CN112898502A

CN112898502A - 一种抗渗型保坍剂及其制备方法

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Publication number: CN112898502A
Application number: CN202110136186.3A
Authority: CN
Inventors: 李相国; 冷迪飞; 蹇守卫; 柯凯; 吕阳; 刘卓霖; 何晨昊
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2021-06-04

Abstract

本发明提供一种抗渗型保坍剂及其制备方法。所述保坍剂主要由以下几种原料制备而成：30.4‑42.9份醇头、303.2‑311.2份环状单体、1.5‑2.7份催化剂、45.5‑46.7份酯类物质、2.5‑6.1份还原剂、2.4‑3.9份引发剂、11.9‑13.4份中和剂、0.6‑1.2份链转移剂，其余为去离子水。通过自由基聚合反应将丙烯酸二乙酯、醇头与自制一定分子量的聚醚单体进行聚合，大大增强保坍剂的吸附与分散保水能力，制备了一种吸附性好、分散保水作用好的抗渗型聚醚类保坍剂。

Description

一种抗渗型保坍剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，涉及到水泥保坍剂，具体是一种抗渗型保坍剂。

背景技术

近年来，聚羧酸保坍剂因其促进工业副产品(如磨细矿渣、粉煤灰及硅灰等)的应用，适应经济发展且在生产和使用过程中没有V0C(挥发性有机化合物)，对人体无健康危害，对环境不造成污染，符合绿色可持续性发展的战略目标等特点，成为最具发展潜能的“绿色“保坍剂。保坍剂合成工艺参数的调整主要围绕保坍剂分子量大小、分子结构与羧基支链密度进行，不同的保坍剂对水泥水化过程影响不同，主要影响机制在于吸附和空间位阻与静电斥力结合的分散作用，吸附基团的数量以及密度。混凝土裂缝问题一直困扰着现代化快速施工进程，随着现如今水泥助磨剂的使用，早强组分的添加导致混凝土早期强度越来越好，但后期强度与耐久性却缺乏有效的控制，所以本发明针对水泥水化热与水分蒸发导致的混凝土裂缝制备一种抗渗保坍剂。

专利CN104072012A公开了一种抗渗型混凝土减缩减水防水密实剂及其生产方法，它包括以下重量份数的原料,其中，固含量40％的高性能聚羧酸保坍剂48-54份；三氯化铁13-21份；葡萄糖酸钠5-10份；蔗糖3-5份；水10-15份；还包括0.05-0.5份的消泡剂和0.1-2.0份的引气剂；本发明能显著提高抗渗性、减缩性、抗渗性、减水率大、防水性、密实的效果，有效阻止水分子渗透，显著提高强度，抗渗级别达到12级，能使混凝土颗粒之间粘结更紧密且形成包裹而达到抗渗同时可减少收缩30％以上，尤其在恶劣环境下，可以减少收缩，对于有效控制开裂效果极为显著。

专利CN111592271A公开了一种混凝土内掺型防渗抗裂减缩剂及其制备方法。所述防渗抗裂减缩剂包含以下组分：碱改性硅藻土35～45重量份，氧化镁15～22重量份，蛭石13～20重量份，硼砂8～11重量份，六偏磷酸钠3～9重量份，柠檬酸改性淀粉7～13重量份。本发明所述的防渗抗裂减缩剂作为内掺剂掺入水泥应用于混凝土中，可以充分改善新拌混凝土的工作性能，降低混凝土在硬化过程中的收缩程度，同时还极大地提高了硬化混凝土的抗压强度、抗拉强度、硬度、抗渗性等，从而大大提高混凝土工件的耐久性。此外，所述混凝土内掺型防渗抗裂减缩剂的制备方法简单快捷，适于工业上大规模应用。

专利CN 111689733 A公开了一种低水化热混凝土及其制备方法。本发明提供了一种低水化热混凝土及其制备方法，制备方法是：将细沙与废弃机油按预定比例加入搅拌锅中搅拌均匀以使废旧机油包裹在细沙表面，得到的混合物与水泥、矿物掺合料、粗集料按照预定质量比例加到搅拌机中搅拌均匀；将保坍剂融入到水中并搅拌均匀加入到上述混合物中继续搅拌，以使附着在细沙表面的废旧机油均匀的分布在浆体中，与水泥颗粒表面接触，从而可有效的减缓水泥与水的接触，进而达到抑制混凝土早期水化热的目的。本发明操作简单实用且经济实惠，可有效抑制混凝土早期释放的水化热，同时不降低混凝土性能。

区别以上专利，本发明制备的一种保坍剂，通过在聚醚单体中引入环氧丙烷增强分散以及分散保持能力，在保坍剂分子主链上引入部分醇羟基单体，增强了吸附能力，制备了一种高吸附性保坍剂，具有很好的吸附保水与缓凝作用。且本发明设计了合适的酸醚比，构建了合理的保坍剂分子空间构型，优化了保坍剂分子结构，保证了保坍剂的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗渗型保坍剂及其制备方法。

