CN115947560A - 改善混凝土和易性外加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改善混凝土和易性外加剂及其制备方法，该改善混凝土和易性外加剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：10‑20份提浆改良剂、30‑60份保水剂、20‑30份分散剂和5‑30份水；所述提浆改良剂是采用不饱和羧酸、烯基磺酸有机物和醇聚合获得。该改善混凝土和易性外加剂各制备原料协同作用，可以改善降低混凝土的泌水率，减少混凝土的堆芯、泌水、离析、露石等不良现象，使混凝土的和易性得到显著改善。

Description

改善混凝土和易性外加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土建筑材料领域，特别涉及一种改善混凝土和易性外加剂，同时本发明还涉及一种上述改善混凝土和易性外加剂的制备方法。

背景技术

随着混凝土行业的迅速发展，优质混凝土原材料逐渐紧缺，大量质量不佳的材料使用在混凝土中，包括级配较差，细度模数较大的粗砂；级配较差，针片状含量较高的粗骨料；烧失量高、需水量比高、细度大的粉煤灰等。劣质材料的使用极易造成混凝土和易性不良，出现泌水、离析以及石子包裹性差的问题。

目前针对混凝土离析、泌水、包裹性差问题，常采用添加粘度调节剂，通过增加混凝土粘度来缓解混凝土离析、泌水，其虽然对上述问题有一定帮助，但也会对混凝土工作性带来其他负面影响。比如掺入粘度调节剂会使混凝土过于发粘、流速变慢、流动性降低；尤其对于本身就比较粘的高标号混凝土，在其中加入过多粘度调节剂会使得混凝土粘度进一步增加，导致难以泵送和施工。再次，粘度调节剂大多有利于改善混凝土离析泌水，但对混凝土中浆体包裹石子的性能改善不大。

因此制备一种可有效缓解混凝土泌水、离析、包裹性差的问题，又不明显影响混凝土其他性能的外加剂尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种改善混凝土和易性外加剂，以降低混凝土的泌水、离析、露石等现象，改善混凝土的工作性能。

为达上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种改善混凝土和易性外加剂，所述改善混凝土和易性外加剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：10-20份提浆改良剂、30-60份保水剂、20-30份分散剂和5-30份水；所述提浆改良剂是采用不饱和羧酸、烯基磺酸有机物和醇聚合获得。

进一步的，所述提浆改良剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：4.5-5.5份甲醇、86-93份醋酸乙烯、0.4-0.5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、6.3-6.8份过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液、0.7-0.8份丙烯酸、0.4-0.5份甲基烯丙基磺酸钠。

进一步的，所述保水剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：1-2份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、10-15份丙烯酰胺、2-4份丙烯酸、0.4-0.8份过硫酸铵、0.08-0.1份抗坏血酸和500-1500份水。

进一步的，所述分散剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：1200-1300份丙烯酸、200-250份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、20-22份过硫酸铵、30-40份次磷酸钠和1000-1500份去离子水。

本发明还提出了一种改善混凝土和易性外加剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

将提浆改良剂、保水剂、分散剂和水混合均匀，得到所述改善混凝土和易性外加剂。

进一步的，所述提浆改良剂的制备方法包括以下步骤：

将甲醇、醋酸乙烯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液、丙烯酸、甲基烯丙基磺酸钠混合，在无氧条件下升温至125-135℃，保持温度6-7h后，继续加入甲醇，然后冷却至20-25℃，稀释浓度至20-25％，然后进行醇解、干燥、粉碎，得到所述提浆改良剂。

进一步的，所述保水剂的制备方法包括以下步骤：

将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和水混合，调节溶液pH为9-10，再加入过硫酸铵，抗坏血酸，混合均匀后静置，控制温度30-50℃，反应3-5h，加入水，溶胀12-15h，搅拌均匀后得到所述保水剂。

进一步的，所述分散剂的制备方法包括以下步骤：

向80-90℃的水滴加a、b、c液，a液包括丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的混合水溶液，b液包括过硫酸铵的水溶液，c液包括次磷酸钠的水溶液；滴加完毕后保温1-1.5h，将体系的温度降至室温，调节溶液pH为6.5-7.5，浓度为35-45%，得到所述分散剂。

