CN115215581A - 混凝土稳泡剂及其制备方法、混凝土减水剂和混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混凝土稳泡剂及其制备方法、混凝土减水剂和混凝土，该混凝土稳泡剂的制备原料按重量份计包括以下组分：三乙醇胺松香酯10‑25份，妥尔油皂1‑5份，增稠剂0.1‑0.5份，去离子水62‑70份。该混凝土稳泡剂各个组分协同作用，使气泡液膜更密实，弹性模量更大，气泡上浮率小和淬灭率更小，能有效改善气泡在混凝土分布的均匀性和稳定性，使混凝土的气泡保持时间更长。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土建筑材料领域，特别涉及一种混凝土稳泡剂及其制备方法，同时本发明还涉及一种包括上述混凝土稳泡剂的混凝土减水剂和混凝土。
背景技术
混凝土以其优良的性价比成为了建筑领域主要材料之一，广泛应用于工民建工程中。混凝土由胶凝材料、细集料、粗集料、外加剂和水拌合均匀而成。其中外加剂的种类很多，不同外加剂具有减水、保坍、缓凝、保水、引气、增强等不同性能。混凝土外加剂为混凝的顺利施工提供保障，具有引气性能的混凝土外加剂不仅能够增加混凝土的和易性，减少混凝土的浇筑时间，而且可以提高硬化混凝土的耐久性，增长混凝土的使用年限，节省后期工程维护的资金费用。但是目前具有引气性能的混凝土外加剂存在一个缺陷是引入混凝土中的气泡很容易上浮、破灭，即气泡稳定性不好，因此亟需研制混凝土稳气剂来弥补这一缺陷。
目前专利文献的稳气剂大多实质上是引气剂，具有引入气泡的功能，但是对于使气泡均匀、稳定存在于新拌混凝土中，也没有具体的指导方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种混凝土稳泡剂，改善混凝土内部气泡的稳定性。
一种混凝土稳泡剂，所述混凝土稳泡剂的制备原料按重量份计包括以下组分：三乙醇胺松香酯10-25份，妥尔油皂1-5份，增稠剂0.1-0.5份，去离子水62-70份。
进一步的，所述增稠剂包括纤维素类增稠剂，淀粉类增稠剂，醚类增稠剂和天然胶增稠剂中的至少一种。
进一步的，所述混凝土稳泡剂的制备原料还包括1-4份的气相二氧化硅。
本发明提出了一种混凝土稳泡剂的制备方法：三乙醇胺松香酯：将松香熔液与酯化催化剂混合，滴入三乙醇胺，保温，得到三乙醇胺松香酯；
将所述三乙醇胺松香酯，妥尔油皂，增稠剂，去离子水混合均匀。
进一步的，其特征在于：所述酯化催化剂为对甲苯磺酸。
进一步的，所述松香熔液的温度为185-210℃。
进一步的，滴入三乙醇胺的时间控制在90-120min，和/或，酯化保温时间为180-210min。
进一步的，所述三乙醇胺松香酯制备完成后，降温至80-100℃，向所述三乙醇胺松香酯中加入1-4份气相二氧化硅，混合均匀。
同时，本发明还提出了一种混凝土减水剂，所述混凝土减水剂的制备原料中包括上述的混凝土稳泡剂。
本发明还提出了一种混凝土，所述混凝土的制备原料中包括上述的混凝土减水剂。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。另外，除本实施例特别说明之外，本实施例中所涉及的各术语及工艺依照现有技术中的一般认知及常规方法进行理解即可。
一种混凝土稳泡剂，混凝土稳泡剂的制备原料按重量份计包括以下组分：三乙醇胺松香酯10-25份，妥尔油皂1-5份，增稠剂0.1-0.5份，去离子水62-70份。
通常在抗渗混凝土、抗冻混凝土、抗硫酸侵蚀混凝土、泌水严重的混凝土、轻混凝土以及对饰面有要求的混凝土中需引入大量分布均匀的微小气泡，由于气泡的可压缩性，因而可以缓解结冰产生的膨胀压力，同时，气泡还可以容纳自由水的迁入，因而可以大大缓解渗透压力，以减少混凝土拌合物的泌水、离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻性、耐久性。本发明的混凝土稳泡剂各个组分协同作用，在混凝土拌合时加入，可以使混凝土的气泡保持时间更长。
