CN116639904A - 一种复合高效减水剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土外加剂技术领域，具体公开了一种复合高效减水剂及其制备方法和应用。其中，一种复合高效减水剂，按照重量份，其原料包括萘磺酸钠甲醛缩合物210‑280份，木质素磺酸钙90‑120份，羟基改性丙烯酸树脂乳液140‑190份，醇醚糖苷10‑40份，羧甲基淀粉钠3‑15份和水50‑150份；将本申请制备得到复合高效减水剂应用在混凝土中，混凝土的减水率最高为37.1%，具有较高的减水性能，提高了混凝土的减水率；另外混凝土在7d和28d的抗压强度最高分别为30.1MPa和49.1MPa，具有较高的抗压强度，且无泌水。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土外加剂技术领域，更具体地说，它涉及一种种复合高效减水剂及其制备方法和应用。
背景技术
高效减水剂是在混凝土坍落度基本相同的条件下能大幅度减少拌合水量的外加剂。复合高效减水剂能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土坍落度，同时大幅度降低用水量，显著改善混凝土工作性能。
高效减水剂主要是萘系、三聚氰胺系和由它们复配而成的减水剂，其中以萘系为主。萘系减水剂是我国生产量最大，使用最广的高效减水剂(占减水剂用量的70％以上)，在混凝土中添加萘系减水剂可改善混凝土抗磨损性、抗腐蚀性、抗渗透性等多种性能。因此，萘系减水剂被广泛应用于公路、桥梁、隧道、码头、民用建筑等行业。
目前，加入萘系减水剂的混凝土存在着坍落度损失大、强度不够、减水率不高等缺点，通过对萘系减水剂进行改性，例如苯酚改性萘系减水剂和葡萄糖酸钠改性萘系减水剂等提高了混凝土的性能，但依然存在单纯使用萘系减水剂混凝土减水效果不明显、混凝土抗压强度低的缺陷，因此提供一种性能好的复合高效减水剂成为现有技术中亟待解决的问题。
发明内容
为了提高混凝土的减水率，本申请提供一种复合高效减水剂及其制备方法和应用。
第一方面，本申请提供一种复合高效减水剂，其采用如下技术方案：
一种复合高效减水剂，按照重量份，其原料包括萘磺酸钠甲醛缩合物210-280份，木质素磺酸钙90-120份，羟基改性丙烯酸树脂乳液140-190份，醇醚糖苷10-40份，羧甲基淀粉钠3-15份和水50-150份。
本申请复合高效减水剂的原料在选用萘磺酸钠甲醛缩合物210-280份，木质素磺酸钙90-120份，羟基改性丙烯酸树脂乳液140-190份，醇醚糖苷10-40份，羧甲基淀粉钠3-15份和水50-150份，选用各自范围内的任一值，均可得到减水效果好的减水剂，提高混凝土的抗压强度。且当萘磺酸钠甲醛缩合物245份，木质素磺酸钙105份，羟基改性丙烯酸树脂乳液165份，醇醚糖苷27份，羧甲基淀粉钠6份和水100份，效果最佳。
通过采用上述技术方案，其中萘磺酸钠甲醛缩合物是萘系减水剂中的一种，在水中溶解性好，对水泥材料的分散性较好，可以提高混凝土的减水率；木质素磺酸钙是木质素减水剂中的一种，木质素分子化学结构中有很多活性基团，这些基团活性较高可利用性强，掺入水泥中可改善其分散性，掺入混凝土可以改善其和易性，磺酸基团作为功能基团能大幅度水泥的分散性能，进而提高混凝土的减水率；羟基改性丙烯酸树脂乳液能够降低混凝土饱水度，从而提高混凝土的抗压强度；醇醚糖苷可引入足够多的微小且大小均匀的气泡，增强混凝土的抗压强度；羧甲基淀粉钠，可在混凝土中有效保水，且随着水化进行缓慢释放部分水分，为水泥的水化提供水源，提高水泥强度。另外，羧甲基淀粉钠还可提高气泡的稳定性，进一步提高醇醚糖苷引入气泡的效果，从而提高混凝土的抗压强度。
作为优选：一种复合高效减水剂，按照重量份，其原料包括萘磺酸钠甲醛缩合物230-250份，木质素磺酸钙100-110份，羟基改性丙烯酸树脂乳液150-180份，醇醚糖苷20-30份，羧甲基淀粉钠5-10份和水90-110份。
