一种用于混凝土的复配型高效早强减水剂的制作方法

技术领域：

本发明涉及混凝土附加剂技术领域，具体涉及一种用于混凝土的复配型高效早强减水剂。

背景技术：
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随着社会经济的迅速发展，对混凝土的要求也越来越高。据统计，80％以上的商品混凝土都掺加了混凝土外加剂以提高性能，满足施工要求。现在，混凝土外加剂主要向高效、多功能和复合化的方向发展。采用复合外加剂能够改善新拌混凝土的稳定性，如不离析、不泌水等，还可调节水泥的水化、硬化过程，如延缓水化放热、早强、高强等。

聚羧酸系减水剂作为第三代减水剂的代表，由于具备环保、高减水、高保坍等诸多优点已经得到广泛应用。目前，实现聚羧酸系减水剂具有早强功能的方法主要有两种：一种是合成聚合物本身具有很好的早强功能，另一种是合成常规的聚羧酸减水剂，通过复配早强组分达到早强效果。

专利cn103011670a公开了一种早强快凝型聚羧酸系减水剂及其制备方法，cn101357834b公开了一种早强型聚羧酸塑化剂，cn101205218b公开了一种早强型聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法，cn101497507a公开了一种早强防冻型聚羧酸系减水剂及其制备方法。以上专利均存在在产生早强功能的同时会削弱减水性能的问题，为了保证减水性能而增大减水剂用量的措施又会出现混凝土坍落度过大或发生离析的现象，并增加减水剂的使用成本。

技术实现要素：
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本发明所要解决的技术问题在于提供一种减水率达到33％以上、初凝时间在135min以下、终凝时间在200min以下、1d抗压强度达到14mpa以上、28d抗压强度达到45mpa以上且初始坍落度在210±10mm的用于混凝土的复配型高效早强减水剂。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种用于混凝土的复配型高效早强减水剂，由如下重量份数的原料制成：

聚乙二醇单甲醚75035-40份、土壤级多聚谷氨酸15-20份、水解聚马来酸酐5-10份、超细硅灰石粉5-10份、烯丙基缩水甘油醚1-5份、双丙酮丙烯酰胺1-5份、硫代二丙酸二月桂酯1-5份、异构十三醇聚氧乙烯醚0.5-3份、葡萄糖酸钠0.5-3份。

其制备方法包括如下步骤：

(1)搅拌下向土壤级多聚谷氨酸和水解聚马来酸酐中加水直至完全溶解，滴加3-5wt％稀硫酸溶液调节ph值至3-4，再加入聚乙二醇单甲醚750，补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解，然后加热至回流状态保温搅拌3-5h，所得混合物经减压浓缩成固含量45-55％的膏体，并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌15-30min，最后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得酯类高分子化合物；

(2)将酯类高分子化合物加热至115-125℃保温搅拌5-10min，并加入烯丙基缩水甘油醚和双丙酮丙烯酰胺，再在115-125℃下继续保温搅拌15-30min，自然冷却至室温，即得改性酯类高分子化合物；

(3)向硫代二丙酸二月桂酯中加入异构十三醇聚氧乙烯醚和葡萄糖酸钠，并加热至115-125℃保温搅拌10-15min，即得助剂；

(4)向改性酯类高分子化合物中加入超细硅灰石粉和助剂，充分混合后经真空压缩成块，并转入-10℃环境中密封静置3-5h，最后经超微粉碎机制成微粉，即得早强减水剂。

所述超细硅灰石粉的平均粒径在15-20μm。

所述水解聚马来酸酐的分子量在600-700。

所述超细硅灰石粉经过改性处理，其具体改性方法为：将超细硅灰石粉置于130-140℃烘箱中干燥5-8h，经自然冷却至室温，并分散于3-5倍重量份的水中，再加入甲基丙烯酸羟乙酯、二甲基丙烯酸镁和过硫酸钾，充分混合后利用微波处理器微波回流处理5min，间隔5min后继续微波回流处理5min，间隔5min后再次微波回流处理5min，如此反复，控制微波回流处理总时间在30-45min，所得混合物于65-75℃下搅拌至水分挥干，最后利用超微粉碎机制成微粉，即得改性硅灰石粉。