本发明使用环氧乙烷和环氧丙烷与4-甲氧基丁-2-烯-1-醇醇头进行聚合反应制备合成保坍剂所需的聚醚单体。再与醇头所含的不饱和键与不饱和羧酸进行聚合反应生成保坍剂分子。结合环氧丙烷醚键与分散作用以及羟基的氢键成膜作用增强了水泥的吸附能力达到很好的缓凝分散效果，同时保坍剂的分子量很大不会影响到混凝土强度的发展。

本发明提供的技术方案如下：

本发明的目的之一在于提供一种抗渗型保坍剂的制备方法，所述份数均为质量份，包括以下步骤：

(1)在高压反应釜中加入28.4-36.9份醇头和1.5-2.7份催化剂，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.055MPa，然后升温至120℃开始脱水0.5-1h，测氧含量，待氧含量合格后(氧含量不大于5ppm)，匀速向反应釜内通入303.2-311.3份环状单体混合物，控制压力小于0.5MPa，环状单体全部通入反应釜后保持温度在100-115℃下循环喷雾反应，待反应釜内压力稳定后降温出料，得到聚醚单体；

(2)将制得的聚醚单体水浴加热升温至55-65℃；将2.4-3.9份引发剂、0.6-1.2份链转移剂和50-60份水配制成A液；将40.5-45.7份酯类物质、3.5-5.0份醇头、2.5-6.1份还原剂和100-120份水配制成B液；同时滴加A、B液，其中A液滴加2-2.5小时，B液滴加1.5-2小时；A液滴加完后保温1小时，一次性投入11.9-13.4份中和剂并补水至总质量为1000份，即得高吸附抗渗型保坍剂。

进一步，所述醇头为4-甲氧基丁-2-烯-1-醇。

进一步，

所述步骤(1)中，所述催化剂为无水氯化铝、三氟化硼、浓硫酸、芳基磺酸、无机磷化合物、有机阳离子交换树脂和苯酚铝、氢氧化钠、氢氧化钾、四氢铝锂、三氟化硼乙烯醚、DMC中的一种或几种组成；优选的，催化剂为质量比为0.6-1:2的三氟化硼和四氢铝锂的组合物。

所述环状单体为环氧乙烷、环氧丙烷中的一种或两种的混合；优选的，环状单体为质量比为2.5-3:1的环氧乙烷和环氧丙烷组合物。

进一步，所述步骤(2)中，引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二叔丁基(DTBP)、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种组成。优选的，引发剂为质量比为4:1的过硫酸铵和偶氮二异丁腈的组合物。

进一步，所述步骤(2)中，所述链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、巯基丙醇中的一种或几种组成。优选的，链转移剂为质量比为2:1的巯基乙酸和巯基丙酸的组合物。

进一步，所述步骤(2)中，所述酯类物质为丙烯酸二乙酯。

进一步，所述步骤(2)中，所述还原剂为连二亚硫酸钠、抗坏血酸、甲醛合次硫酸氢钠、麦芽糖糊精、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种或几种组成。优选的，还原剂为质量比为1:1的甲醛合次硫酸氢钠和麦芽糖糊精的组合物。

进一步，所述步骤(2)中，所述中和剂为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种组成。优选的，中和剂为质量比为1:3的乙醇胺和三异丙醇胺的组合物。

进一步，所述步骤(2)中，所述酯类物质与聚醚单体的摩尔比为3.3：1。

本发明的目的之二在于提供利用上述方法制备的抗渗型保坍剂。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1.本发明采用自制聚醚作为合成保坍剂的单体，聚醚能增加保坍剂支链的柔顺性，增强保坍剂分子对颗粒的包覆性，提高保坍剂的缓凝效果和减水率。且本发明设计3.3:1的酯醚比，合理地控制羟基与侧链的密度，提升保坍剂空间位阻与静电斥力的同时提高保坍剂分子与水泥颗粒间的吸附能力，制备的保坍剂分子具有很好的吸附缓凝与保水性能。

2.本发明使用4-甲氧基丁-2-烯-1-醇作为合成保坍剂的醇头单体，利用羟基络合钙离子能力强，并且可以结合水泥水化时释放的钙离子的特点，增强保坍剂的吸附与缓凝能力，进而制备了一种吸附缓凝性能好、分散作用大的聚醚类保坍剂，大大提高保坍剂分子与水分子之间的氢键成膜作用，大大提高减水率降低初期水化速率又提供水泥后期水化所需水，延长水泥水化产物生成时间提高混凝土密实度从而提高混凝土强度与抗渗型。