本申请复合高效减水剂的原料在选用萘磺酸钠甲醛缩合物230-250份，木质素磺酸钙100-110份，羟基改性丙烯酸树脂乳液150-180份，醇醚糖苷20-30份，羧甲基淀粉钠5-10份和水90-110份，选用各自范围内的任一值，均可得到减水效果好的减水剂，提高混凝土的抗压强度。
作为优选：醇醚糖苷和羧甲基淀粉钠的重量份配比为(1-9)：1。
通过采用上述技术方案，醇醚糖苷与羧甲基淀粉钠复配使用，并调节二者配比，能够提高气泡的稳定性，增强混凝土的抗压强度。
作为优选：以羟基改性丙烯酸树脂乳液重量为计，所述羟基改性丙烯酸树脂乳液包括如下重量份的原料：单体50-100份，引发剂0.1-0.5份，链转移剂0.1-0.5份，助溶剂35-50份。
本申请羟基改性丙烯酸树脂乳液的原料在选用单体50-100份，引发剂0.1-0.5份，链转移剂0.1-0.5份，助溶剂35-50份，选用各自范围内的任一值，均可得到减水效果好的减水剂，提高混凝土的抗压强度。
作为优选：以单体重量为计，所述单体包括软单体30-90份，10-20份羟基单体，0.1-3份羧基单体。
本申请单体的原料在选用软单体30-90份，10-20份羟基单体，0.1-3份羧基单体，选用各自范围内的任一值，均可得到减水效果好的减水剂，提高混凝土的抗压强度。
通过采用上述技术方案，调节单体，引发剂，链转移剂，助溶剂的用量比，使羟基改性丙烯酸树脂乳液有更多的支化结构，提高固含量，进一步提高了混凝土的抗压强度。
作为优选：所述助溶剂为二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物。
由于丙烯酸树脂乳液引入羟基后会使其稳定性降低和黏度降低，通过采用上述技术方案，添加二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯作为助溶剂，二乙二醇丁醚分子结构中含有羟基和醚键，既亲水又亲油；丙二醇甲醚醋酸醋分子中含有较长的碳链，与非极性单体的溶解性极好，同时分子中含有羟基、酯基和醚键，对酯类和亲水单体的溶解性较好，均可提高丙烯酸树脂乳液的稳定性，可提高羟基改性丙烯酸树脂乳液的固含量，提高羟基改性丙烯酸树脂乳液在复合减水剂体系中对混凝土的增强作用。
作为优选：所述二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯的重量份配比为(1-3)：1。
通过采用上述技术方案，二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯复配使用时存在着互补，两者在特定比例下混合后的溶解度系数处于两者原来的溶解度系数之间，从而可以接近羟基改性丙烯酸树脂乳液的溶解度系数，可达到最好的助溶效果，进一步提高可羟基改性丙烯酸树脂乳液固含量，使最终制备的复合减水剂可以降低混凝土饱水度，提高混凝土的抗压强度。
作为优选：所述羟基改性丙烯酸树脂乳液通过如下步骤制备得到：在保护气体下，将单体、引发剂和链转移剂在助溶剂下90-150℃下反应，过滤得到羟基改性丙烯酸树脂乳液。
第二方面，本申请提供一种复合高效减水剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种复合高效减水剂的制备方法，其包括以下操作步骤：将萘磺酸钠甲醛缩合物、木质素磺酸钙、羟基改性丙烯酸树脂乳液、醇醚糖苷、羧甲基淀粉钠加到水中混合搅拌得到减水剂。
第三方面，本申请提供一种复合高效减水剂在混凝土中的应用，可以显著提高混凝土的抗压强度。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过控制萘磺酸钠甲醛缩合物、木质素磺酸钙，羟基改性丙烯酸树脂乳液、醇醚糖苷和羧甲基淀粉钠各原料的重量份配比，使加入复合高效减水剂混凝土的减水率为37.1％，提高了减水率；在7d、28d抗压强度分别为30.1MPa、49.1MPa，增强了抗压强度。
2.本申请通过控制的减水剂中羟基改性丙烯酸树脂乳液用量，可减少混凝土结构膨胀、开裂的现象的发生，混凝土的减水率为34.2％，提高了减水率；在7d、28d抗压强度分别为27.1MPa、40.1MPa，进一步提高了抗压强度。
