CN113185179A - 超保坍混凝土外加剂及其制备方法和一种超保坍混凝土 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土外加剂领域，具体公开了一种保坍混凝土外加剂及其制备方法和一种超保坍混凝土。一种超保坍混凝土外加剂，包括如下重量份的原料：端氨基甲氧基聚乙二醇10‑30份、甲氧基聚乙二醇15‑10份、聚甲基丙烯酸50‑80份、脂肪族羟基酸20‑40份，其制备方法为：按配方量称取端氨基甲氧基聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚甲基丙烯酸和脂肪族羟基酸，搅拌共混，加热至100‑110℃保温反应2‑3h，干燥得到超保坍混凝土外加剂，在混凝土中加入本申请的超保坍混凝土外加剂，制得商品混凝土，此商品混凝土在高温的运输环境下仍然具有较好的保坍性能。

Description

超保坍混凝土外加剂及其制备方法和一种超保坍混凝土
技术领域
本申请涉及混凝土外加剂领域，更具体地说，它涉及一种超保坍混凝土外加剂及其制备方法和一种超保坍混凝土。
背景技术
预拌混凝土中加入不同功效的外加剂可制成具有不同特性的商品混凝土，商品混凝土先进行拌合后被运输至不同的地点进行施工。因此，由于运输时间以及环境温度的不确定性，市场上对商品混凝土坍落度保持性的要求较高。
相关技术中，公告号为CN103553490B的专利公开了一种高保坍性混凝土及其制备方法和应用，其通过硅胶粉和减水剂复配使用，硅胶粉吸附减水剂从而使得减水剂达到缓释效果，提高混凝土在远距离运输过程中的保坍性能，但在高温运输环境下，商品混凝土中水泥的水化速率较快，商品混凝土的粘度急剧增大，减水剂难以从硅胶中释放，无法起到有效保坍作用。
而市场上常见的保持商品混凝土坍落度的手段为在预拌混凝土拌合过程中分批次加入聚羧酸减水剂，但聚羧酸减水剂对温度敏感，随温度的升高，掺有聚羧酸减水剂的商品混凝土坍落度损失急剧升高，因此，此方法也难以在高温下起到较好的保坍作用。
针对上述相关技术，本申请人认为需要对商品混凝土的外加剂进行改良，使得商品混凝土在高温的运输环境下仍然具有较好的保坍性能。
发明内容
为了提高商品混凝土在高温运输环境下的保坍性能，本申请提供一种超保坍混凝土外加剂及其制备方法和一种超保坍混凝土。
第一方面，本申请提供一种超保坍混凝土外加剂，采用如下的技术方案：
一种超保坍混凝土外加剂，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0003068007720000011
通过采用上述技术方案，脂肪族羟基酸以脂肪族碳链为主链，至少含有一个羧基和一个羟基，脂肪族羟基酸均能够接枝在甲氧基聚乙二醇、端氨基甲氧基聚乙二醇和聚甲基丙烯酸上，端氨基甲氧基聚乙二醇与聚甲基丙烯酸发生酰胺化反应以及酯化反应，甲氧基聚乙二醇与聚甲基丙烯酸发生酯化反应，端氨基甲氧基聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚甲基丙烯酸和脂肪族羟基酸四者交联形成外加剂。
外加剂具有大分子交联结构，外加剂中含有羟基、醚键以及酰胺键等基团，能够溶解在混凝土的拌和水中。水化反应初期外加剂的交联大分子尺寸较大，不易被具有孔隙结构的骨料、层状结构的矿粉吸附进入孔隙或层间，对骨料和矿粉的适应性良好，且由于外加剂外表面接枝的羧基可作为锚固点，使得外加剂附着在水泥颗粒上，外加剂对水泥颗粒的阻聚分散效果好。
后期在高温以及水化放热的作用下，混凝土水化反应速率加快，混凝土含碱量随温度的升高而增大，而外加剂分子中的酯键水解程度随混凝土的含碱量增大而增大，外加剂的缓释速率能够根据含碱量自动调控，外加剂分子水解成若干含有不同基团以及接枝有脂肪族羟基酸的聚合物，这些聚合物吸附在水泥颗粒上，共同作用，对水化反应进行二次抑制，并且由于这些聚合物的分子量较大，通过空间位阻的作用，使得水泥颗粒之间具有较好的分散保持性。
同时聚合物中含有大量的羟基、醚键和酰胺键，与水分子的氢键缔合性能较好，水分的蒸发减少，使得混凝土的流动性较好；除此之外，外加剂水解后形成胶束，使得混凝土的粘度保持在合适的粘度范围内，降低混凝土的坍落度损失以及降低混凝土离析泌水的可能性，混凝土在高温下的和易性和保坍性能优良。
优选的，所述端氨基甲氧基聚乙二醇的重均分子量为5000-20000。
优选的，所述甲氧基聚乙二醇的重均分子量为2000-10000。
优选的，所述聚甲基丙烯酸的重均分子量为40000-120000。