附图说明

图1为TC-900B保坍剂混凝土试样的SEM图；

图2为实施例2的1d混凝土试样的SEM图。

具体实施方式

下面，申请人将结合具体实施例对本发明的技术方案和有益效果做进一步的详细说明，但应理解，以下实施例不应在任何程度上被理解为对本申请权利要求书所请求保护范围的限制。

实施例1

一种抗渗型保坍剂的制备方法，由下述各组分聚合而成，原料总质量为1000份，各原料组分包括：

4-甲氧基丁-2-烯-1-醇36.6份

环氧乙烷63.7份

环氧丙烷242.4份

四氢铝锂1.5份

丙烯酸二乙酯40.2份

甲醛合次硫酸氢钠4.3份

过氧化二叔丁基3.3份

巯基乙酸0.9份

三乙醇胺12.3份

其余为水，总质量为1000份。

制备方法，步骤如下：

(1)在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入31.6份4-甲氧基丁-2-烯-1-醇和1.5份四氢铝锂，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.055MPa，然后升温至120℃开始脱水0.5小时，测氧含量，待氧含量合格后(氧含量不大于5ppm)，匀速向反应釜内通入环氧乙烷63.7份与环氧丙烷242.4份均匀混合物，控制压力小于0.5MPa，环状单体全部通入反应釜后保持温度110℃老化至压力不再下降，降温出料，得到2000左右分子量的聚醚单体。

(2)将制得的聚醚单体加入带有搅拌棒的四口烧瓶中，采用水浴加热升温至60℃。将3.3份过氧化二叔丁基、0.9份巯基乙酸和60份水配制成A液。将40.2份丙烯酸二乙酯、5份4-甲氧基丁-2-烯-1-醇、4.3份甲醛合次硫酸氢钠和120份水配制成B液。同时滴加A、B液，其中A液滴加2小时，B液滴加1.5小时。A液滴加完后保温1小时，一次性投入12.3份三乙醇胺并补水至总质量为1000份，即制得所述的抗渗型保坍剂。

水以外的原料均为一次性加入，故方法中不用写重量份。

实施例2-6

各实施例的具体原料及制备方法中具体参数(步骤是相同的)与实施例1有所区别，具体如下表1和表2所示(表1是原料，表2是制备方法中的参数)，表2中没列出的表示与实施例1相同：

表1

表2

将本发明的产品与湖北腾辰TC-900B保坍剂制备成C50混凝土试样(相同的掺量0.3wt％)，经过检测得到下表。(28d氯离子扩散系数与电通量根据GB/T 50082-2009的标准进行检测。)

表3

综合表3数据进行对比分析可以看出本发明制备的保坍剂初始流动性与坍落度都较TC-900B保坍剂要好，并且混凝土抗渗性明显高于一般的保坍剂，更能在后期强度上明显表现出强度优势，综上所述本发明制备的保坍剂具有明显的市场优势，且制备工艺简单，原料均为工业级常规原料符合现代化工业发展需求，具有一定优势。

图1、2分别为TC-900J保坍剂与实施例2的1d混凝土试样的SEM图。从图中可以看出，实施例2的混凝土试样有着很好的密实性，本发明的保坍剂能够很好地结合水泥颗粒，提升混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗渗能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抗渗型保坍剂的制备方法，其特征在于，

所述份数均为质量份，包括以下步骤：

(1)在高压反应釜中加入28.4-36.9份醇头和1.5-2.7份催化剂，氮气置换若干次后开始抽真空至表压-0.055MPa，然后升温至120℃开始脱水0.5-1h，测氧含量，待氧含量合格后，匀速向反应釜内通入303.2-311.3份环状单体混合物，控制压力小于0.5MPa，环状单体全部通入反应釜后保持温度在100-115℃下循环喷雾反应，待反应釜内压力稳定后降温出料，得到聚醚单体；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述醇头为4-甲氧基丁-2-烯-1-醇。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述步骤(1)中，所述催化剂为无水氯化铝、三氟化硼、浓硫酸、芳基磺酸、无机磷化合物、有机阳离子交换树脂和苯酚铝、氢氧化钠、氢氧化钾、四氢铝锂、三氟化硼乙烯醚、DMC中的一种或几种组成；

所述环状单体为环氧乙烷、环氧丙烷中的一种或两种的混合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二叔丁基(DTBP)、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种组成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、巯基丙醇中的一种或几种组成。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述酯类物质为丙烯酸二乙酯。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述还原剂为连二亚硫酸钠、抗坏血酸、甲醛合次硫酸氢钠、麦芽糖糊精、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种或几种组成。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述中和剂为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种组成。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述酯类物质与聚醚单体的摩尔比为3.3：1。

10.一种抗渗型保坍剂，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的方法制备。