所述超细硅灰石粉、甲基丙烯酸羟乙酯、二甲基丙烯酸镁和过硫酸钾的重量比为10-15:1-5:1-5:0.01-0.05。

所述微波处理器的工作条件为微波频率2450mhz、输出功率700w。

上述所制早强减水剂在使用时先采用预混装置与水泥拌合，所述预混装置包括由进料室和混料室组成的混合罐以及罐体支撑台，所述进料室与混料室之间水平设有过料筛网，进料室顶部设有袋装水泥进料口和早强减水剂进料口，进料室侧壁设有一个排渣气缸和两个相对称的切袋气缸，切袋气缸的导杆垂直穿入进料室中且前端设有相匹配的半环形切袋刀片，排渣气缸的导杆垂直穿入进料室中且前端设有与过料筛网垂直贴合的排渣板，排渣板正对的进料室侧壁上设有排渣门，所述混料室中水平设有由电机驱动旋转的螺旋混料叶片，混料室底部设有出料口，混料室上侧外壁对称设有振动电机、下侧外壁对称设有与罐体支撑台垂直连接的振动弹簧。

所述切袋刀片闭合后形成的圆环内径小于袋装水泥的横向直径。

所述袋装水泥进料口上垂直设有一对进料限位板，两个进料限位板之间形成卡合袋装水泥的限位空间。

所述混料室内壁设有多个朝向螺旋混料叶片的喷雾加湿嘴。

所述罐体支撑台上垂直设有套在振动弹簧内部的弹簧限位柱。

所述进料室与混料室连接处设有安装过料筛网的筛网置台。

本发明的工作原理：

使用时，先关闭出料口，打开袋装水泥进料口和振动电机开关，利用起吊设备将袋装水泥垂直卡在限位空间中且袋装水泥底部伸入进料室中，然后打开切袋气缸工作开关，利用切袋刀片将袋装水泥的包装袋切开，流出的水泥在振动电机作用下通过过料筛网进入混料室，待袋中中水泥完全流出后利用起吊设备将水泥包装袋提起并送至指定位置，切袋刀片往复运动以逐一对后续利用起吊设备送入进料室中的袋装水泥进行切袋放料；并打开排渣气缸工作开关，利用排渣板和排渣门将切割下的水泥包装袋和未过筛的水泥渣排出进料室；再打开电机工作开关和减水剂进料口向进料室加入减水剂，电机驱动螺旋混料叶片旋转以将减水剂均匀分散于水泥中，并通过喷雾加湿嘴对混合物料进行加湿，以减少混料室内部粉尘压力同时促进减水剂在水泥中的进一步均匀分散；混料结束后打开出料口，将混合好的水泥与减水剂混合料排出。

本发明的有益效果是：

(1)甲基丙烯酸羟乙酯与二甲基丙烯酸镁经化学交联反应在硅灰石粉表面及其颗粒内部结构中形成丙烯酸树脂，在增强硅灰石粉使用性能的同时提高硅灰石粉与早强减水剂其余制备原料以及水泥的共混相容性；

(2)聚乙二醇单甲醚与多聚谷氨酸、水解聚马来酸酐经酯化反应制得酯类高分子化合物，并进一步经改性处理制得改性酯类高分子化合物，所制改性酯类高分子化合物作为早强减水剂的主料，发挥显著的早强减水效果；

(3)所制早强减水剂在其掺量为水泥用量的2％时即可显现出优异的使用性能，减水率达到33％以上，初凝时间在135min以下，终凝时间在200min以下，1d抗压强度达到14mpa以上，28d抗压强度达到45mpa以上，初始坍落度在210±10mm；并且该早强减水剂对钢筋无锈蚀作用，无碱集料反应，能够广泛适用于各等级商品混凝土、高速铁路、高速公路、大型桥梁、预制构件等高品质混凝土中，尤其适用于具有早强要求的各种混凝土施工；

