一种粘土抑制剂及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于混凝土减水剂助剂的制备领域，具体涉及一种抑制粘土副作用的粘土 抑制剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来我国基础设施工程建设规模巨大，高速铁路、公路、大型桥梁、水电工程、城 镇化建设高速推进，混凝土用量已占全球总量一半以上。然而，随着工程建设的快速发展， 砂石集料消耗量巨大，优质天然砂石资源日益匮乏；尤其是偏远干旱地区，无法对砂石集料 进行有效清洗，使得部分地区的砂石集料含泥量逐渐增大。因此，机制砂逐渐在混凝土中得 到广泛应用，同时也将大量微细的粘土质石粉、泥粉带入到混凝土中，导致混凝土初始流动 性较差，流动度损失大，严重影响混凝土的新拌性能。
[0003] 大量工程经验和研宄结果表明，砂石集料中的粘土质微粉对传统木质素磺酸盐减 水剂、脂肪族高效减水剂及萘系高效减水剂的影响相对较小，而对于聚羧酸高性能减水剂 的影响相对较大；一方面由于传统减水剂的掺量较高，另一方面由于聚羧酸减水剂固有的 分子结构导致其对于粘土更为敏感。砂石集料中的粘土大多为层状硅铝酸盐类矿物，一方 面容易吸水膨胀，导致混凝土中自由水减少，富余浆体量降低，从而降低了混凝土的流动 性；另一方面层状结构比表面积大，且表面高价阳离子富集，大量吸附聚羧酸减水剂，导致 用于分散水泥颗粒的减水剂分子数量大幅度减少，继而降低了减水剂的分散作用，混凝土 流动性变差。
[0004] 为了提高混凝土的流动性，目前常用的解决办法是提高聚羧酸系减水剂的初始掺 量或采用多次掺加减水剂的途径，但这样不仅大幅度增加了施工成本，且多次添加操作不 方便、容易造成减水剂过掺，导致混凝土出现泌水离析，和易性变差，影响混凝土施工性能， 劣化混凝土耐久性。
[0005] 基于此，越来越多的研宄者开始关注如何提高聚羧酸系减水剂对粘土的适应性。 一方面，研宄者首先从改变聚羧酸分子结构入手：如CN102923989公开了一种抗粘土型聚 羧酸减水剂的制备方法，该减水剂由两种不饱和聚氧乙烯单体、不饱和一元羧酸及其衍生 物单体、不饱和烯基磺酸盐混合共聚，再采用多乙烯多胺中和而成；CN102875051公开了一 种能抵御粘土不利影响的聚羧酸减水剂，其由烯基聚氧乙烯聚氧丙烯单体、丙烯酸或甲基 丙烯酸、丙烯酰胺衍生物单体通过自由基共聚得到。然而，通过部分改变聚羧酸减水剂的共 聚单体，并不能从实质上改变粘土对聚羧酸的吸附，因为粘土对聚羧酸减水剂的吸附，主要 是粘土表面的羟基与聚羧酸减水剂侧链聚氧乙烯醚键的强氢键作用所导致，而不饱和聚氧 乙烯单体是合成聚羧酸减水剂不可缺少的关键原料。同时，该类聚羧酸减水剂在含泥量较 高时减水剂的掺量也相当高，大幅度增加了成本。另一方面，研宄者也开始考虑采用助剂复 配的方案：如CN101798197A公开了一种抑制集料含泥量影响的控缓释聚羧酸系减水剂，其 主要的方法是采用75?95份的聚羧酸减水剂与2?5份缓凝剂、5?25份缓释剂进行物 理复配，从而降低了粘土对聚羧酸系减水剂的负面影响。通过助剂复配，不改变聚羧酸减 水剂本身分子结构与性能，灵活性更高，适用面更广，然而大掺量的缓凝剂易造成混凝土凝 结时间延长，且容易导致含气量上升，对后期强度造成不利影响。例如，CN102718430A报道 了一种掺聚羧酸系减水剂混凝土含泥量抑制剂的制备方法，其采用磷酸盐类的泥土分散组 分、泥土吸附组分和离子络合交换组分按一定比例进行物理混合，并将其与聚羧酸减水剂 一起掺入混凝土中，改善了聚羧酸减水剂的性能。但是其由于是小分子的化合物复配，掺量 明显较高，性价比较低。
[0006] 因此，开发一种能有效降低骨料中粘土对减水剂分散性能产生副作用的抑制剂， 通过其与减水剂，尤其是聚羧酸减水剂进行复配使用，在一定的含泥量条件下，能有效降低 粘土的副作用，提高聚羧酸减水剂的初始分散能力和分散保持能力，提高混凝土流动性，对 促进低品位骨料及机制砂的应用，实现混凝土的可持续发展具有重要意义。
