、填充纤维1kg，充分混合制得初混料；

(2)然后向初混料中加入甲基三甲氧基硅烷0.4kg，剧烈搅拌1h，使硅烷偶联剂充分均匀的浸入到固体填料面；

(3)向步骤2制得的混合料中加入减水剂母液0.2kg，继续搅拌25min；

(4)向步骤3制得的混合料中加入一定量的水，再继续搅拌30min，然后浇筑到模具中，养护48h，脱模制得新型混凝土。

实施例4：

本实施例提供一种新型混凝土，所述混凝土包括如下重量份数的组成：硅酸盐水泥(P.O42.5)100份、ABS再生塑料13份、石子200份、粉煤灰76份、玄武岩纤维10份、甲基三甲氧基硅烷4份、实施例2制备的减水剂母液2份、水32份；

所述新型混凝土的制备方法同实施例3。

实施例5

本实施例提供一种新型混凝土，所述混凝土包括如下重量份数的组成：硅酸盐水泥(P.O42.5)100份、PC再生塑料12份、石子180份、粉煤灰70份、玄武岩纤维10份、乙烯基三乙氧基硅烷4份、减水剂2份、水22份；所述减水剂为实施例1制备的母液与氯化钠的混合物，所述氯化钠含量为1.5％。

所述新型混凝土的制备方法同实施例3。

实施例6

本实施例提供一种新型混凝土，所述混凝土包括如下重量份数的组成：硅酸盐水泥(P.O42.5)100份、PC再生塑料13份、石子200份、粉煤灰64份、玄武岩纤维13份、二甲基二甲氧基硅烷4份、减水剂3份、水20份；所述减水剂为实施例1制备的母液与氯化钠的混合物，所述氯化钠含量为1.8％。

将上述实施例制备的混凝土，分别测试其坍落度、扩展度、抗压强度。具体测试方法采用GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》；测试结果如表1所示，由表1数据可见，本发明制备的混凝土具有较优的流动性能和力学性能。

表1.混凝土模块性能参数

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (8)

1.一种聚羧酸减水剂，其特征在于，所述减水剂包括如下结构单元：

2.根据权利要求1所述的一种聚羧酸减水剂，其特征在于，所述减水剂由异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、1-甲基-3-(4-乙烯基苄基)咪唑四氟硼酸盐共聚得到，所述三种单体的摩尔比为异戊烯醇聚氧乙烯醚∶甲基丙烯酸∶1-甲基-3-(4-乙烯基苄基)咪唑四氟硼酸盐＝2∶1-3∶1。

3.根据权利要求1所述的一种聚羧酸减水剂，其特征在于，所述减水剂的制备是将各种单体混合后，在过硫酸铵引发剂存在下高温聚合进行共聚反应制备，具体制备路线如下：

4.根据权利要求3所述的一种聚羧酸减水剂，其特征在于，所述减水剂的应用是将上述反应制备的母液直接使用，所述母液的浓度范围为20-30％。

5.根据权利要求4所述的一种聚羧酸减水剂，其特征在于，向母液中加入1-3％质量份数的氯化钠进行复配使用。

6.一种新型混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的组成：硅酸盐水泥100份、再生塑料8-16份、石子120-210份、粉煤灰50-80份、填充纤维7-18份、硅烷偶联剂6-4份、减水剂1-3份、水20-34份；所述减水剂为权利要求1-5中任一项所述的减水剂。

7.根据权利要求6所述的一种新型混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；所述石子粒径为5-15mm；所述填充纤维为玄武岩纤维；所述再生塑料为废弃ABS塑料或废弃PC塑料粉碎制备的塑料粉末；所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种。

8.权利要求6或7所述的新型混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)按质量比称取水泥、石子、再生塑料、粉煤灰、填充纤维，充分混合制得初混料；

(2)然后向初混料中加入硅烷偶联剂，剧烈搅拌1-2h，使硅烷偶联剂充分均匀的浸入到固体填料面；

(3)向步骤2制得的混合料中加入减水剂，继续搅拌20-30min；

(4)向步骤3制得的混合料中加入一定量的水，再继续搅拌20-30min，然后浇筑到模具中，养护48h，脱模制得新型混凝土。