本发明的混凝土稳泡剂中的增稠剂可以提高拌合水的粘度，增大气泡的液膜厚度，降低泡沫流动性，使气泡更牢固稳定。增稠剂可以优选采用维素类增稠剂，淀粉类增稠剂，醚类增稠剂和天然胶增稠剂中的至少一种，如FY800，羧甲基纤维素，羟甲基纤维素，淀粉醚，聚丙烯酸类增稠剂等。此类增稠剂分子量大，亲水基团多，亲水性好，而且水力学半径大，能够笼络更多的水分子，从而具有一定的稳泡效果，同时还具有保水锁水的作用。
三乙醇胺松香酯是松香酸和三乙醇胺酯化的产物，松香具有三环菲骨架和一个羧基，三乙醇胺则具有三个羟基，酯化时三个松香的羧基分别接枝在三乙醇胺的三个羟基上，形成具有大骨架的三乙醇胺松香酯。松香本身是不溶于水的，与三乙醇胺酯化后的三乙醇胺松香酯则能够溶于水，而且具有很好的表面活性，在混凝土拌合时可以引入大量气泡。三乙醇胺松香酯的大骨架结构能支撑气泡液膜的强度，使液膜更加牢固，不易破裂。
妥尔油皂主要成分是脂肪酸和松香酸的混合物，脂肪酸是直链有机酸，松香酸则有环状结构，相较于三乙醇胺松香酯来说，妥尔油皂中的直链有机酸和松香酸分子量更小。妥尔油皂与三乙醇胺松香酯混合后，脂肪酸和松香酸能填补三乙醇胺松香酯大骨架之间的空隙，形成楔形结构，互相嵌锁，使气泡液膜的支撑结构更加致密，强度更高。
因此本发明的混凝土稳泡剂中的增稠剂能够增大气泡液膜的厚度，三乙醇胺松香酯和妥尔油皂则可以提高气泡液膜的强度，各个组分协同作用，使气泡液膜更密实，弹性模量更大，气泡上浮率小和淬灭率更小，能有效改善气泡在混凝土分布的均匀性和稳定性，使混凝土的气泡保持时间更长。
本发明的混凝土稳泡剂的制备原料还包括1-4份的气相二氧化硅，气相二氧化硅粒径小，比表面积大（150-300m2/g）,能在水中形成稳定的氢键三维网络结构，有利于吸附气泡，有利于气泡悬浮于液相中，从而协同稳泡剂的其他组分，从而达到稳泡的效果。
本发明还提出了一种混凝土稳泡剂的制备方法，具体可以采用以下方式：
取适量松香和三乙醇胺，使松香羧基含量与三乙醇胺的N含量的摩尔比约3：1。加热固体松香，使其融化，获得松香熔液，具体可以将松香加入容器进行油浴加热，油浴控温185-210℃，加热30min后，开启搅拌，得到松香熔液。
向上述的松香熔液加入酯化催化剂，酯化催化剂优选为对甲苯磺酸，加入量是松香和三乙醇胺总重量的1-3％。然后用恒压滴液漏斗滴入三乙醇胺，滴加时间控制在90-120min，保温180-210min，得到三乙醇胺松香酯。将三乙醇胺松香酯，妥尔油皂，增稠剂，去离子水混合均匀。
为使本发明的混凝土稳泡剂的性能更优，还可以在三乙醇胺松香酯制备完成后，加入气相二氧化硅，此时，加入前需使三乙醇胺松香酯降温至80-100℃，搅拌30-50min，使其混合均匀，而后加入妥尔油皂，增稠剂，去离子水，搅拌均匀即可制得呈现膏状的稳泡剂。
本发明的混凝土稳泡剂具有较好的水溶性，亲水性好，能与混凝土减水剂进行复配，具有良好的相容性，能够快速分散于混凝土中，起到匀泡和稳泡作用。因此，本发明同时还提出了一种混凝土减水剂，混凝土减水剂的制备原料中包括上述的混凝土稳泡剂，采用复配有混凝土稳泡剂的减水剂，既提升新拌混凝土的和易性、泵送性及施工性，又能使气泡稳定改善硬化混凝土抗冻性能、耐久性能。
本发明还提出了一种混凝土，混凝土的制备原料中包括上述的混凝土减水剂。掺入本发明混凝土减水剂的混凝土，内部气泡均匀稳定，具有比较好的耐久性和较长的使用寿命。
下面对本发明的具体实现方案做详细的描述。
实施例1
混凝土稳泡剂是由下述原料制成的：去离子水63份，增稠剂FY-800为0.3份，妥尔油皂2份，三乙醇胺松香酯16份，气相二氧化硅CB45 A为2份。
制备方法包括如下工艺步骤：
松香熔液的制备：先把松香加入三口瓶中进行油浴加热，油浴控温至190℃，30min后，开启搅拌，25min后得到松香熔液。
