CN113292686B - 一种多功能型混凝土保水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能型混凝土保水剂。以重量份计包括：不饱和酸50‑150份、不饱和酯100‑200份、双醇20‑80份、磺酸盐5‑15份、烷基酚聚氧乙烯醚5‑15份、烷基醇酰胺1‑10份、氧化剂0.1‑2份、还原剂0.1‑2份、链转移剂1‑10份、去离子水500‑1000份。有益效果：在一定范围与减水组分有叠加作用，同时对屈服剪应力(松软度)影响较小，以至于和易性提高，强度不受影响。在提高混凝土工作性能和施工性能的同时，保障了混凝土的优良服役性能，减少结构病害。制备方法简单、安全无污染、无需加热加压、对设备要求低、反应时间短、性能优异、经济效益显著。

Description

一种多功能型混凝土保水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土保水剂技术领域，尤其涉及一种多功能型混凝土保水剂及其制备方法。

背景技术

混凝土保水剂又名增稠剂或增粘剂，是一种新型建筑材料的外加剂，能够增加水泥胶凝材料粘聚性及粘结性，提高混凝土匀质性和硬化产品的性能。如中国发明专利CN108298862A公开了一种砂浆增稠剂的制备方法。以玉米淀粉为原料，提高羧甲基淀粉的取代作用，用于防止砂浆离析泌水，和在养护初期防止水分过快蒸发或被基材过快吸。

通常采用纤维素醚、淀粉、糊精、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇等增稠剂来提高混凝土粘聚性，在牺牲聚羧酸减水剂和保坍剂用量的前提下保证了有限的保水性。

传统的保水剂是利用分子结构中存在的吸附性基团，能够吸附在水泥颗粒表面，同时影响水泥颗粒和水分子之间的作用力，因而传统的保水增稠剂在增加浆体黏度的同时，减水组分分散作用也降低。

因此传统的混凝土保水剂所要解决的技术问题是：(1)随着高强高性能混凝土的发展，水灰比越来越小，混凝土游离水很少，混凝土在水化过程中体积收缩导致开裂，混凝土保水剂可以减少水的流失，有效阻止裂缝的产生。(2)聚羧酸高性能减水剂的高减水性和对材料的敏感性，容易造成混凝土拌合物出现离析、泌水、泌浆，使混凝土拌合物失去工作性。(3)满足混凝土长距离运输的要求，混凝土坍损大的主因就是游离水的流失。(4)砂石材料的级配及配合比缺陷问题，如何通过保水剂改善混凝土孔隙分布。

同时，面对日益竞争激烈的外加剂市场，以及混凝土原材料缺乏、复杂、质量差，聚羧酸减水剂敏感度高的情况，提供一种生产工艺简单、经济环保、多功能型的混凝土保水剂，提高混凝土的保水性、保坍性、力学性能，保证混凝土的施工性及耐久性能是亟待解决的问题。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是，提供一种多功能型混凝土保水剂，解决混凝土的保水性差、配合比和级配差、外加剂敏感等问题，提高混凝土工作性能和施工性能，保障了混凝土的优良服役性能，减少结构病害。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种多功能型混凝土保水剂，以重量份计包括：不饱和酸50-150份、不饱和酯100-200份、双醇20-80份、磺酸盐5-15份、烷基酚聚氧乙烯醚5-15份、烷基醇酰胺1-10份、氧化剂0.1-2份、还原剂0.1-2份、链转移剂1-10份、去离子水500-1000份。

进一步地，所述的不饱和酸是丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种；所述的不饱和酯是丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、4-丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种或几种；所述的磺酸盐是十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠、十六烷基二苯醚二磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、α-烯基磺酸钠中的几种。

进一步地，所述的双醇是二乙二醇、二丙二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇中的一种或几种。

进一步地，所述的烷基酚聚氧乙烯醚是壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚中的一种。

进一步地，所述的烷基醇酰胺为烷基醇酰胺磷酸酯、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或者几种。

进一步地，所述的氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、叔丁基过氧化氢中的一种或几种。

进一步地，所述的还原剂为吊白块、L-抗坏血酸钠、E51、硫酸亚铁中的一种或几种。

进一步地，所述的链转移剂是次磷酸钠。

本发明还提供了一种多功能型混凝土保水剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.常温下，将去离子水、不饱和酸、不饱和酯、双醇、磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺投入反应釜中搅拌均匀，获得各组分的混合物。

S2.往S1中获得的混合物中依次加入氧化剂、还原剂、链转移剂，继续搅拌10分钟后停止搅拌，静置反应。

S3.待S2中反应温度上升至60℃时开始搅拌，待温度停止上升后停止搅拌继续静置反应1h，而后制得所述的混凝土保水剂。

(温度上升停止的温度与氧化还原剂用量和种类有关系，一般在温度在50-60℃，开启搅拌之后温度最多继续上升2℃左右就会停止上升。)

