CN113149508B - 一种混凝土增效剂 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种混凝土增效剂。混凝土增效剂由包含如下重量份的原料组成：醇胺化合物：10～33份；减水剂：17～25份；苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚：8～16份；聚丙烯酸钠：5～15份；水：23～36份。本申请制得的混凝土增效剂具有优异的分散性，可促进混凝土强度性能的提高。

Description

一种混凝土增效剂
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种混凝土增效剂。
背景技术
增效剂是一种由高分子表面活性剂组成的综合型混凝土外加剂，其通过改善混凝土和易性，提高混凝土整体浆量，从而减少水泥用量，并保证混凝土后期强度发展。
相关技术中的混凝土增效剂，如申请号为CN201610480858.1的中国发明专利申请中公开了一种混凝土增效剂，其由以下重量份的原料制成：三乙醇胺80～120份，椰子油脂肪酸单乙醇酰胺20～40份，明胶12～24份，聚天冬氨酸 6～22份，戊烯二酸2～18份。
上述技术方案中，采用了具有表面活性剂作用的椰子油脂肪酸单乙醇酰胺来提高水泥颗粒的分散性，从而促进水泥水化反应的充分进行，以提高混凝土的强度。然而，椰子油脂肪酸单乙醇酰胺的分散性能有限，难以分散水泥水化过程中产生的絮凝结构，导致水泥无法充分水化，不利于提高混凝土强度性能。
申请内容
为了减少混凝土中的絮凝结构，提高水泥颗粒的分散性，并改善混凝土的强度，本申请提供一种混凝土增效剂。
本申请提供的一种混凝土增效剂，采用如下的技术方案：
一种混凝土增效剂，由包含如下重量份的原料组成：
醇胺化合物：10～33份；
减水剂：17～25份；
苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚：8～16份；
聚丙烯酸钠：5～15份；
水：23～36份。
在混凝土拌合过程中，由于减水剂的分散性能不足，导致水泥颗粒容易相互粘结形成包裹水分的絮凝结构，不仅使得水泥不能充分反应，还导致混凝土浆料的流动性、和易性以及强度下降。本申请采用苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与聚丙烯酸钠一同配合，有效减少了混凝土中的絮凝结构，促进了水泥水化反应的充分进行，提高了混凝土的强度。苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚的分散作用相比于普通的分散剂具有更高的分散能力以及稳定性。
苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚能够通过苯酚基团与水泥颗粒表面形成氢键，从而牢固的吸附在水泥颗粒上；同时，其分子链上的聚氧乙烯链具有亲水性，能够充分伸展至水溶液中，在水泥颗粒表面形成足够厚度的保护层，减少颗粒间的范德华力，并产生空间位阻作用，提高水泥颗粒的分散性，从而有助于水泥颗粒充分水化成包裹在骨料表面的凝胶物质，促进混凝土强度的增长。
相比苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与减水剂，聚丙烯酸钠具有更小的分子量，其对絮凝结构的渗透性能更好，能够与絮凝结构中的水泥颗粒结合，由于其分子链上带有大量电荷，因此能够产生静电斥力，从而起到分散作用，释放出包裹在絮凝结构中的水分，改善混凝土的和易性。再配合以苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚的空间位阻作用，有效提高水泥颗粒的分散性及分散稳定性。最终，提高混凝土的强度。
优选的，所述苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚按照如下方法制备得到：
S101:将苯酚加热熔融，降温至40～55℃，滴加硫酸，升温至110～130℃，开始滴加苯乙烯，在130～150℃的温度下保温反应2～3h,充分烷基化,降至室温，制得苯乙烯苯酚；
S102:先将苯乙烯苯酚置于真空环境下进行脱水，脱水时间为0.5～1h,脱水完毕后加入氢氧化钠，然后在氮气保护下，升温至110～120℃，控制压力为0.1-0.2MPa，开始加入环氧乙烷，加入时长为1～2h,加料完毕后，保温0.5～1h,降温脱气得到苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚。
通过采用上述技术方案，便于制得具有适宜链长的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚，优化苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚的分散作用。
优选的，步骤S102中，所述苯乙烯苯酚与环氧乙烷的摩尔比为1:(80～ 130)。
随着环氧乙烯用量的增加，苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚中聚氧乙烯链的链长随之增加，有利于在水泥颗粒表面形厚度足够的保护层，以达到稳定的分散效果；但链长过长时，容易在水泥颗粒间产生架桥作用，从而产生絮凝现象，致使混凝土强度下降。
优选的，所述苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚按照如下方法改性得到：
将苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚加热至70～80℃，开始滴加氨基磺酸与尿素，在1～2h内滴加完毕，然后混合均匀，升温至110～120℃，保温反应3～4h；