3.本申请通过控制将羧甲基淀粉钠和醇醚糖苷二者的配比，可以使混凝土拌合时，不出现泌水和离析现象，使混凝土的减水率为35.1％，提高了减水率；在7d、28d抗压强度分别为28.3MPa、43.7MPa，进一步提高了抗压强度。
4.本申请在制备羟基改性丙烯酸树脂乳液中通过控制单体和助溶剂类型，使混凝土的减水率为36.4％，提高了减水率；在7d、28d抗压强度分别为29.6MPa、47.6MPa，进一步提高了抗压强度。
5.本申请在制备羟基改性丙烯酸树脂乳液中通过控制助溶剂二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯的配比，使混凝土的减水率为37.1％，提高了减水率；在7d、28d抗压强度分别为20.1MPa、49.1MPa，进一步提高了抗压强度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中的如下各原料均为市售产品，均为使本申请的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用。具体为：
单体选用丙烯酸羟乙酯，工业级，有效物质含量99％；软单体选用丙烯酸-2-乙基己酯，工业级，有效物质含量>97.5％；羟基单体选用甲基丙烯酸羟丙酯，工业级，有效物质含量99％；羧基单体选用甲基丙烯酸，工业级，有效物质含量99.9％；引发剂选用过氧化苯甲酸叔丁酯，工业级，有效物质含量99％；链转移剂选用巯基乙醇，工业级，有效物质含量99％；乙醇，工业级，有效物质含量99％；二乙二醇丁醚，工业级，有效物质含量99％；丙二醇甲醚醋酸酯，工业级，有效物质含量99％；萘磺酸钠甲醛缩合物，精制级，有效物质含量99％；木质素磺酸钙，精制级，有效物质含量99％；醇醚糖苷，AEG050，有效物质含量99％；羧甲基淀粉钠，工业级，有效物质含量99％。
以下为羟基改性丙烯酸树脂乳液的制备例
制备例1
制备例1的羟基改性丙烯酸树脂乳液，通过如下操作步骤制得：
在N2保护下，将丙烯酸羟乙酯(单体)76.55kg、过氧化苯甲酸叔丁酯(引发剂)0.3kg和巯基乙醇(链转移剂)0.3kg加至乙醇(助溶剂)40kg中，在120℃下反应3h，过滤得到羟基改性丙烯酸树脂乳液。
制备例2
制备例2的羟基改性丙烯酸树脂乳液，通过如下操作步骤制得：
在N2保护下，将丙烯酸-2-乙基己酯(软单体)60kg、甲基丙烯酸羟丙酯(羟基单体)15kg、甲基丙烯酸(羧基单体)1.55kg、过氧化苯甲酸叔丁酯0.3kg和巯基乙醇0.3kg加至乙醇(助溶剂)40kg中，在120℃下反应3h，过滤得到羟基改性丙烯酸树脂乳液。
制备例3-4
制备例3-4的羟基改性丙烯酸树脂乳液的制备方法与制备例2相同，区别在于甲基丙烯酸羟丙酯(羟基单体)、甲基丙烯酸(羧基单体)的用量不同，其余原料的用量与制备例2相同，具体详见表1所示。
表1制备例3-4羟基改性丙烯酸树脂乳液的各原料掺量(kg)
制备例5
制备例5的羟基改性丙烯酸树脂乳液的制备方法与制备例2相同，区别在助溶剂选用二乙二醇丁醚13kg和丙二醇甲醚醋酸酯27kg的混合物，其余原料的用量与制备例2相同。
制备例6-9
制备例6-9的羟基改性丙烯酸树脂乳液的制备方法与制备例5相同，区别在于原料中二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯的用量不同，其余原料的用量与制备例5相同，具体详见表2所示。
表2制备例6-9羟基改性丙烯酸树脂乳液的各原料掺量(kg)
实施例1
实施例1的复合高效减水剂，通过如下制备方法制得：
按照表3的掺量，将复合高效减水剂的各原料混合，搅拌均匀，其中羟基改性丙烯酸树脂乳液选用制备例1制备的羟基改性丙烯酸树脂乳液。
实施例2-3
实施例2-3的复合高效减水剂的制备方法与实施例1相同，区别在于羟基改性丙烯酸树脂乳液掺量不同，其余原料的掺量与实施例1相同，具体详见表3所示。
表3实施例1-3复合高效减水剂的各原料掺量(kg)
实施例4-7
实施例4-7的复合高效减水剂的制备方法与实施例1相同，区别在于原料掺量中醇醚糖苷和羧甲基淀粉钠的用量不同，其余原料的掺量与实施例1相同，具体详见表4所示。
表4实施例4-7复合高效减水剂的各原料掺量(kg)