本发明的改善混凝土和易性外加剂添加了提浆改良剂、保水剂和分散剂，各制备原料协同作用，可以改善降低混凝土的泌水率，减少混凝土的堆芯、泌水、离析、露石等不良现象，使混凝土的和易性得到显著改善。

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。

一种改善混凝土和易性外加剂，改善混凝土和易性外加剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：10-20份提浆改良剂、30-60份保水剂、20-30份分散剂和5-30份水；所述提浆改良剂是采用不饱和羧酸、烯基磺酸有机物和醇聚合获得。

提浆改良剂优选的制备原料包括按重量份计的以下组分：4.5-5.5份甲醇、86-93份醋酸乙烯、0.4-0.5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、6.3-6.8份过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液、0.7-0.8份丙烯酸、0.4-0.5份甲基烯丙基磺酸钠。

提浆改良剂的各原料在无水和无氧条件下聚合，聚合由过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液的引发作用下产生，形成聚合物含有羟基、羧基、氨基和磺酸基，亲水基团较多，在水中能迅速的弥散，其水溶液的粘度安定性良好，羟基可与水泥的硅氧四面体进行氢键缔合，形成多孔的凝胶网络，聚合物亲水链向凝胶网络的孔隙延伸，与凝胶网络错综交织，逐渐形成，聚合物与凝胶网络互穿结构，使凝胶体系更均致密。本发明的提浆改良剂可以改善水泥浆的柔韧性、有利于让混凝土的浆体更加饱满丰富，和骨料的包裹性更好，有效减少集料裸露，由于氢键的缔合，还可减少混凝土中自由水的溢出，对提高混凝土保水性也有一定帮助。

保水剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：1-2份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、10-15份丙烯酰胺、2-4份丙烯酸、0.4-0.8份过硫酸铵、0.08-0.1份抗坏血酸和500-1500份水。

保水剂是采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸在氧化还原体系引发聚合，引发剂是过硫酸铵和抗坏血酸，聚合形成长直连分子量大于1000万的大分子，当保水剂加入混凝土，拌和时分子互相缠绕交织，同时亲水基团多，可以和水有效结合，起到保水的作用，防止混凝土中的自由水分离出来。

分散剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：1200-1300份丙烯酸、200-250份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、20-22份过硫酸铵、30-40份次磷酸钠和1000-1500份去离子水。

分散剂是采用丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸聚合，在过硫酸铵和次磷酸钠引发，次磷酸钠的加入可以聚合度控制在合理范围，使分散剂分子量在2000-5000之间，聚合形成直链物质可以吸附水泥颗粒，不同于一般减水剂的梳形结构的分子，本发明的分散剂分子量更低，呈线型结构，具有吸附速度和吸附效率的优势，使水泥颗粒在分散剂的静电斥力和空间位阻作用下排斥开。除此之外，该分散剂可有效对混凝土中的浆体进行分散，可以减轻因加入保水组分过多导致混凝土粘度增大、流速降低、流动性下降的现象，从而保证混凝土具有良好的工作性能。

本发明的提浆改良剂、保水剂和分散剂协同作用，具有提高浆体饱满度，增加浆体稠度，分散浆体的作用，可提高混凝土的包裹性，改善混凝土泌水、离析，从而有效提高混凝土和易性。

本发明还提出了一种改善混凝土和易性外加剂的制备方法，该方法包括具体以下步骤：将提浆改良剂、保水剂、分散剂和水混合均匀，得到改善混凝土和易性外加剂。

提浆改良剂的制备方法具体包括以下步骤：

在装有搅拌器、气体和液体进料口、冷却和加压的反应器中，预先使用氮气鼓泡除氧，将甲醇、醋酸乙烯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、浓度为0.01g/L的以甲醇为溶剂的过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液、丙烯酸和甲基烯丙基磺酸钠混合。使用氮气置换反应釜中的氧后，缓慢升温至125-135℃开始反应。保持反应釜温度稳定后，反应6-7h，然后继续加入甲醇到反应釜中，然后冷却产物至20-25℃，从而停止反应。调节产物质量分数为20-25％后，加入浓度为40g/L氢氧化钠甲醇溶液，进行醇解、干燥、粉碎得到提浆改良剂。

