减水剂及其制备方法、以及混凝土与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种减水剂及其制备方法、以及混凝土。


背景技术：

2.近年来，在高速铁路建设的带动下，聚羧酸系高性能减水剂也获得了快速的发展。减水剂促进了我国混凝土新技术的发展，促进了工业副产品在胶凝材料系统中的应用，已经逐步成为优质混凝土必不可少的材料。现有的高性能聚羧甲基减水剂在合成过程中需要升温加热，不仅因设备升温而耗时长，而且成本高。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种减水剂及其制备方法、以及混凝土，旨在解决现有高性能聚羧甲基减水剂在合成过程中需要升温加热的问题。
4.为实现上述目的，本发明提出一种减水剂，所述减水剂包括以下原料组分：异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸；
5.其中，所述异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸的重量比为360:25.2～36:2～4:1～4:3～5:1～3:1～3。
6.可选地，所述异戊烯基聚氧乙烯醚和所述双氧水的重量比为360:2.5～3。
7.可选地，所述异戊烯基聚氧乙烯醚、所述抗坏血酸以及所述草酸的重量比为360:3:1.5。
8.可选地，所述减水剂的原料组分为：异戊烯基聚氧乙烯醚360份、丙烯酸26.5份、双氧水2.5份、抗坏血酸2份、次磷酸钠4.6份、无水亚硫酸钠1.3份以及草酸2.5份。
9.此外，本发明还提出一种减水剂的制备方法，所述减水剂的制备方法包括以下步骤：
10.将丙烯酸溶于水，制得a液；
11.将抗坏血酸和无水亚硫酸钠加入水中，制得b液；
12.向异戊烯基聚氧乙烯醚的水溶液中加入草酸、次磷酸钠和双氧水，搅拌得到混合液；
13.向所述混合液中滴加所述a液和所述b液，于常温下搅拌反应，得到减水剂。
14.可选地，所述向所述混合液中滴加所述a液和所述b液，于常温下搅拌反应，得到减水剂的步骤中，所述a液和所述b液同时滴加。
15.可选地，所述a液和所述b液的滴加时间不大于1h。
16.可选地，所述反应时间为0.8～1.5h。
17.可选地，所述向异戊烯基聚氧乙烯醚的水溶液中加入草酸、次磷酸钠和双氧水，搅拌得到混合液的步骤包括：
18.将异戊烯基聚氧乙烯醚的水溶液搅拌15～25min后，向其中依次加入草酸、次磷酸钠、双氧水，搅拌8～12min，得到混合液。
19.此外，本发明还提出一种混凝土，所述混凝土包括减水剂，所述减水剂包括以下原料组分：异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸；
20.其中，所述异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸的重量比为360:25.2～36:2～4:1～4:3～5:1～3:1～3。
21.本发明提供的技术方案中，选用异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸作为减水剂的原料，并对各组分的用量进行优化，使得本减水剂一方面能够在生产过程中通过利用聚合反应释放出来的热量维持反应体系热量平衡，实现常温聚合和低温聚合，减少能源消耗；另一方面，能够通过低酸醚比降低敏感性，使得减水剂能够在保持原有高减水率的情况下，具有更优的坍落度保持性，且对水泥地材的其他混凝土材料适应性更好，更易起浆，提高了减水剂综合性能，使其满足现场混凝土适配需求。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
23.图1为本发明提供的减水剂的制备方法的一实施例的流程示意图。
24.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.近年来，在高速铁路建设的带动下，聚羧酸系高性能减水剂也获得了快速的发展。减水剂促进了我国混凝土新技术的发展，促进了工业副产品在胶凝材料系统中的应用，已经逐步成为优质混凝土必不可少的材料。现有的高性能聚羧甲基减水剂在合成过程中需要升温加热，不仅因设备升温而耗时长，而且成本高。
27.鉴于此，本发明提出一种减水剂，所述减水剂能够在常温/低温条件下合成，且具有较好的综合性能，能够满足现场混凝土的适配需求。所述减水剂包括以下原料组分：异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸；其中，所述异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸的重量