通过采用上述技术方案，由于聚甲基丙烯酸的重均分子量远高于甲氧基聚乙二醇和端氨基甲氧基聚乙二醇，使得外加剂的羧基含量增大，外加剂与水泥颗粒的吸附作用较好，进一步改善外加剂对水泥颗粒的阻聚分散效果。
优选的，所述脂肪族羟基酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的任意一种或多种。
通过采用上述技术方案，柠檬酸、酒石酸、苹果酸均含有多个羧基，其中更为优选的为柠檬酸，上述脂肪族羟基酸使得外加剂在初期和后期与水泥颗粒的吸附效果较好，进一步改善外加剂的保坍效果。
优选的，所述原料中还加入催化剂，所述催化剂与聚甲基丙烯酸的质量比为(0.01-0.02):1。
优选的，所述催化剂为对甲基苯磺酸。
通过采用上述技术方案，对甲基苯磺酸作为催化剂促进酯化反应的进行，使得外加剂分子能够在短时间内形成交联结构，除此之外对甲基苯磺酸随外加剂掺入混凝土中，对甲基苯磺酸的磺酸基能够抑制水化反应的进行，进一步起到缓凝效果，同时对甲基苯磺酸中无氯离子、硫酸根离子，能够降低其对混凝土的危害。
第二方面，本申请提供一种超保坍混凝土外加剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种超保坍混凝土外加剂的制备方法，包括如下制备步骤：
按配方量称取端氨基甲氧基聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚甲基丙烯酸和脂肪族羟基酸，搅拌共混，加热至100-110℃保温反应2-3h，干燥得到超保坍混凝土外加剂。
通过采用上述技术方案，制得一种能够在高温下具有良好的保坍性能的外加剂。
第三方面，本申请提供一种超保坍混凝土，采用如下的技术方案：
一种超保坍混凝土，包括水泥、矿粉、粉煤灰、天然砂、石子、水和外加剂，所述外加剂为前述超保坍混凝土外加剂。
通过采用上述技术方案，超保坍混凝土外加剂掺加入混凝土中，制得具有高温超长保坍性能的超保坍混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用端氨基甲氧基聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、脂肪族羟基酸和聚甲基丙烯酸通过酯化交联反应形成大分子交联结构的外加剂，由于混凝土中水泥的水化程度随温度的升高而增大，外加剂随混凝土的水化程度进行水解，产生大量不同基团的聚合物，聚合物对水化反应进行二次抑制，同时由于聚合物的分子量较大，通过空间位阻的作用，使得水泥颗粒之间具有较好的分散保持性，使得外加剂在高温下的保坍效果较好；同时外加剂具有较好的保水性以及对混凝土具有一定的粘度调控能力，使得混凝土的粘度在一定时间内保持在合适的粘度范围内，具有优良的和易性和保坍性。
2、本申请中优选采用柠檬酸、酒石酸、苹果酸等多羧基脂肪族羟基酸，通过增大外加剂表面的羧基含量从而促进外加剂在初期和后期与水泥颗粒表面的吸附，进一步改善外加剂的保坍效果。
3、本申请优选采用对甲基苯磺酸作为催化剂，对甲基苯磺酸随外加剂掺入混凝土中，对甲基苯磺酸的磺酸基能够抑制水化反应的进行，进一步起到缓凝效果，同时对甲基苯磺酸中无氯离子、硫酸根离子，能够降低其对混凝土的危害。
具体实施方式
如无特殊说明，实施例中的原料的规格与来源均如下表1所示。
表1.实施例中的原料的规格与来源
Figure BDA0003068007720000041
实施例
一种超保坍混凝土外加剂，按照如下步骤制得：
称取配方量的端氨基甲氧基聚乙二醇(重均分子量为5000)、甲氧基聚乙二醇(重均分子量为2000)、聚甲基丙烯酸(重均分子量为40000)和葡萄糖酸，依次加入至搅拌器内进行共混，加热至100-110℃保温反应2h，加入碳酸氢钠调节pH至7，得到的粗产品放入烘箱中烘干，直至粗产品中的含水量≤0.1wt％，得到超保坍混凝土外加剂。
实施例1-9均按照上述方法制得，实施例1-9之间的区别点在于各个原料的掺加量不同，具体掺加量如下表2所示。
表2.实施例1-9原料的组成
Figure BDA0003068007720000042
Figure BDA0003068007720000051
实施例10-11
一种超保坍混凝土外加剂，与实施例9的区别点在于端氨基甲氧基聚乙二醇的重均分子量不同，实施例10中使用的端氨基甲氧基聚乙二醇重均分子量为10000，实施例11中使用的端氨基甲氧基聚乙二醇重均分子量为20000。
实施例12-13