本发明还提供了一种添加了所述多功能混凝土保水剂的混凝土，所述保水剂相对于混凝土原料的掺量为0.05-0.1wt％。

本发明的原理：

本发明使用的不饱和酸、不饱和酯、双醇和酰胺反应活性很高，在氧化还原体系中发生自聚或交联，同时将非离子表面活性剂(烷基醇酰胺)包裹在其中，形成立体网状结构。也就是通过分子链自身的缠绕来增加水相体系粘度，分子链在空间中形成立体结构。分子链中含有的致密的羧基、羟基、磺酸基、酰胺等基团能紧紧的抓住水分子，起到保水的作用。

分子链缠绕形成的立体网状结构，同时包裹在其中的表面活性剂由于界面活性作用，可以很好的在水-空气-水泥颗粒之间形成界面，使浆体饱满度提升，从而导致混凝土包裹性提升。

本发明采用烷基醇酰胺作为非离子表面活性剂，因烷基醇酰胺分子中含酰胺键，使其具有不同于传统的非表面活性剂的优点，具有良好的分散性能，同时具有很好的稳泡性。

本发明采用的链转移剂为次磷酸钠有异与常用的链转移剂，常用的链转移剂有异丙醇、次磷酸钠、巯基乙醇、3-巯基丙酸、巯基乙酸等，但是异丙醇、巯基乙醇等链转移活性太高，不适用于本发明的静置反应的体系。

本发明制备的多功能型混凝土保水剂与传统的保水增稠剂作用机理不同，传统的保水增稠剂容易吸附在水泥颗粒表面形成桥接，影响水泥颗粒吸附减水成分，在增加体系粘度的同时也降低了减水组分的分散作用，影响减水率较明显。本发明制备的多功能型混凝土保水剂属于非吸附型，只对混凝土中的游离水起作用，通过增长自身的分子链增加游离体系的保水性能；在增加水泥胶凝材料粘聚性及粘结性同时，促进了胶凝材料的纵向分散，使得混凝土拌合物在施工过程中具有保持水分的能力，从而保证了混凝土的工作性能。

有益效果：

1、本发明制备的保水剂不会影响水泥颗粒和水分子之间的作用力，也就不会影响减水剂对水泥颗粒的分散能力，保水剂在对游离水作用的同时也就起到了分散的作用，在一定范围与减水组分有叠加作用，同时对屈服剪应力(松软度)影响较小，以至于和易性提高，强度不受影响。

2、本发明制备的多功能型混凝土保水剂对骨料较粗的，孔隙较大，浆体需要一定稠度稳定悬浮体系的材料效果尤为突出；目前敏感性方面已经有充分验证，能够在增大20％～50％基准掺量的情况下虽有离析，但不抓地，松软度尚好，仍能满足泵送；对河砂适应性方面已经验证，对保水性、提浆能力有明显提升，因而带来流动性、保持性的提升；经验证在解决混凝土泵损情况有较大突破。在提高混凝土工作性能和施工性能的同时，保障了混凝土的优良服役性能，减少结构病害。

3、本发明提供的一种多功能型混凝土保水剂的制备方法简单、安全无污染、无需加热加压、对设备要求低、反应时间短、性能优异、经济效益显著。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明并不局限于以下技术方案。下述实施例中的“份”可以是质量单位,如“Kg”等。

实施例1

实施例1提供了一种多功能型混凝土保水剂，由以下重量份的原料组成：丙烯酸50份，丙烯酸甲酯120份，二乙二醇30份，十二烷基磺酸钠5份，甲基丙烯磺酸钠5份，壬基酚聚氧乙烯醚5份，烷基醇酰胺磷酸酯3份，过硫酸铵1份，L-抗坏血酸钠0.5份，次磷酸钠6份，去离子水530份。

一种多功能型混凝土保水剂的制备方法，包括以下步骤：常温下，将去离子水、丙烯酸、丙烯酸甲酯、二乙二醇、磺酸盐、十二烷基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺磷酸酯投入反应釜中搅拌均匀。搅拌均匀后依次加入过硫酸铵、L-抗坏血酸钠、次磷酸钠，继续搅拌10分钟后停止搅拌，静置反应。待温度上升至60℃时开启搅拌，待温度停止上升后停止搅拌继续静置反应1h后即得。

实施例2

实施例2提供了一种多功能型混凝土保水剂，制备步骤与实施例1相同，区别在于由以下重量份的原料组成：甲基丙烯酸100份，丙烯酸羟乙酯120份，二丙二醇50份，十二烷基苯磺酸钠4份、十二烷基二苯醚二磺酸钠4份、甲基丙烯磺酸钠4份，辛基酚聚氧乙烯醚5份，烷基醇酰胺磷酸酯3份，双氧水1.5份，E51 0.5份，次磷酸钠6份，去离子水695份。

实施例3

实施例3提供了一种多功能型混凝土保水剂，制备步骤与实施例1相同，区别在于由以下重量份的原料组成：甲基丙烯酸80份，丙烯酸羟乙酯200份，1,2-丁二醇80份，十六烷基二苯醚二磺酸钠3份、甲基丙烯磺酸钠5份，辛基酚聚氧乙烯醚10份，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺5份，过硫酸钾0.8份，L-抗坏血酸钠1份，硫酸亚铁0.2份，次磷酸钠8份，去离子水910份。