实施例8-15
实施例8-15的复合高效减水剂的制备方法与实施例5相同，区别在于羟基改性丙烯酸树脂乳液选用制备例2-9制备的羟基改性丙烯酸树脂乳液，其余掺量与实施例5相同。
对比例1-3
对比例1-3的减水剂的制备方法与实施例1相同，区别在于萘磺酸钠甲醛缩合物、木质素磺酸钙、羟基改性丙烯酸树脂乳液掺量不同，其余掺量与实施例1相同，具体详见表5所示。
表5对比例1-3复合高效减水剂的各原料掺量(kg)
对比例4
对比例4的减水剂的制备方法与实施例1相同，区别在于将醇醚糖苷等量替换为羧甲基淀粉钠，其他原料与实施例1相同。
对比例5
对比例5的减水剂的制备方法与实施例1相同，区别在于将羧甲基淀粉钠等量替换为醇醚糖苷，其他原料与实施例1相同。
以下为复合高效减水剂在混凝土中的应用例
应用例1
应用例1复合高效减水剂在混凝土中应用方法为：将实施例1得到的复合高效减水剂加至混凝土中，混凝土包括如下原料：水泥191kg，矿粉50kg，粉煤灰58kg，砂767kg，石子783kg，水142kg，复合高效减水剂6kg。
应用例2-15
应用例2-15复合高效减水剂的应用方法与应用例1相同，区别在于复合高效减水剂选用实施例2-15得到的复合高效减水剂，其余操作同应用例1。
应用对比例1-5
应用对比例1-5复合高效减水剂的应用方法与应用例1相同，区别在于复合高效减水剂选用对比例1-5得到的复合高效减水剂，其余操作同应用例1。
性能检测
将应用例1-15和应用对比例1-5制备得到的混凝土，采用GB80762-1997的检测方法进行减水性能进行测试；采用GB50204-2002的检测方法进行混凝土立方体的抗压强度测试；采用T0528-2005的检测方法进行混凝土的泌水进行测试，结果如下表3。
表6不同混凝土的性能检测结果
由表6的检测结果表明，本申请得到的混凝土的减水率最高为37.1％，具有较高的减水性能，提高了混凝土的减水率；另外混凝土在7d和28d的抗压强度最高分别为30.1MPa和49.1MPa，具有较高的抗压强度，且无泌水。
结合应用例1-3混凝土的性能检测数据可知，加入实施例1的复合高效减水剂的混凝土的减水率为34.2％，在7d、28d抗压强度分别为27.1MPa、40.1MPa，均高于应用例2和应用例3，表明实施例1复合高效减水剂中羟基改性丙烯酸树脂乳液的掺量较为合适，提高了混凝土的减水率和抗压强度。可能是与羟基改性处理后的丙烯酸树脂乳液降低混凝土饱水度，改善混凝土的减水率和抗压强度有关。
结合应用例1和应用例4-7混凝土的性能检测数据可知，加入实施例4-6复合高效减水剂的混凝土的减水率为34.9％-35.2％，以及在7d和28d抗压强度分别为27.8-28.3MPa和42.2-43.7MPa，均高于应用例1和应用例7，表明醇醚糖苷和羧甲基淀粉钠的重量份配比为(1-9)：1较为合适，提高了混凝土的减水率和抗压强度。可能是与调节醇醚糖苷和羧甲基淀粉钠的重量份配比，能够提高混凝土中气泡的稳定性，进一步提高减水率和抗压强度有关。
结合对比应用例1和应用例8-10的混凝土的性能检测数据可知，加入实施例8-10复合高效减水剂的混凝土的减水率为35.5％-36.3％，以及在7d、28d抗压强度分别为28.1-29.1MPa和43.1-46.1MPa，均高于应用例1，表明采用软单体、羟基单体和羧基单体制备得到的羟基改性处理的丙烯酸树脂乳液在复合高效减水剂上减水性能更好，可能是与各种单体的配合使用使羟基改性丙烯酸树脂乳液有更多的支化结构，可以提高固含量，进一步提高了混凝土的抗压强度。
结合对比应用例8和应用例11-15混凝土的性能检测数据可知，加入实施例11-15复合高效减水剂的混凝土的减水率为35.8％-37.1％，以及在7d、28d抗压强度分别为29.6-30.1MPa和47.6-49.1MPa，均高于应用例8，表明助溶剂二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯的混合使用使得制备的减水剂提高了混凝土的减水率和抗压强度；同时，加入实施例12-14合高效减水剂的混凝土的的减水率和抗压强度高于实施例11和实施例15，表明二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯的重量份配比为(1-3)：1较为合适，可能是与二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯复配使用时存在着互补，两者在特定比例下可以提高羟基改性丙烯酸树脂乳液的稳定性，进一步提高了混凝土的减水率和抗压强度。