(4)通过该预混装置的结构设置，实现水泥与减水剂的自动化混料，节省人力的同时提高混料均匀度，使减水剂均匀分散于水泥中；并减轻水泥切袋过程中所产生粉尘对工作环境的污染，同时实现水泥的过筛，防止结块水泥在混料过程中发生团聚现象从而影响减水剂的均匀分散；还通过振动电机和振动弹簧的设置，加快物料的过筛速度以及提高混料均匀度，以及通过喷雾加湿嘴对混合物料进行加湿以减少混料室内部粉尘压力同时促进减水剂在水泥中的进一步均匀分散。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明切袋刀片的结构俯视图；

其中：1-进料室；2-混料室；3-罐体支撑台；4-过料筛网；5-袋装水泥进料口；6-早强减水剂进料口；7-排渣气缸；8-切袋气缸；9-切袋刀片；10-排渣板；11-排渣门；12-螺旋混料叶片；13-出料口；14-振动电机；15-振动弹簧；16-进料限位板；17-限位空间；18-喷雾加湿嘴；19-弹簧限位柱；20-筛网置台；21-电机。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

(1)搅拌下向20g土壤级多聚谷氨酸和10g水解聚马来酸酐中加水直至完全溶解，滴加5wt％稀硫酸溶液调节ph值至3-4，再加入40g聚乙二醇单甲醚750，补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解，然后加热至回流状态保温搅拌3h，所得混合物经减压浓缩成固含量45-55％的膏体，并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min，最后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得酯类高分子化合物；

(2)将酯类高分子化合物加热至115-125℃保温搅拌5min，并加入5g烯丙基缩水甘油醚和2g双丙酮丙烯酰胺，再在115-125℃下继续保温搅拌30min，自然冷却至室温，即得改性酯类高分子化合物；

(3)向3g硫代二丙酸二月桂酯中加入2g异构十三醇聚氧乙烯醚和1g葡萄糖酸钠，并加热至115-125℃保温搅拌15min，即得助剂；

(4)向改性酯类高分子化合物中加入5g超细硅灰石粉和助剂，充分混合后经真空压缩成块，并转入-10℃环境中密封静置5h，最后经超微粉碎机制成微粉，即得早强减水剂。

实施例2

(1)搅拌下向15g土壤级多聚谷氨酸和5g水解聚马来酸酐中加水直至完全溶解，滴加5wt％稀硫酸溶液调节ph值至3-4，再加入35g聚乙二醇单甲醚750，补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解，然后加热至回流状态保温搅拌3h，所得混合物经减压浓缩成固含量45-55％的膏体，并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min，最后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得酯类高分子化合物；

(2)将酯类高分子化合物加热至115-125℃保温搅拌5min，并加入3g烯丙基缩水甘油醚和3g双丙酮丙烯酰胺，再在115-125℃下继续保温搅拌30min，自然冷却至室温，即得改性酯类高分子化合物；

(3)向3g硫代二丙酸二月桂酯中加入2g异构十三醇聚氧乙烯醚和0.5g葡萄糖酸钠，并加热至115-125℃保温搅拌15min，即得助剂；

(4)向改性酯类高分子化合物中加入10g超细硅灰石粉和助剂，充分混合后经真空压缩成块，并转入-10℃环境中密封静置5h，最后经超微粉碎机制成微粉，即得早强减水剂。

实施例3

(1)搅拌下向20g土壤级多聚谷氨酸和10g水解聚马来酸酐中加水直至完全溶解，滴加5wt％稀硫酸溶液调节ph值至3-4，再加入40g聚乙二醇单甲醚750，补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解，然后加热至回流状态保温搅拌3h，所得混合物经减压浓缩成固含量45-55％的膏体，并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min，最后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得酯类高分子化合物；

(2)将酯类高分子化合物加热至115-125℃保温搅拌5min，并加入5g烯丙基缩水甘油醚和2g双丙酮丙烯酰胺，再在115-125℃下继续保温搅拌30min，自然冷却至室温，即得改性酯类高分子化合物；