三乙醇胺松香酯的制备：向松香熔液中首先加入对甲苯磺酸催化剂，用恒压滴液漏斗滴入三乙醇胺，滴加时间为100min, 保温190min，使其酯化，保证产物中的酯：N=3:1，得到三乙醇胺松香酯。
将三乙醇胺松香酯降温至85℃，加入气相二氧化硅CB45 A，使三乙醇胺松香酯与气相二氧化硅的质量比为8:1，搅拌35min。
加入妥尔油皂，增稠剂，去离子水混合均匀。
将上述实施例1制得的混凝土稳气剂根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》配制混凝土，测试基准混凝土、受检混凝土的初始含气量，3小时后的含气量，硬化混凝土的含气量，结果见表1。
表1（使用实施例1的）混凝土检测结果
实施例2
混凝土稳泡剂是由下述原料制成的：去离子水65份，增稠剂FY-800为0.3份，妥尔油皂2份，松香改性物20份，气相二氧化硅CB45 A为2.5份。
制备方法包括如下工艺步骤：
松香熔液的制备：先把松香加入三口瓶中进行油浴加热，油浴控温至195℃，30min后，开启搅拌，25min后得到松香熔液。
三乙醇胺松香酯的制备：向松香熔液中首先加入对甲苯磺酸催化剂，用恒压滴液漏斗滴入三乙醇胺，滴加时间为100min, 保温200min，使其酯化，保证产物中的酯：N=3:1，得到三乙醇胺松香酯。
将三乙醇胺松香酯降温至85℃，加入气相二氧化硅CB45 A，使三乙醇胺松香酯与气相二氧化硅的质量比为8:1，搅拌40min。
加入妥尔油皂，增稠剂，去离子水混合均匀。
将上述实施例2制得的混凝土稳气剂根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》配制混凝土，测试基准混凝土、受检混凝土的初始含气量，3小时后的含气量，硬化混凝土的含气量，结果见表2。
表2（使用实施例2的）混凝土检测结果
实施例3：
混凝土稳泡剂是由下述原料制成的：去离子水70份，增稠剂FY-800为0.3份，妥尔油皂2份，松香改性物24份，气相二氧化硅CB45 A为3份。
制备方法包括如下工艺步骤：
松香熔液的制备：先把松香加入三口瓶中进行油浴加热，油浴控温至200℃，30min后，开启搅拌，25min后得到松香熔液。
三乙醇胺松香酯的制备：向松香熔液中首先加入对甲苯磺酸催化剂，用恒压滴液漏斗滴入三乙醇胺，滴加时间为100min, 保温210min，使其酯化，保证产物中的酯：N=3:1，得到三乙醇胺松香酯。
将三乙醇胺松香酯降温至90℃，加入气相二氧化硅CB45 A，使三乙醇胺松香酯与气相二氧化硅的质量比为8:1，搅拌45min。
加入妥尔油皂，增稠剂，去离子水混合均匀。
将上述实施例3制得的混凝土稳气剂根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》配制混凝土，测试基准混凝土、受检混凝土的初始含气量，3小时后的含气量，硬化混凝土的含气量，结果见表3。
表3（使用实施例3的）混凝土检测结果
实施例4
混凝土稳泡剂的制备原料和制备方法基本与实施例1相同，不同的是本实施例中未加入气相二氧化硅。
将上述实施例4制得的混凝土稳气剂根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》配制混凝土，测试基准混凝土、受检混凝土的初始含气量，3小时后的含气量，硬化混凝土的含气量，结果见表4。
表4（使用实施例4的）混凝土检测结果
实施例5：
本实施例的混凝土稳泡剂的制备原料和制备方法与实施例3相同，不同的是本实施例中未加入气相二氧化硅。
将上述实施例5制得的混凝土稳气剂根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》配制混凝土，测试基准混凝土、受检混凝土的初始含气量，3小时后的含气量，硬化混凝土的含气量，结果见表5。
表5（使用实施例5的）混凝土检测结果
对比例1
本实施例的混凝土稳泡剂的制备原料和制备方法与实施例3相同，不同的是本实施例中未加入妥尔油皂。
