CN112939505B - 一种季铵型聚羧酸减水剂及其泡沫混凝土 - 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。所述减水剂由异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸（三甲基季铵四氟硼酸盐）乙基酯、甲基丙烯酸环氧丙酯四种单体共聚物的乳液体系，所述乳液固含量在20‑35%之间。所述混凝土的组成：水泥100份、粉煤灰15‑32份、钢渣粉36‑52份、再生塑料15‑20份、硅烷偶联剂3‑6份、填充纤维7‑18份、发泡剂1‑3份、水15‑25份、减水剂1‑4份；本发明的有益效果在于：提供了一种季铵型聚羧酸减水剂，所述减水剂与混凝土组分的相容性好，能够在混凝土颗粒表面形成水凝胶膜，提高了保水效果，延长了泌水时间；本发明制备的混凝土用水量少，强度高。

Description

一种季铵型聚羧酸减水剂及其泡沫混凝土

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种季铵型聚羧酸减水剂及其制备的混凝土。

背景技术

现代混凝土由预拌混凝土和预制构件混凝土构成，前者一般采用搅拌站预拌、现场浇筑、硬化后拆模的施工工艺，后者则采用在模具中成型、蒸压养护、形成一定强度后脱模的生产工艺。因此，提高混凝土早期强度、缩短脱模时间、提高混凝土生产及施工效率成为现代混凝土制造和应用水平提高的关键所在。

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。聚羧酸系高性能减水剂是继木钙为代表的普通减水剂和以萘系为代表的高效减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂，因其掺量低、减水率高、分散性能好、坍落度损失小、环境友好等特点，逐渐成为混凝土外加剂行业的主流产品，被广泛应用于配制高强、高流态、高保坍、高耐久等高性能混凝土，也是混凝土配合比设计之外提高混凝土性能最快捷、有效的技术手段，从而成为现代混凝土不可缺少的第五组分。如专利CN103304181A公开了一种由如下组分按重量百分比组成的早强型聚羧酸高性能减水剂：10-20％的聚羧酸系减水剂，10-17％的氯化钙，10-20％的亚硝酸钠，1-3％的三乙醇胺，余量为水。近年来，我国在聚羧酸系减水剂研究已取得长足进展，然而由于水泥生产厂家参差不齐，外加剂与水泥的相容性成为目前研究的难题，由于相容性差造成新拌混凝土坍落度较差，减水率降低，出现明显的离析和沁水等现象，急需开展新型减水剂的研发，提高使用性能。

发明内容

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

一种季铵型聚羧酸减水剂，具体结构组成如下，

所述减水剂由异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸(三甲基季铵四氟硼酸盐)乙基酯、甲基丙烯酸环氧丙酯四种单体共聚物的乳液体系，所述乳液固含量在20-35％之间。所述共聚物为梳状共聚物，结构中含有季铵阳离子、酯基、醚基、羧酸基等多种官能团，属于典型的多官能减水剂；该减水剂结构中的离子型组合物提高了其水溶性和分散性能；阴离子中的四氟硼酸根可以与水泥和矿物填料中的钙离子进行配位，使阴离子牢牢吸附在无机颗粒表面，同时季铵阳离子与四氟硼酸阴离子通过静电相互作用吸附在水泥等颗粒物的表面；另一方面，减水剂中的羟基和环氧基团都能与水发生氢键相互作用将大量的水分子束缚在高分子的团簇中；通过上述双重作用使无机填料表面形成水凝胶保护膜，起到保水的作用，从而大大改善了其泌水现象。

进一步的，所述减水剂还可与聚乙烯醇复配使用，聚乙烯醇加入量为减水剂母液总量的1-3％；少量聚乙烯醇的加入可进一步提高其保水效果，减少水分的使用。

所述减水剂的制备是将各种单体按质量比混合后，在过硫酸铵引发剂存在下高温共聚反应制备，具体制备路线如下：

利用新制备的季铵型减水剂，本发明还提供了一种新型泡沫混凝土，所述混凝土包括如下重量份数的组成：水泥100份、粉煤灰15-32份、钢渣粉36-52份、再生塑料15-20份、硅烷偶联剂3-6份、填充纤维7-18份、发泡剂1-3份、水15-25份、减水剂1-4份；所述减水剂为季铵型减水剂；

所述水泥为硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的混合物，二者质量比为1∶1；

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；

所述填充纤维为玄武岩纤维或短切碳纤维；

所述发泡剂为十二烷基硫酸钠发泡剂；

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。

所述泡沫混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将发泡剂、水按比例混合，用搅拌机高速搅拌，搅拌时间5-8min后获得泡沫；

(2)采用混凝土搅拌机进行搅拌，先加入水泥、粉煤灰、再生塑料、钢渣、填充纤维、硅烷偶联剂及减水剂，搅拌充分混合，然后加入步骤(1)制备的泡沫，混合搅拌，然后加入方形模具中，自然养护24h后拆模，制得泡沫混凝土模块。

本发明的有益效果在于：提供了一种季铵型聚羧酸减水剂，所述减水剂与混凝土组分的相容性好，能够在混凝土颗粒表面形成水凝胶膜，提高了保水效果，延长了泌水时间；本发明制备的混凝土用水量少，强度高。