比为360:25.2～36:2～4:1～4:3～5:1～3:1～3。
28.本发明提供的技术方案中，选用异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸作为减水剂的原料，并对各组分的用量进行优化，使得本减水剂一方面能够在生产过程中通过利用聚合反应释放出来的热量维持反应体系热量平衡，实现常温聚合和低温聚合，减少能源消耗；另一方面，能够通过低酸醚比降低敏感性，使得减水剂能够在保持原有高减水率的情况下，具有更优的坍落度保持性，且对水泥地材的其他混凝土材料适应性更好，更易起浆，提高了减水剂综合性能，使其满足现场混凝土适配需求。
29.其中，丙酮酸的用量优选为共聚大单体异戊烯基聚氧乙烯醚用量的7wt％～10wt％。当丙酮酸的加入量在此范围内时，经过共聚得到的梳型分子结构随着丙酮酸的加入量的增大，净浆流动度先增大后减小，获得的减水剂具有较佳的性能。
30.双氧水的加入量影响减水剂的性能。以净浆流动度为考察指标，以双氧水添加量为考察对象，进行试验，试验结果如下表1所示。当双氧水用量过高时，自由基活性种较多，导致分子量变低，分散性能变差。本发明对双氧水用量进行优化，使得减水剂配方中所述异戊烯基聚氧乙烯醚和所述双氧水的重量比为360:2.5～3，即每360份异戊烯基聚氧乙烯醚对应加入2.5～3份双氧水，在此范围内，随着双氧水用量的增加，净浆流动度先增加后减少，作为优选，双氧水用量为3.0g。
31.表1双氧水添加量对净浆流动度的影响
[0032][0033][0034]
此外，还原剂的用量也会对整个氧化还原体系起到重要影响，它可以释放足够的热量维持反应体系所需的热量平衡。以净浆流动度为考察指标，以抗坏血酸和草酸的添加量为考察对象，进行试验，试验结果如下表2所示。从表中可以看出，当所述异戊烯基聚氧乙烯醚、所述抗坏血酸以及所述草酸的重量比为360:3:1.5时，即每360份异戊烯基聚氧乙烯醚对应加入3份抗坏血酸和1.5份草酸，净浆流动度最佳。
[0035]
表2抗坏血酸和草酸添加量对净浆流动度的影响
[0036][0037]
作为优选实施例，本实施例中，所述减水剂的原料组分为：异戊烯基聚氧乙烯醚360份、丙烯酸26.5份、双氧水2.5份、抗坏血酸2份、次磷酸钠4.6份、无水亚硫酸钠1.3份以及草酸2.5份。相较其他组分配比，本减水剂具有最佳的综合性能。
[0038]
此外，本发明还提出一种减水剂的制备方法，图1为本发明提出的减水剂的制备方法的一实施例。
[0039]
参阅图1，所述减水剂的制备方法包括以下步骤：
[0040]
步骤s10，将丙烯酸溶于水，制得a液；
[0041]
步骤s20，将抗坏血酸和无水亚硫酸钠加入水中，制得b液；
[0042]
步骤s30，向异戊烯基聚氧乙烯醚的水溶液中加入草酸、次磷酸钠和双氧水，搅拌得到混合液。
[0043]
其中，具体实施时，步骤s30可以按照如下步骤操作：
[0044]
步骤s31，将异戊烯基聚氧乙烯醚的水溶液搅拌15～25min后，向其中依次加入草酸、次磷酸钠、双氧水，搅拌8～12min，得到混合液。
[0045]
本发明方法通过将双氧水直接投入釜底料，再通过b液滴加抗坏血酸作为还原剂与双氧水直接反应释放大量的热量以维持反应体系热量平衡，实现了常温聚合，而无需升温，不仅降低了能耗，而且相较常规合成方法，由于无需升温，节省了升温所需的时间(目前常规合成工艺通常需要耗费至少两小时升温至所需温度)，大大缩短了合成时间，提高了生产效率。
[0046]
此外，各组分的添加量为：所述异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸的重量比为360:25.2～36:2～4:1～4:3～5:1～3:1～3。且优选为异戊烯基聚氧乙烯醚360份、丙烯酸26.5份、双氧水2.5份、抗坏血酸2份、次磷酸钠4.6份、无水亚硫酸钠1.3份以及草酸2.5份。
[0047]
本发明方法选用异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸作为减水剂的原料，并对各组分的用量进行优化，不仅能够实现常温合成，而且能够优化减水剂性能，使得减水剂能够在保持原有高减水率的情况下，具有更优的坍落度保持性，且对水泥地材的其他混凝土材料适应性更好，更易起浆，提高了减水剂综合性能，使其满足现场混凝土适配需求。
[0048]