一种超保坍混凝土外加剂，与实施例11的区别点在于甲氧基聚乙二醇的重均分子量不同，实施例12中使用的甲氧基聚乙二醇重均分子量为5000，实施例13中使用的甲氧基聚乙二醇重均分子量为10000。
实施例14-15
一种超保坍混凝土外加剂，与实施例13的区别点在于聚甲基丙烯酸的重均分子量不同，实施例14中使用的聚甲基丙烯酸重均分子量为80000，实施例15中使用的聚甲基丙烯酸重均分子量为120000。
实施例16-19
一种超保坍混凝土外加剂，与实施例15的区别点在于脂肪族羟基酸的组成不同，具体种类如下表3所示。
表3.脂肪族羟基酸的组成
Figure BDA0003068007720000052
实施例20-21
一种超保坍混凝土外加剂，与实施例16的区别点在于在原料中加入0.8g催化剂，实施例20中所加入的催化剂为浓硫酸，实施例21中所加入的催化剂为对甲苯磺酸。
实施例22-23
一种超保坍混凝土外加剂，与实施例21的区别点在于对甲苯磺酸的掺加量不同，实施例22中对甲苯磺酸的掺加量为1.2g，实施例23中对甲苯磺酸的掺加量为1.6g。
实施例24-25
一种超保坍混凝土外加剂，与实施例23的区别点在于保温反应的时间不同，实施例24的保温反应时间为2.5h，实施例25的保温反应时间为3h。
对比例
对比例1-3
一种超保坍混凝土外加剂，与实施例1的区别点在于，原料的组成不同，具体组成如下表4所示。
表4.对比例1-3原料的组成
Figure BDA0003068007720000061
对比例4
一种外加剂，按照如下步骤制得：将硅胶粉研磨至比表面积为600m2/kg，称取硅胶粉18.5kg和减水剂9.6kg，搅拌混合5min，得到外加剂；
其中硅胶粉来源于青岛邦凯细孔硅胶，减水剂为中砼冠疆有限公司高效聚羧酸减水剂。
对比例5
一种聚羧酸减水剂，牌号为SPE-101，购买于科隆股份有限公司。
性能检测试验
采用上述实施例1-25以及对比例1-5分别加入以下两种商品混凝土中，两种商品混凝土的配方不同，制备方法相同，具体制备方法如下：
称取水泥200kg/m3、矿粉80kg/m3、粉煤灰40kg/m3、天然砂950kg/m3、石子840kg/m3、水128kg/m3和外加剂8kg/m3，将上述原料投入至搅拌机中搅拌共混10min；
其中两种商品混凝土中矿粉均为S95级矿粉，来源于河北友胜耐火材料有限公司；
粉煤灰均为一级粉煤灰，货号为qd-590，来源于灵寿县强东矿产品加工厂；
天然砂均为磊泰细砂，粒径为3-7mm，含泥量≤0.1％，含水量≤0.1％，来源于石家庄磊泰科技有限公司；
石子均为鹏硕粗砂，粒径为10-40mm，含泥量≤0.001％，含水量≤0.001％，来源于灵寿县鹏硕矿产品加工厂；
两种商品混凝土中的水泥组成不同，具体组成如下表所示：
水泥组成 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO SO<sub>3</sub> Na<sub>2</sub>O Loss f-CaO C<sub>3</sub>S C<sub>2</sub>S C<sub>3</sub>A C<sub>4</sub>AF
商品混凝土一 21.16 4.73 2.56 63.74 2.27 2.76 0.62 1.58 0.54 53.61 21.5 7.15 7.49
商品混凝土二 21.58 4.81 3.36 62.56 2.89 2.40 1.58 1.46 0.43 54.57 25.48 6.59 8.79
商品混凝土二的含碱量大于商品混凝土一。
商品混凝土性能按照GB/T8076-2008中进行测试。
检测方法
表5.商品混凝土一分别在30℃和50℃的环境温度下1h和4h时坍落度经时变化量
Figure BDA0003068007720000071
Figure BDA0003068007720000081
表6.商品混凝土二分别在30℃和50℃的环境温度下1h和4h时坍落度经时变化量
Figure BDA0003068007720000082
Figure BDA0003068007720000091
本申请对同一型号的商品混凝土进行测试，分析其在30℃的运输温度下1h以及4h的坍落度经时变化量：
结合实施例1-9、对比例1-3以及表5可以看出：使用端氨基甲氧基聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚甲基丙烯酸和脂肪族羟基酸四者交联形成的外加剂对水泥颗粒的水化抑制以及分散效果好，以商品混凝土一为例，使用实施例1-25的商品混凝土一1h的坍落度经时变化量最高为38mm，而使用对比例1-5的商品混凝土一1h的坍落度经时变化量高达61mm，坍落度损失严重，其耐高温性不佳。