保水剂的制备方法具体包括以下步骤：

在反应器中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，丙烯酰胺，丙烯酸和水混合，用NaOH调节溶液pH为9-10，再加入过硫酸铵，抗坏血酸，混合均匀后静置，控制温度30-50℃，反应3-5h。然后加入水，溶胀12-15h，搅拌均匀后得到保水剂。

分散剂的制备方法具体包括以下步骤：

在装有搅拌器、滴加装置和加热装置的反应器中，加入水，加热升温至80-90℃，滴加a、b、c液（a液包括丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和去离子水；b液包括过硫酸铵和离子水；c液包括次磷酸钠和去离子水），滴加时间为1～2 h，滴加完毕后继续保温反应1-1.5h，反应结束后将体系的温度降至室温，用NaOH溶液和去离子水，中和溶液至pH为6.5-7.5，调整浓度为35-45%得到分散剂。

下面对本发明的具体实现方案做详细的描述。

实施例1

本实施例的改善混凝土和易性外加剂采用以下原料按重量份混合均匀制得：

提浆改良剂10份；保水剂40份；分散剂20份；水30份。

提浆改良剂的制备

在装有搅拌器、气体和液体进料口、冷却和加压的反应器中，预先使用氮气鼓泡除氧，将4.5份甲醇、86份醋酸乙烯、0.4份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、6.3份浓度为0.01g/L的以甲醇为溶剂的过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液、0.7份丙烯酸、0.4甲基烯丙基磺酸钠加入到反应釜中。使用氮气置换反应釜中的氧后，缓慢升至125℃开始反应。保持反应釜温度稳定后，反应6h，然后加入100份甲醇到反应釜中，然后冷却产物至25℃，从而停止反应。调节产物质量分数为20％后，用浓度为40g/L氢氧化钠甲醇溶液，进行醇解、干燥、粉碎得到提浆改良剂。

保水剂的制备

在反应器中加入1份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，10份丙烯酰胺，2份丙烯酸，200份水，用NaOH调节溶液pH=9，再加入0.4份过硫酸铵，0.08份抗坏血酸，混合均匀后静置于30℃，反应3h。加入900份水，溶胀12h，搅拌2小时后得到保水剂。

分散剂的制备

在装有搅拌器、滴加装置和加热装置的反应器中，加入700份水，加热升温至80℃，滴加a、b、c液（a液包括1200份丙烯酸、200份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、200份去离子水；b液包括20份过硫酸铵、80份去离子水；c液包括30份次磷酸钠、90份去离子水），滴加时间为1h，滴加完毕后继续反应1 h，反应结束后将体系的温度降至室温，用NaOH溶液和去离子水，中和溶液至pH为7，调整浓度为40%得到分散剂。

实施例2

本实施例的改善混凝土和易性外加剂采用以下原料按重量份混合均匀制得：

提浆改良剂占20份；保水剂占45份；分散剂占25份；水占10份。

提浆改良剂的制备

在装有搅拌器、气体和液体进料口、冷却和加压的反应器中，预先使用氮气鼓泡除氧，将4.8份甲醇、88份醋酸乙烯、0.42份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、6.4份浓度为0.01g/L的以甲醇为溶剂的过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液、0.73份丙烯酸、0.42甲基烯丙基磺酸钠加入到反应釜中。使用氮气置换反应釜中的氧后，缓慢升至128℃开始反应。保持反应釜温度稳定后，反应6.5h，然后加入100份甲醇到反应釜中，然后冷却产物至25℃，从而停止反应。调节产物质量分数为20％后，用浓度为40g/L氢氧化钠甲醇溶液，进行醇解、干燥、粉碎得到提浆改良剂。

保水剂的制备

在反应器中加入1.5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，14份丙烯酰胺，3份丙烯酸，200份水，用NaOH调节溶液pH=9，再加入0.5份过硫酸铵，0.09份抗坏血酸，混合均匀后静置于40℃，反应4h。加入900份水，溶胀12h，搅拌2小时后得到保水剂。