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、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸(三甲基季铵四氟硼酸盐)乙基酯、甲基丙烯酸环氧丙酯四种单体共聚物的乳液体系，根据各单体配比的不同，可分别得到不同固含量的乳液。所述减水剂的合成路线如下：

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)、甲基丙烯酸(三甲基季铵四氟硼酸盐)乙基酯(1mol 259g)、甲基丙烯酸环氧丙酯(1mol 142g)和去离子水8kg，升高温度到75℃，持续搅拌至各组分完全溶解，然后加入过硫酸铵引发剂22.8g，加入完毕后继续搅拌5min后滴加巯基乙酸溶液(20％,15g)，滴加完毕后保温反应3-5h。反应完毕后降至室温，加入氨水调节pH值到7-8，获得聚羧酸减水剂乳液。减水剂固含量25.4％(计算方法：各单体质量之和除以总溶液量)。

实施例2：

本实施例提供一种减水剂，制备方法同实施例1，其中加入甲基丙烯酸(三甲基季铵四氟硼酸盐)乙基酯(2mol 388g),甲基丙烯酸环氧丙酯(2mol 213g)，所得减水剂乳液固含量26.8％。

实施例3：

本实施例提供一种减水剂，制备方法同实施例1，其中加入甲基丙烯酸(三甲基季铵四氟硼酸盐)乙基酯(1.5mol 518g),甲基丙烯酸环氧丙酯(1.5mol 284g)，所得减水剂乳液固含量28.1％。

二、泡沫混凝土的制备

本发明利用上述制备的减水剂，还开发了新型泡沫混凝土，具体实施例如下：

实施例4：

本发明还提供了一种新型泡沫混凝土，所述混凝土包括如下重量份数的组成：硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的混合物(二者质量比1：1)100份、粉煤灰18份、钢渣粉40份、废弃ABS再生塑料18份、二甲基二甲氧基硅烷3份、玄武岩纤维10份、十二烷基硫酸钠发泡剂2份；水16份，实施例1制备的减水剂2份；

所述泡沫混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将发泡剂200g与水1.6kg按比例混合，用搅拌机高速搅拌，搅拌时间5-8min后获得泡沫；

(2)采用混凝土搅拌机进行搅拌，先加入硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的混合物10kg、粉煤灰1.8kg、废弃ABS再生塑料1.8kg、钢渣4kg、玄武岩纤维1kg、二甲基二甲氧基硅烷0.3kg及减水剂0.2kg，搅拌充分混合，然后加入步骤(1)制备的泡沫，混合搅拌，然后加入方形模具中，自然养护24h后拆模，制得泡沫混凝土模块。

实施例5-6

实施例5-6与实施例4配方组成和制备方法一致，分别将实施例2(实施例5)、实施例3(实施例6)中的减水剂等量替换。

实施例7

本发明还提供了一种新型泡沫混凝土，所述混凝土包括如下重量份数的组成：硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的混合物(二者质量比1：1)100份、粉煤灰26份、钢渣粉50份、废弃PC再生塑料18份、乙烯基三乙氧基硅烷3份、短切纤维10份、十二烷基硫酸钠发泡剂2份，减水剂3份，水20份。所述减水剂为实施例3制备的减水剂与聚乙烯醇的复合物，所述聚乙烯醇的添加量为减水剂母液总量的2％；本实施例制备方法同实施例1。

对比例1-2：

为验证本发明的技术效果，采用市售聚羧酸减水剂(SP0)与本发明减水剂进行对比，在配方和制备方法相同的情况下分别制备了样品进行测试。其中对比例1与实施例4配方等量替换，对比例2与实施例7等量替换。

将上述实施例制备的混凝土分别测试其扩展度、1h泌水率、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、泌水性能和力学性能。

表1.泡沫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 (4)

1.一种泡沫混凝土，所述混凝土包括如下重量份数的组成：水泥100份、粉煤灰15-32份、钢渣粉36-52份、再生塑料15-20份、硅烷偶联剂3-6份、填充纤维7-18份、发泡剂1-3份、水15-25份、减水剂1-4份；其特征在于，所述减水剂为季铵型减水剂；

所述季铵型减水剂为季铵型聚羧酸减水剂，含有如下结构单元的组成：

所述减水剂为异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸(三甲基季铵四氟硼酸盐)乙基酯、甲基丙烯酸环氧丙酯四种单体共聚物的乳液体系，所述乳液固含量在20-35％之间。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于，所述季铵型聚羧酸减水剂的制备是将各种单体按质量比混合后，在过硫酸铵引发剂存在下高温共聚反应制备，具体制备路线如下：

3.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的混合物，二者质量比为1∶1；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；所述填充纤维为玄武岩纤维或短切碳纤维；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠发泡剂；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。

4.权利要求1-3中任一项所述的一种泡沫混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将发泡剂、水按比例混合，用搅拌机高速搅拌，搅拌时间5-8min后获得泡沫；

(2)采用混凝土搅拌机进行搅拌，先加入水泥、粉煤灰、再生塑料、钢渣粉、填充纤维、硅烷偶联剂及减水剂，搅拌充分混合，然后加入步骤(1)制备的泡沫，混合搅拌，然后加入方形模具中，自然养护24h后拆模，制得泡沫混凝土模块。