(3)向3g硫代二丙酸二月桂酯中加入2g异构十三醇聚氧乙烯醚和1g葡萄糖酸钠，并加热至115-125℃保温搅拌15min，即得助剂；

(4)向改性酯类高分子化合物中加入5g超细硅灰石粉和助剂，充分混合后经真空压缩成块，并转入-10℃环境中密封静置5h，最后经超微粉碎机制成微粉，即得早强减水剂。

超细硅灰石粉的改性：将15g超细硅灰石粉置于130-140℃烘箱中干燥8h，经自然冷却至室温，并分散于3倍重量份的水中，再加入5g甲基丙烯酸羟乙酯、3g二甲基丙烯酸镁和0.05g过硫酸钾，充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波处理器微波回流处理5min，间隔5min后继续微波回流处理5min，间隔5min后再次微波回流处理5min，如此反复，控制微波回流处理总时间在30min，所得混合物于65-75℃下搅拌至水分挥干，最后利用超微粉碎机制成微粉，即得改性硅灰石粉。

实施例4

(1)搅拌下向15g土壤级多聚谷氨酸和5g水解聚马来酸酐中加水直至完全溶解，滴加5wt％稀硫酸溶液调节ph值至3-4，再加入35g聚乙二醇单甲醚750，补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解，然后加热至回流状态保温搅拌3h，所得混合物经减压浓缩成固含量45-55％的膏体，并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min，最后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得酯类高分子化合物；

(2)将酯类高分子化合物加热至115-125℃保温搅拌5min，并加入3g烯丙基缩水甘油醚和3g双丙酮丙烯酰胺，再在115-125℃下继续保温搅拌30min，自然冷却至室温，即得改性酯类高分子化合物；

(3)向3g硫代二丙酸二月桂酯中加入2g异构十三醇聚氧乙烯醚和0.5g葡萄糖酸钠，并加热至115-125℃保温搅拌15min，即得助剂；

(4)向改性酯类高分子化合物中加入10g超细硅灰石粉和助剂，充分混合后经真空压缩成块，并转入-10℃环境中密封静置5h，最后经超微粉碎机制成微粉，即得早强减水剂。

超细硅灰石粉的改性：将10g超细硅灰石粉置于130-140℃烘箱中干燥8h，经自然冷却至室温，并分散于3倍重量份的水中，再加入3g甲基丙烯酸羟乙酯、2g二甲基丙烯酸镁和0.05g过硫酸钾，充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波处理器微波回流处理5min，间隔5min后继续微波回流处理5min，间隔5min后再次微波回流处理5min，如此反复，控制微波回流处理总时间在30min，所得混合物于65-75℃下搅拌至水分挥干，最后利用超微粉碎机制成微粉，即得改性硅灰石粉。

对照例1

(1)搅拌下向15g土壤级多聚谷氨酸和5g水解聚马来酸酐中加水直至完全溶解，滴加5wt％稀硫酸溶液调节ph值至3-4，再加入35g聚乙二醇单甲醚750，补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解，然后加热至回流状态保温搅拌3h，所得混合物经减压浓缩成固含量45-55％的膏体，并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min，最后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得酯类高分子化合物；

(2)将酯类高分子化合物加热至115-125℃保温搅拌5min，并加入3g烯丙基缩水甘油醚和3g双丙酮丙烯酰胺，再在115-125℃下继续保温搅拌30min，自然冷却至室温，即得改性酯类高分子化合物；

(3)向改性酯类高分子化合物中加入10g超细硅灰石粉，充分混合后经真空压缩成块，并转入-10℃环境中密封静置5h，最后经超微粉碎机制成微粉，即得早强减水剂。

对照例2

(1)搅拌下向15g土壤级多聚谷氨酸和5g水解聚马来酸酐中加水直至完全溶解，滴加5wt％稀硫酸溶液调节ph值至3-4，再加入35g聚乙二醇单甲醚750，补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解，然后加热至回流状态保温搅拌3h，所得混合物经减压浓缩成固含量45-55％的膏体，并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min，最后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得酯类高分子化合物；

(2)向3g硫代二丙酸二月桂酯中加入2g异构十三醇聚氧乙烯醚和0.5g葡萄糖酸钠，并加热至115-125℃保温搅拌15min，即得助剂；

(3)向酯类高分子化合物中加入10g超细硅灰石粉和助剂，充分混合后经真空压缩成块，并转入-10℃环境中密封静置5h，最后经超微粉碎机制成微粉，即得早强减水剂。

对照例3

(1)向3g硫代二丙酸二月桂酯中加入2g异构十三醇聚氧乙烯醚和0.5g葡萄糖酸钠，并加热至115-125℃保温搅拌15min，即得助剂；

(2)向35g聚乙二醇单甲醚750中加入15g土壤级多聚谷氨酸、5g水解聚马来酸酐、10g超细硅灰石粉和助剂，充分混合后经真空压缩成块，并转入-10℃环境中密封静置5h，最后经超微粉碎机制成微粉，即得早强减水剂。