【发明内容】
[0007] 发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种与聚羧酸 减水剂复配使用的粘土抑制剂极其制备方法，其解决的技术问题是：能在较高含泥量条件 下，有效保证或提高聚羧酸减水剂的初始分散能力和分散保持能力，同时不影响混凝土凝 结时间、含气量、强度等其它性能。
[0008] 技术方案：本发明提供的一种粘土抑制剂，按纯固体量计，由质量比为1?5:1〇 的有机阳离子化合物A和多元醇胺化合物B在常温下均匀混合而成；
[0009] 所述有机阳离子化合物A的结构式如式I所示：
【主权项】
1. 一种粘土抑制剂，其特征在于：按纯固体量计，由质量比为1?5:1的有机阳离子化 合物A和多元醇胺化合物B在常温下均匀混合而成； 所述有机阳离子化合物A的结构式如式I所示：
所述多元醇胺化合物B的结构式如式II所示：
其中，m为1?5的整数；E0为氧化乙烯基，P0为氧化丙烯基；x，y分别为氧化乙烯基 和氧化丙稀基的重复单元数，1 <x+y< 25,且x:y= 2?10:1。
2. 根据权利要求1所述的一种粘土抑制剂，其特征在于：所述多元醇胺化合物B的分 子量为500?5000。
3. 权利要求1或2所述的一种粘土抑制剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 有机阳离子化合物A水溶液的制备：在10-60°C下，向多胺化合物水溶液中缓慢滴 加季胺化试剂水溶液，滴完后升温至60?90°C保温反应1?4h，即得； (2) 多元醇胺化合物B的制备：在烷氧基化催化剂存在下，多胺化合物与环氧乙烷、环 氧丙烷发生烷氧基化反应，即得； (3) 粘土抑制剂的制备：将有机阳离子化合物A水溶液和多元醇胺化合物B在常温下 均匀混合均匀，即得。
4. 根据权利要求3所述的一种粘土抑制剂的制备方法，其特征在于：步骤⑴中，所述 多胺化合物结构式如式III所示：
其中，P为1?5的整数。
5. 根据权利要求3所述的一种粘土抑制剂的制备方法，其特征在于：步骤⑴中，所述 季胺化试剂为2, 3-环氧丙基三甲基氯化铵或3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
6. 根据权利要求3所述的一种粘土抑制剂的制备方法，其特征在于：步骤⑴中，所 述季胺化试剂与多胺化合物氮原子上所有活泼氢的总摩尔数相同；反应体系中，固含量为 30-60 %〇
7. 根据权利要求3所述的一种粘土抑制剂的制备方法，其特征在于：步骤⑵中，所述 烷氧基化催化剂包括金属钾、金属钠、萘钾、萘钠、氢化钾、氢化钠、烷基醇钾、烷基醇钠、氢 氧化钾、氢氧化钠；烷氧基化催化剂用量为烷氧基化后所得产物重量的0. 02?0. 2%;烷氧 基化的反应温度为80?150°C，反应压力为0? 1?0? 4MPa。
8.根据权利要求3所述的一种粘土抑制剂的制备方法，其特征在于：步骤⑵中，环氧 乙烷和环氧丙烷的摩尔比为2?10:1，环氧乙烷和环氧丙烷的总物质的量与多胺化合物的 物质的量之比为6?109:1。
【专利摘要】本发明提供的一种粘土抑制剂，由质量比为1～5:1的有机阳离子化合物A和多元醇胺化合物B在常温下均匀混合而成。本发明还提供了上述粘土抑制剂的制备方法及其在抑制粘土副作用中的应用。该粘土抑制剂制备工艺简单、使用方便、成本低廉；其中含有的有机阳离子化合物和多元醇胺化合物协同作用，有效降低粘土对聚羧酸减水剂性能的负面影响。
【IPC分类】C04B24-12
【公开号】CN104556771
【申请号】CN201410535904
【发明人】冉千平, 杨勇, 刘加平, 刘浩, 周栋梁, 毛永琳
【申请人】江苏苏博特新材料股份有限公司, 南京博特新材料有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年10月11日