分散剂的制备

在装有搅拌器、滴加装置和加热装置的反应器中，加入750份水，加热升温至85℃，滴加a、b、c液（a液包括1240份丙烯酸、230份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、240份去离子水；b液包括21份过硫酸铵、80份去离子水；c液包括36份次磷酸钠、90份去离子水），滴加时间为1.5 h，滴加完毕后继续反应1h，反应结束后将体系的温度降至室温，用NaOH溶液和去离子水，中和溶液至pH为7，调整浓度为40%得到分散剂。

实施例3

本实施例的改善混凝土和易性外加剂采用以下原料按重量份混合均匀制得：

提浆改良剂占15份；保水剂占50份；分散剂占30份；水占5份。

提浆改良剂的制备

在装有搅拌器、气体和液体进料口、冷却和加压的反应器中，预先使用氮气鼓泡除氧，将5份甲醇、90份醋酸乙烯、0.45份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、6.6份浓度为0.01g/L的以甲醇为溶剂的过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液、0.75份丙烯酸、0.45甲基烯丙基磺酸钠加入到反应釜中。使用氮气置换反应釜中的氧后，缓慢升至130℃开始反应。保持反应釜温度稳定后，反应6.5h，然后加入100份甲醇到反应釜中，然后冷却产物至25℃，从而停止反应。调节产物质量分数为20％后，用浓度为40g/L氢氧化钠甲醇溶液，进行醇解、干燥、粉碎得到提浆改良剂。

保水剂的制备

在反应器中加入2份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸， 15份丙烯酰胺，3份丙烯酸，200份水，用NaOH调节溶液pH=9，再加入0.7份过硫酸铵， 0.1份抗坏血酸，混合均匀后静置于50℃，反应4h。加入900份水，溶胀12h，搅拌2小时后得到保水剂。

分散剂的制备

在装有搅拌器、滴加装置和加热装置的反应器中，加入800份水，加热升温至90℃，滴加a、b、c液（a液包括1300份丙烯酸、250份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、250份去离子水；b液包括21份过硫酸铵、80份去离子水；c液包括30份次磷酸钠、90份去离子水），滴加时间为1.5 h，滴加完毕后继续反应1h，反应结束后将体系的温度降至室温，用NaOH溶液和去离子水，中和溶液至pH为7，调整浓度为40%得到分散剂。

实施例4

本实施例的改善混凝土和易性外加剂采用以下原料按重量份混合均匀制得：

提浆改良剂占12份；保水剂占45份；分散剂占28份；水占15份。

提浆改良剂的制备

在装有搅拌器、气体和液体进料口、冷却和加压的反应器中，预先使用氮气鼓泡除氧，将4.9份甲醇、92份醋酸乙烯、0.9份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、6.8份浓度为0.01g/L的以甲醇为溶剂的过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液、0.78份丙烯酸、0.48甲基烯丙基磺酸钠加入到反应釜中。使用氮气置换反应釜中的氧后，缓慢升至135℃开始反应。保持反应釜温度稳定后，反应7h，然后加入100份甲醇到反应釜中，然后冷却产物至25℃，从而停止反应。调节产物质量分数为20％后，用浓度为40g/L氢氧化钠甲醇溶液，进行醇解、干燥、粉碎得到提浆改良剂。

保水剂的制备

在反应器中加入1.5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，14份丙烯酰胺， 4份丙烯酸，200份水，用NaOH调节溶液pH=9，再加入0.7份过硫酸铵，0.09份抗坏血酸，混合均匀后静置于40℃，反应4h。加入900份水，溶胀12h，搅拌2小时后得到保水剂。

分散剂的制备

在装有搅拌器、滴加装置和加热装置的反应器中，加入780份水，加热升温至88℃，滴加a、b、c液（a液包括1280份丙烯酸、250份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、230份去离子水；b液包括22份过硫酸铵、80份去离子水；c液包括40份次磷酸钠、90份去离子水），滴加时间为2h，滴加完毕后继续反应1h，反应结束后将体系的温度降至室温，用NaOH溶液和去离子水，中和溶液至pH为7，调整浓度为40%得到分散剂。

对比例1

本对比例的混凝土外加剂采用专利号CN115353594A的混凝土外加剂。

对比例2

本对比例的混凝土外加剂成分与实施例1基本相同，不同的是未加入提浆改良剂.