通过采用上述技术方案，可在苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚的分子链中引入磺酸基团，制得苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚硫酸盐，有助于提高其分散性。同时，使得聚氧乙烯链带电荷，从而增强水泥水泥颗粒间的静电斥力，提高分散性能。
优选的，所述苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与氨基磺酸的重量比为(12～16):1，尿素的质量分数为1～3％。
由试验可知，采用上述比例的原料与催化剂，制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚硫酸盐分散性能较好，继续增加用量，得到的成品分散性相差不大。
优选的，以重量份数计，所述混凝土增效剂的原料还包括12～20份的硅溶胶。
硅溶胶能够与水化反应生成的氢氧化钙反应生成硅酸钙，促进硅酸三钙与硅酸二钙主矿物相水化速率及进程，以提高混凝土的强度。
优选的，所述醇胺化合物采用三乙醇胺与三异丙醇胺中的一种或其组合物。
三乙醇胺、三异丙醇胺均为具有空间立体的分子结构，对水泥颗粒产生微分散作用。三乙醇胺有促进矿物相溶解的作用，促进水化凝胶的形成，并通过络合反应降低钙离子和铝离子浓度，进而促进铝酸三钙的水化；三异丙醇胺可激发石灰石粉的晶核作用，相对三乙醇胺更易与Fe3+发生络合反应，促进较难水化的铁酸盐的水化达到提高水泥矿物的水化程度，促使水化产物相互交错，从而提高早期强度并有效的激发水泥的后期强度，提高混凝土的致密性。
优选的，所述聚丙烯酸钠的分子量为2000～3000。
采用上述分子量的聚丙烯酸钠，在保障其渗透作用的前提下，不易发生絮凝作用，从而促进水化反应的进程，提高混凝土强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与聚丙烯酸钠复配，减少了混凝土拌合过程中絮凝结构的产生，促进了水泥颗粒的分散，提高了水泥的水化程度，进而提高了混凝土强度性能。
2、本申请中优选采用磺化改性的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚，进一步提高了对水泥的分散效果，改善了混凝土的强度性能。
3、本申请中通过对苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚的聚氧乙烯链链长进行控制，在保障其亲水性的前提下，提高了分散作用，促进混凝土强度性能的提升。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
以下实施例中采用的聚羧酸减水剂为购买自浙江开盛化工有限公司的工业级聚羧酸减水剂；硅溶胶为购买自南通润丰石油化工有限公司的112926-00-8 硅溶胶。
制备例
制备例1，一种苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚，按照如下步骤制备得到：
S101:将1mol苯酚加热熔融，降温至45℃，滴加浓度为18mol/L的硫酸作为催化剂，硫酸的质量分数为3％，然后升温至120℃，开始滴加1.5mol苯乙烯，在140℃的温度下保温反应2h,充分烷基化,降至室温(25℃)，制得苯乙烯苯酚；
S102:先将苯乙烯苯酚置于真空环境下进行脱水，脱水时间为0.5h,脱水完毕后加入浓度为14mol/L的氢氧化钠作为催化剂，氢氧化钠用量为苯乙烯苯酚质量的 5％；然后在氮气保护下，升温至110℃，控制反应压力为0.2MPa，开始加入环氧乙烷，加入时长为2h,环氧乙烷加入完毕后，继续保温1h,然后降至室温，脱除气体，并用醋酸调节产物pH值为7，得到苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚。其中，苯乙烯苯酚与环氧乙烷的摩尔比为1:110。
苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚的改性：将苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚加热至70℃，开始滴加氨基磺酸与尿素(催化剂)，在2h内滴加完毕，然后搅拌均匀，升温至 110℃，保温反应3h；
其中，苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与氨基磺酸的重量比为15:1，尿素的质量分数为2％。
制备例2，一种苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚，与制备例1的区别在于，步骤 S102中，苯乙烯苯酚与环氧乙烷的摩尔比为1:80。
制备例3，一种苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚，与制备例1的区别在于，步骤 S102中，苯乙烯苯酚与环氧乙烷的摩尔比为1:130。
制备例4，一种苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚，与制备例1的区别在于，苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚改性操作时，苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与氨基磺酸的重量比为12:1，尿素的质量分数为3％。
制备例5，一种苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚，与制备例1的区别在于，苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚改性操作时，苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与氨基磺酸的重量比为16:1，尿素的质量分数为2％。