结合对比应用对比例1-5混凝土的性能检测数据可知，混凝土的减水率为27.8％-32.0％，以及在7d、28d抗压强度分别为21.8MPa-25.9和24.2MPa-36.5MPa，与本申请的应用例相比，混凝土的减水率和抗压强度大幅度的下降，应用对比例1-3说明缺少本申请任一原料组分都不能使混凝土的性能提升；应用对比例4-5说明羧甲基淀粉钠和醇醚糖苷的使用，可进一步提升混凝土的减水性能和抗压强度。
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 (10)
1.一种复合高效减水剂，其特征在于，按照重量份，其原料包括萘磺酸钠甲醛缩合物210-280份，木质素磺酸钙90-120份，羟基改性丙烯酸树脂乳液140-190份，醇醚糖苷10-40份，羧甲基淀粉钠3-15份和水50-150份。
2.根据权利要求1所述的复合高效减水剂，其特征在于，按照重量份，其原料包括萘磺酸钠甲醛缩合物230-250份，木质素磺酸钙100-110份，羟基改性丙烯酸树脂乳液150-180份，醇醚糖苷20-30份，羧甲基淀粉钠5-10份和水90-110份。
3.根据权利要求1所述的复合高效减水剂，其特征在于，所述醇醚糖苷和羧甲基淀粉钠的重量份配比为（1-9）：1。
4.根据权利要求1所述的复合高效减水剂，其特征在于，以羟基改性丙烯酸树脂乳液重量为计，所述羟基改性丙烯酸树脂乳液包括如下重量份的原料：单体50-100份，引发剂0.1-0.5份，链转移剂0.1-0.5份和助溶剂35-50份。
5.根据权利要求4所述的复合高效减水剂，其特征在于，以单体重量为计，所述单体包括30-90重量份软单体，10-20重量份羟基单体和0.1-3重量份羧基单体。
6.根据权利要求4所述的复合高效减水剂，其特征在于，所述助溶剂为二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物。
7.根据权利要求6所述的复合高效减水剂，其特征在于，所述二乙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸酯的重量份配比为（1-3）：1。
8.根据权利要求4所述的复合高效减水剂，其特征在于，所述羟基改性丙烯酸树脂乳液通过如下步骤制备得到：在保护气体下，将单体、引发剂和链转移剂加至助溶剂中，于90-150℃条件下反应，过滤得到羟基改性丙烯酸树脂乳液。
9.一种权利要求1-8任一项所述的复合高效减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：将萘磺酸钠甲醛缩合物、木质素磺酸钙、羟基改性丙烯酸树脂乳液、醇醚糖苷、羧甲基淀粉钠加到水中混合搅拌得到减水剂。
10.一种权利要求1-8任一所述复合高效减水剂在混凝土中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310758887.XA CN116639904A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种复合高效减水剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
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2023
- 2023-06-26 CN CN202310758887.XA patent/CN116639904A/zh active Pending
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