将上述对比例制得的混凝土稳气剂根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》配制混凝土，测试基准混凝土、受检混凝土的初始含气量，3小时后的含气量，硬化混凝土的含气量，结果见表6。
表6（使用对比例1的）混凝土检测结果
对比例2
本实施例的混凝土稳泡剂的制备原料和制备方法与实施例3相同，不同的是本实施例中未加入三乙醇胺松香酯。
将上述对比例制得的混凝土稳气剂根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》配制混凝土，测试基准混凝土、受检混凝土的初始含气量，3小时后的含气量，硬化混凝土的含气量，结果见表7。
表7（使用对比例2的）混凝土检测结果
对比例3
采用市售改性硅树脂聚醚微乳液FM-550为混凝土稳气剂根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》配制混凝土，测试基准混凝土、受检混凝土的初始含气量，3小时后的含气量，硬化混凝土的含气量，结果见表8。
表8（使用对比例3的）混凝土检测结果
从以上各实施例可知，掺加稳气剂的受检混凝土，初始含气量，3小时的含气量以及硬化后的含气量都大于不掺引气剂的基准混凝土的相应的含气量，且受检混凝土含量变化不大，因此该混凝土稳气剂具有良好的匀泡和稳泡的能力。而使用对比例3的外购稳气剂的混凝土，含气量明显低于各实施例。
对比例1和实施例1比较，可知稳泡剂中少了妥尔油皂组分后，混凝土的稳气性能下降，究其原因在于分子间不能形成楔形结构。
对比例2和实施例3比较，可知稳泡剂中少了三乙醇胺松香酯后，混凝土的稳气性能下降，原因在于气泡液膜上的支撑作用不够。
综上所述，本发明掺入混凝土中，不仅能够改善内部气泡的均匀性、稳定性，还能够提高硬化混凝土的耐久性，延长混凝土工程的使用寿命，节省工程的后期维护、维修费用。可广泛应用于可用于低标、高标混凝土、常态混凝土、泵送混凝土、碾压混凝土等，可广泛用于房建、高速公路、高速铁路、地铁以及水利等工程项目中。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (10)
1.一种混凝土稳泡剂，其特征在于：所述混凝土稳泡剂的制备原料按重量份计包括以下组分：三乙醇胺松香酯10-25份，妥尔油皂1-5份，增稠剂0.1-0.5份，去离子水62-70份。
2.根据权利要求1所述的混凝土稳泡剂，其特征在于：所述增稠剂包括纤维素类增稠剂，淀粉类增稠剂，醚类增稠剂和天然胶增稠剂中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的混凝土稳泡剂，其特征在于：所述混凝土稳泡剂的制备原料还包括1-4份的气相二氧化硅。
4.一种混凝土稳泡剂的制备方法，其特征在于：制备三乙醇胺松香酯：将松香熔液与酯化催化剂混合，滴入三乙醇胺，保温，得到三乙醇胺松香酯；
将所述三乙醇胺松香酯，妥尔油皂，增稠剂，去离子水混合均匀。
5.根据权利要求4所述的混凝土稳泡剂的制备方法，其特征在于：所述酯化催化剂为对甲苯磺酸。
6.根据权利要求4所述的混凝土稳泡剂的制备方法，其特征在于：所述松香熔液的温度为185-210℃。
7.根据权利要求4所述的混凝土稳泡剂的制备方法，其特征在于：滴入三乙醇胺的时间控制在90-120min，和/或，酯化保温时间为180-210min。
8.根据权利要求4所述的混凝土稳泡剂的制备方法，其特征在于：所述三乙醇胺松香酯制备完成后，降温至80-100℃，向所述三乙醇胺松香酯中加入1-4份气相二氧化硅，混合均匀。
9.一种混凝土减水剂，其特征在于：所述混凝土减水剂的制备原料中包括权利要求1-3任一项所述的混凝土稳泡剂。
10.一种混凝土，其特征在于：所述混凝土的制备原料中包括权利要求9中所述的混凝土减水剂。
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