制备例6，一种苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚，与制备例1的区别在于，苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚不进行磺化改性。
实施例
实施例1,一种混凝土增效剂，各原料组分的选择及其相应配比如表1所示，且按照表1中的配比混合得到。
实施例2～4，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，各原料组分的选择及其相应配比如表1所示。
表1实施例2～4中混凝土增效剂的原料选择及其相应含量(㎏)
Figure BDA0003024344390000051
其中，表1中苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚为制备例制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚，聚丙烯酸钠的分子量为2000。
实施例5，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，原料组分中，采用制备例2制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚替代制备例1制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚。
实施例6，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，原料组分中，采用制备例3制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚替代制备例1制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚。
实施例7，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，原料组分中，采用制备例4制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚替代制备例1制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚。
实施例8，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，原料组分中，采用制备例5制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚替代制备例1制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚。
实施例9，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，原料组分中，采用制备例6制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚替代制备例1制得的苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚。
实施例10，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，采用分子为5000 的聚丙烯酸钠替代分子为2000的聚丙烯酸钠。
实施例11，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，采用分子为5000 的聚丙烯酸钠替代分子为1000的聚丙烯酸钠。
对比例
对比例1，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，原料中采用等量的聚羧酸减水剂替代苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚。
对比例2，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，原料中采用等量的聚羧酸减水剂替代聚丙烯酸钠。
对比例3，一种混凝土增效剂，与实施例1的区别在于，原料中采用等量的聚羧酸减水剂替代苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与聚丙烯酸钠。
对比例4，一种混凝土增效剂，由以下原料混合而成：
三乙醇胺90份，椰子油脂肪酸单乙醇酰胺35份，明胶15份，聚天冬氨酸18 份，戊烯二酸6份。
性能检测试验
试验1：混凝土增效剂性能测试
试验样品：实施例1～11与对比例1～4中制得的混凝土增效剂。
试验方法：按照10㎏：3.9㎏：12.9㎏：28.8㎏的重量比将水泥：水：砂：碎石混合，并加入0.05㎏的试样(增效剂)，拌合均匀后，测量其28d抗压强度与28d抗折强度。测定方法参照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法 (ISO法)进行测定，测试结果如表2所示。
试验原料：水泥采用海螺水泥的复合硅酸盐水泥(P.O42.5)；沙子的平均粒径为0.3mm，细度模数为2.5；碎石为5-20mm连续级配的天然碎石；砂子为Ⅱ区中砂，表观密度为2660kg/m3，细度模数为2.5，含泥量＜1.0％。
表2混凝土增效剂性能测试结果
Figure BDA0003024344390000071
结果分析：