对比例3

本对比例的混凝土外加剂成分与实施例1基本相同，不同的是未加入保水剂。

对比例4

本对比例的混凝土外加剂成分与实施例1基本相同，不同的是未加入分散剂。

通过混凝土试验对上述实施例和对比例性能进行检测，其中水泥为峨胜P O 42.5水泥，砂子为细度模数为3.1的中砂，石子为5mm-25mm连续级配的碎石。空白对照中不添上述各实施例的混凝土外加剂，各实施例中改善混凝土和易性外加剂添加量是胶凝材料质量的0.02-0.1%。单方混凝土配合比为水泥：粉煤灰：砂：石：水=352：88：800：1015：165，混凝土中另外添加减水型聚羧酸减水剂：保坍型聚羧酸减水剂：缓凝剂（葡糖糖酸钠）：引气剂（三萜皂苷）：水=250:100:20:1：629比例的聚羧酸型混凝土外加剂。测试结果如下表所示。

从试验结果可知，混凝土达到基本相同的扩展度（540mm左右），空白组的坍落度只有205mm，存在严重堆芯现象，且和易性较差，出现泌水、包裹差和轻微离析，对比例1的混凝土外加剂虽然可有效缓解混凝土离析泌水，但对混凝土包裹石子的性能影响不大，且会严重影响混凝土的流动性和流动速率。掺入本发明的改善混凝土和易性外加剂后，混凝土的泌水率明显改善，混凝土不再出现堆芯、泌水、离析、露石等不良现象，且对混凝土其他性能影响不大，和易性得到显著改善。

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 (8)

1.一种改善混凝土和易性外加剂，其特征在于：所述改善混凝土和易性外加剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：10-20份提浆改良剂、30-60份保水剂、20-30份分散剂和5-30份水；所述提浆改良剂是采用不饱和羧酸、烯基磺酸有机物和醇聚合获得。

2.根据权利要求1所述的改善混凝土和易性外加剂，其特征在于：所述提浆改良剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：4.5-5.5份甲醇、86-93份醋酸乙烯、0.4-0.5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、6.3-6.8份过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液、0.7-0.8份丙烯酸、0.4-0.5份甲基烯丙基磺酸钠。

3.根据权利要求1所述的改善混凝土和易性外加剂，其特征在于：所述保水剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：1-2份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、10-15份丙烯酰胺、2-4份丙烯酸、0.4-0.8份过硫酸铵、0.08-0.1份抗坏血酸和500-1500份水。

4.根据权利要求1所述的改善混凝土和易性外加剂，其特征在于：所述分散剂的制备原料包括按重量份计的以下组分：1200-1300份丙烯酸、200-250份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、20-22份过硫酸铵、30-40份次磷酸钠和1000-1500份去离子水。

5.一种改善混凝土和易性外加剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

将提浆改良剂、保水剂、分散剂和水混合均匀，得到所述改善混凝土和易性外加剂。

6.根据权利要求5所述的改善混凝土和易性外加剂的制备方法，其特征在于：所述提浆改良剂的制备方法包括以下步骤：

将甲醇、醋酸乙烯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、过氧化苯甲酸叔丁酯-甲醇溶液、丙烯酸、甲基烯丙基磺酸钠混合，在无氧条件下升温至125-135℃，保持温度6-7h后，继续加入甲醇，然后冷却至20-25℃，稀释浓度至20-25％，然后进行醇解、干燥、粉碎，得到所述提浆改良剂。

7.根据权利要求5所述的改善混凝土和易性外加剂的制备方法，其特征在于：所述保水剂的制备方法包括以下步骤：

将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和水混合，调节溶液pH为9-10，再加入过硫酸铵，抗坏血酸，混合均匀后静置，控制温度30-50℃，反应3-5h，加入水，溶胀12-15h，搅拌均匀后得到所述保水剂。

8.根据权利要求5-7任一项所述的改善混凝土和易性外加剂的制备方法，其特征在于：所述分散剂的制备方法包括以下步骤：

向80-90℃的水滴加a、b、c液，a液包括丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的混合水溶液，b液包括过硫酸铵的水溶液，c液包括次磷酸钠的水溶液；滴加完毕后保温1-1.5h，将体系的温度降至室温，调节溶液pH为6.5-7.5，浓度为35-45%，得到所述分散剂。