同时，根据实施例1-25与对比例4-5的坍落度经时变化量可以看出，使用实施例1-25的商品混凝土一在1h和4h的坍落度经时变化量差值不超过30mm，而使用对比例4-5的商品混凝土一在1h和4h的坍落度经时变化量差值均高于30mm，证明使用此交联型外加剂可以在后期对水化反应进行较好地二次抑制作用以及促进水泥颗粒之间的分散。
结合实施例9-15并结合表5可以看出，当聚甲基丙烯酸的重均分子量远高于甲氧基聚乙二醇和端氨基甲氧基聚乙二醇时，外加剂的羧基含量较大，商品混凝土一1h的坍落度经时变化量较小，短时保坍性能较好，同时，其在4h的坍落度经时变化量略有提高，但均≤41mm，长时间的保坍性能较好。
结合实施例15-19并结合表5可以看出，脂肪族羟基酸的羧基含量越高，商品混凝土一坍落度经时变化量越小，证明外加剂在初期和后期与水泥颗粒的吸附效果较好，外加剂的保坍效果优良。
本申请对同一型号的商品混凝土进行测试，提高运输温度至50℃，对其1h以及4h的坍落度经时变化量进行分析：
结合实施例1-25、对比例1-5并结合表5可以看出，温度升高后，使用实施例1-25的商品混凝土一1h以及4h的坍落度经时变化量略微增大，但增加量均在10mm左右，而使用对比例4-5的商品混凝土一1h以及4h的坍落度经时变化量显著增加，增加量均≥15mm，因此，本申请的外加剂在高温下保坍时间长，保坍效果好。
本申请对不同含碱量的商品混凝土在同一运输温度以及相同的时间的坍落度经时变化量进行分析：
商品混凝土二的含碱量高于商品混凝土一，结合实施例1-25、对比例4-5并结合表5可以看出，实施例1-25加入商品混凝土一和商品混凝土二中，商品混凝土一和商品混凝土二在30℃的运输温度下1h的坍落度经时变化量几乎无变化，而对比例4-5加入商品混凝土一和商品混凝土二中，商品混凝土一和商品混凝土二在30℃的运输温度下1h的坍落度经时变化量相差显著，因此，可以证明本申请的外加剂可以根据混凝土中的含碱量自动调控，适用于不同含碱量的混凝土中。
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 (9)

1.一种超保坍混凝土外加剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：
端氨基甲氧基聚乙二醇 10-30份
甲氧基聚乙二醇 15-10份
聚甲基丙烯酸 50-80份
脂肪族羟基酸 20-40份。
2.根据权利要求1所述的一种超保坍混凝土外加剂，其特征在于：所述端氨基甲氧基聚乙二醇的重均分子量为5000-20000。
3.根据权利要求1所述的一种超保坍混凝土外加剂，其特征在于：所述甲氧基聚乙二醇的重均分子量为2000-10000。
4.根据权利要求1所述的一种超保坍混凝土外加剂，其特征在于：所述聚甲基丙烯酸的重均分子量为40000-120000。
5.根据权利要求1所述的一种超保坍混凝土外加剂，其特征在于：所述脂肪族羟基酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种超保坍混凝土外加剂，其特征在于：所述原料中还加入催化剂，所述催化剂与聚甲基丙烯酸的质量比为（0.01-0.02）:1。
7.根据权利要求6所述的一种超保坍混凝土外加剂，其特征在于：所述催化剂为对甲基苯磺酸。
8.权利要求1-7中任意一项所述的超保坍混凝土外加剂的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
按配方量称取端氨基甲氧基聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚甲基丙烯酸和脂肪族羟基酸，搅拌共混，加热至100-110℃保温反应2-3h，干燥得到超保坍混凝土外加剂。
9.一种超保坍混凝土，包括水泥、矿粉、粉煤灰、天然砂、石子、水和外加剂，其特征在于：所述外加剂为权利要求1-7中任意一项所述的超保坍混凝土外加剂。
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CN117024083B (zh) * 2023-08-21 2024-04-30 丰宁满族自治县公路工程建设发展中心 一种高速公路高架桥桥墩护层混凝土的制备方法

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