实施例5

将等量实施例1-4、对照例1-3所制早强减水剂参照gb8076-2016《混凝土外加剂》测定混凝土的减水率与凝结时间，并参照gb/t50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定抗压强度，测定结果如表1所示。以专利cn106007452a实施例1、cn104193913a实施例1所制早强减水剂作为对照例4、对照例5。

混凝土配料：p.042.5水泥、细度模数2.6中砂、5-10mm连续级配碎石的重量配比360:780:1080，调整用水量使新拌混凝土初始坍落度为210±10mm，早强减水剂掺量为水泥重量的2％。

表1本发明早强减水剂的使用性能测定结果

实施例6

(1)搅拌下向15g土壤级多聚谷氨酸和5g水解聚马来酸酐中加水直至完全溶解，滴加5wt％稀硫酸溶液调节ph值至3-4，再加入35g聚乙二醇单甲醚750，补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解，然后加热至回流状态保温搅拌3h，所得混合物经减压浓缩成固含量45-55％的膏体，并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min，最后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得酯类高分子化合物；

(2)将酯类高分子化合物加热至115-125℃保温搅拌5min，并加入3g烯丙基缩水甘油醚和3g双丙酮丙烯酰胺，再在115-125℃下继续保温搅拌30min，自然冷却至室温，即得改性酯类高分子化合物；

(3)向3g硫代二丙酸二月桂酯中加入2g异构十三醇聚氧乙烯醚和0.5g葡萄糖酸钠，并加热至115-125℃保温搅拌15min，即得助剂；

(4)向改性酯类高分子化合物中加入10g超细硅灰石粉和助剂，充分混合后经真空压缩成块，并转入-10℃环境中密封静置5h，最后经超微粉碎机制成微粉，即得早强减水剂。

超细硅灰石粉的改性：将10g超细硅灰石粉置于130-140℃烘箱中干燥8h，经自然冷却至室温，并分散于3倍重量份的水中，再加入3g甲基丙烯酸羟乙酯、2g二甲基丙烯酸镁和0.05g过硫酸钾，充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波处理器微波回流处理5min，间隔5min后继续微波回流处理5min，间隔5min后再次微波回流处理5min，如此反复，控制微波回流处理总时间在30min，所得混合物于65-75℃下搅拌至水分挥干，最后利用超微粉碎机制成微粉，即得改性硅灰石粉。

上述所制早强减水剂在使用时先采用预混装置与水泥拌合，预混装置包括由进料室1和混料室2组成的混合罐以及罐体支撑台3，所述进料室与混料室之间水平设有过料筛网4，进料室顶部设有袋装水泥进料口5和早强减水剂进料口6，进料室侧壁设有一个排渣气缸7和两个相对称的切袋气缸8，切袋气缸的导杆垂直穿入进料室中且前端设有相匹配的半环形切袋刀片9，排渣气缸的导杆垂直穿入进料室中且前端设有与过料筛网垂直贴合的排渣板10，排渣板正对的进料室侧壁上设有排渣门11，所述混料室中水平设有由电机21驱动旋转的螺旋混料叶片12，混料室底部设有出料口13，混料室上侧外壁对称设有振动电机14、下侧外壁对称设有与罐体支撑台垂直连接的振动弹簧15。

切袋刀片闭合后形成的圆环内径小于袋装水泥的横向直径，袋装水泥进料口上垂直设有一对进料限位板16，两个进料限位板之间形成卡合袋装水泥的限位空间17，混料室内壁设有多个朝向螺旋混料叶片的喷雾加湿嘴18，罐体支撑台上垂直设有套在振动弹簧内部的弹簧限位柱19，进料室与混料室连接处设有安装过料筛网的筛网置台20。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。