(1)结合实施例1～11和对比例1～4并结合表2可以看出，采用苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与聚丙烯酸钠一同配合，有利于提高增效剂的分散性能，进而提高混凝土的强度性能。其原因可能在于，聚丙烯酸钠分子量远小于减水剂以及苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚等物质，因此其具有更好的渗透性，能够渗透絮凝结构的间隙内，从而与絮凝结构中的水泥颗粒产生吸附作用，并通过静电斥力使得絮凝结构分散；然而聚丙烯酸钠结构的分散力不足，需要借助于苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚的强分散作用以稳定分离水泥颗粒，以破坏絮凝结构，释放其包裹的水分,进而使水泥颗粒能够充分水化,形成水泥包裹骨料的高强结构,最终提高混凝土的强度性能。
在达到同等强度性能的情况下，本申请的增效剂能够有效减少水泥的用量，有效提高经济效益。
(2)结合实施例1和实施例5～6并结合表2可以看出，采用合适配比的苯乙烯苯酚与环氧乙烷，有利于提高增效剂的分散性能，进而提高混凝土的强度性能。其原因可能在于，苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚通过苯酚基团与水泥颗粒表面形成氢键，从而与牢固水泥颗粒产生化学结合，牢固的吸附在水泥颗粒上；同时，苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚分子链上的聚氧乙烯链具有较高的亲水性，能够充分伸展至水溶液中，在水泥颗粒表面形成保护层，减少颗粒间的范德华力，并产生空间位阻作用，以提高水泥颗粒的分散性。
当环氧乙烷用量太少时，会导致苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚中的聚氧乙烯链长度过短，当苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚附着于水泥颗粒表面时，不足以形成厚度足够的保护层，导致其分散性下降；当环氧乙烷用量太多时，会导致苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚中的聚氧乙烯链长度过长，使得水泥颗粒间产生架桥作用，反而导致水泥颗粒再次絮凝，分散性下降。
(3)结合实施例1～11和实施例7～9并结合表2可以看出，对苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚进行磺化，且达到合适的磺化度，有利于提高增效剂的分散性能，进而提高混凝土的强度性能。其原因可能在于，苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚磺化后，可在聚氧乙烯链上引入阴离子基团，有利于提高苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚的分散性，最终改善混凝土的强度性能。
(4)结合对比例1～3并结合表2可以看出，采用苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与聚丙烯酸钠一同配合，有利于提高混凝土的强度性能，而单独采用聚并烯酸钠反而会导致混凝土强度性能的下降。其原因可能在于，聚丙烯酸钠的分散性能不足，稳定性较差，在碱性或温度上升的情况下，聚丙烯酸钠会产生絮凝作用，导致水泥颗粒再次絮凝，导致其分散性下降，混凝土性能随之下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种混凝土增效剂，其特征在于，由包含如下重量份的原料组成：
醇胺化合物：10～33份；
减水剂：17～25份；
苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚：8～16份；
聚丙烯酸钠：5～15份；
水：23～36份；
所述苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚按照如下方法制备得到：
S101:将苯酚加热熔融，降温至40～55℃，滴加硫酸，升温至110～130℃，开始滴加苯乙烯，在130～150℃的温度下保温反应2～3h,充分烷基化,降至室温，制得苯乙烯苯酚；
S102:先将苯乙烯苯酚置于真空环境下进行脱水，脱水时间为0.5～1h,脱水完毕后加入氢氧化钠，然后在氮气保护下，升温至110～120℃，控制压力为0.1～0.2MPa，开始加入环氧乙烷，加入时长为1～2h,加料完毕后，保温0.5～1h,降温脱气得到苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚；
所述苯乙烯苯酚与环氧乙烷的摩尔比为1:（80～130）；
所述苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚按照如下方法进行改性：
将苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚加热至70～80℃，开始滴加氨基磺酸与尿素，在1～2h内滴加完毕，然后混合均匀，升温至110～120℃，保温反应3～4h；且所述苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚与氨基磺酸的重量比为（12～16）:1，尿素的质量分数为1～3%。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土增效剂，其特征在于：以重量份数计，所述混凝土增效剂的原料还包括12～20份的硅溶胶。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土增效剂，其特征在于：所述醇胺化合物采用三乙醇胺与三异丙醇胺中的一种或其组合物。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土增效剂，其特征在于：所述聚丙烯酸钠的分子量为2000～3000。
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