实施例4

实施例4提供了一种多功能型混凝土保水剂，制备步骤与实施例1相同，区别在于没有氧化还原剂及链转移剂，由以下重量份的原料组成：丙烯酸50份，丙烯酸甲酯120份，二乙二醇30份，十二烷基磺酸钠5份，甲基丙烯磺酸钠5份，壬基酚聚氧乙烯醚5份，烷基醇酰胺磷酸酯3份，去离子水530份。

一种多功能型混凝土保水剂的性能测试

为了检测本发明实施例1-4所述的一种多功能型混凝土保水剂的性能，按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T 8076-2008《混凝土外加剂》进行混凝土性能试验。

表1：混凝土配合比

表2：外加剂复配方式

编号	减水母液/g	葡萄糖酸钠/g	保水剂/g	水/g
					基准	100	25	0	875
A	100	25	10	855
					B	100	25	20	835
C	100	25	40	815
					D	100	25	60	795

保水剂的适应性验证

表3：保水剂适应性验证数据

注：此表所测数据对应B号外加剂配方，减水剂掺量2.1％。

结论：表1,3的数据说明了本发明制备的保水剂可以显著改善混凝土工作性能。配比一和配比二的数据验证了混凝土保水剂对骨料较粗的，孔隙较大，浆体需要一定稠度稳定悬浮体系的材料有很好的改善作用；配比1和配比三的数据验证了混凝土保水剂对含粉少，颗粒圆润，保水性差的河砂有很好的改善作用；配比1和配比三的数据验证了混凝土保水剂对高标号混凝土松软度有很好的改善作用，同时不影响混凝土强度。

保水剂的敏感性验证

表4：保水剂敏感性验证数据

注：此表所测数据对应B号外加剂配方，配合比1。

结论：表4数据验证了在增大3-4个点减水剂掺量的情况下虽有离析泌水，但不抓地，松软度尚好，仍能满足泵送，降低了减水剂敏感性。

保水剂的用量验证

表5：保水剂用量验证数据

注：此表所测数据对应配合比1，外加剂掺量2.3wt％。

结论：表5的数据说明了混凝土保水剂的最佳用量为20公斤-30公斤(掺量0.05-0.1wt％)，掺量过低保水性能不明显，过高对混凝土没有明显改善，对成本造成浪费，但是对混凝土没有负面影响。

保水剂的力学性能验证

表6：保水剂的力学性能试验数据

结论：表5的数据说明了混凝土保水剂对力学性能的影响，在混凝土中使用保水剂以后可以提高混凝土质量，包括强度(抗压强度)及耐久性(劈裂抗拉强度、抗折强度)。

综上所述，根据表3-6可以看出，采用本发明制作的保水剂的适应性、保水剂的敏感性、保水剂的力学性能均优于不添加保水剂。

Claims (7)

1.一种多功能型混凝土保水剂的制备方法，其特征在于，以重量份记包括：不饱和酸50-150份、不饱和酯100-200份、双醇20-80份、磺酸盐5-15份、烷基酚聚氧乙烯醚5-15份、烷基醇酰胺1-10份、氧化剂0.1-2份、还原剂0.1-2份、链转移剂1-10份、去离子水500-1000份;

制备包括以下步骤：

S1.常温下，将去离子水、不饱和酸、不饱和酯、双醇、磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺投入反应釜中搅拌均匀，获得各组分的 混合物；

S2.往S1中获得的混合物中依次加入氧化剂、还原剂、链转移剂，继续搅拌10分钟后停止搅拌，静置反应；

S3.待S2中反应温度上升至60℃时开始搅拌，待温度停止上升后停止搅拌继续静置反应1h，而后制得所述的混凝土保水剂；

所述双醇是二乙二醇、二丙二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇中的一种或几种；

所述烷基酚聚氧乙烯醚是壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚中的一种。

2.根据权利要求1所述的混凝土保水剂的制备方法，其特征在于，所述的不饱和酸是丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种；所述的不饱和酯是丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、4-丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种或几种；所述的磺酸盐是十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠、十六烷基二苯醚二磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、α-烯基磺酸钠中的几种。

3.根据权利要求1所述的混凝土保水剂的制备方法，其特征在于，所述的烷基醇酰胺为烷基醇酰胺磷酸酯、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的混凝土保水剂的制备方法，其特征在于，所述的氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、叔丁基过氧化氢中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的混凝土保水剂的制备方法，其特征在于，所述的还原剂为吊白块、L-抗坏血酸钠、E51、硫酸亚铁中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的混凝土保水剂的制备方法，其特征在于，所述的链转移剂是次磷酸钠。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的混凝土保水剂的制备方法，其特征在于，所述保水剂相对于混凝土原料的掺量为0.05-0.1%。