步骤s40，向所述混合液中滴加所述a液和所述b液，于常温下搅拌反应，得到减水
剂。
[0049]
本实施例中，同时向混合液中开始滴加a液和b液，即所述a液和所述b液同步滴加，使得滴加时间能够大幅度缩短，大幅度地降低了合成时间，提高了生产效率。
[0050]
进一步地，所述a液和所述b液的滴加时间不大于1h，即在一小时内能够将a液和b液全部滴加完毕，如此，大大缩减了滴加时间。此外，所述反应时间为0.8～1.5h，如此，足以保证共聚反应充分进行，保证含固量在50％左右。其中，含固量是指减水剂产物(干品)相对于原料组分总量的百分比例。
[0051]
此外，本发明还提出一种混凝土，所述混凝土包括减水剂，所述减水剂包括以下原料组分：异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸；其中，所述异戊烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、双氧水、抗坏血酸、次磷酸钠、无水亚硫酸钠以及草酸的重量比为360:25.2～36:2～4:1～4:3～5:1～3:1～3。本混凝土采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0052]
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0053]
实施例1
[0054]
减水剂原料配方：异戊烯基聚氧乙烯醚360份、丙烯酸25.2份、双氧水4份、抗坏血酸3份、次磷酸钠4份、无水亚硫酸钠1份以及草酸1.5份
[0055]
制备方法：按照如上配方称取原料组分。将丙烯酸溶于水，制得a液。将抗坏血酸和无水亚硫酸钠加入水中，制得b液。将异戊烯基聚氧乙烯醚的水溶液搅拌20min后，向其中依次加入草酸、次磷酸钠、双氧水，搅拌10min，得到混合液。最后向混合液中同时滴加a液和b液，并控制滴加时间不大于1h，滴加完毕后，在常温下继续搅拌使反应1h，出料得到减水剂。
[0056]
实施例2
[0057]
减水剂原料配方：异戊烯基聚氧乙烯醚360份、丙烯酸26.5份、双氧水2.5份、抗坏血酸2份、次磷酸钠4.6份、无水亚硫酸钠1.3份以及草酸2.5份。
[0058]
制备方法：按照如上配方称取原料组分。将丙烯酸溶于水，制得a液。将抗坏血酸和无水亚硫酸钠加入水中，制得b液。将异戊烯基聚氧乙烯醚的水溶液搅拌20min后，向其中依次加入草酸、次磷酸钠、双氧水，搅拌10min，得到混合液。最后向混合液中同时滴加a液和b液，并控制滴加时间不大于1h，滴加完毕后，在常温下继续搅拌使反应1h，出料得到减水剂。
[0059]
实施例3
[0060]
减水剂原料配方：异戊烯基聚氧乙烯醚360份、丙烯酸36份、双氧水3份、抗坏血酸1份、次磷酸钠3份、无水亚硫酸钠1.5份以及草酸1份
[0061]
制备方法：按照如上配方称取原料组分。将丙烯酸溶于水，制得a液。将抗坏血酸和无水亚硫酸钠加入水中，制得b液。将异戊烯基聚氧乙烯醚的水溶液搅拌25min后，向其中依次加入草酸、次磷酸钠、双氧水，搅拌12min，得到混合液。最后向混合液中同时滴加a液和b液，并控制滴加时间不大于1h，滴加完毕后，在常温下继续搅拌使反应1h，出料得到减水剂。
[0062]
实施例4
[0063]
减水剂原料配方：异戊烯基聚氧乙烯醚360份、丙烯酸30份、双氧水2份、抗坏血酸4份、次磷酸钠5份、无水亚硫酸钠3份以及草酸3份
[0064]
制备方法：按照如上配方称取原料组分。将丙烯酸溶于水，制得a液。将抗坏血酸和无水亚硫酸钠加入水中，制得b液。将异戊烯基聚氧乙烯醚的水溶液搅拌15min后，向其中依次加入草酸、次磷酸钠、双氧水，搅拌8min，得到混合液。最后向混合液中同时滴加a液和b液，并控制滴加时间不大于1h，滴加完毕后，在常温下继续搅拌使反应1h，出料得到减水剂。
[0065]
对比例1
[0066]
减水剂原料配方：异戊烯基聚氧乙烯醚4000份、丙烯酸300份、疏基丙酸12份、双氧水25份、维生素c6份
[0067]
制备方法：按照如上配方称取原料组分。将双氧水溶于水，制得a液；将维生素c和疏基丙酸溶于水，制得b液；将丙烯酸溶于水，制得c液。向装有异戊烯基聚氧乙烯醚的反应釜中通入蒸汽，升温至53℃后，滴加a液(140min内滴加完毕)，10min后开始滴加b液(140min内滴加完毕)，b液滴加开始10min后，开始滴加c液(120min内滴加完毕)。控制反应温度在53℃下，搅拌反应得到减水剂。
[0068]
取实施例1至4和对比例1制得的减水剂进行性能考察，考察项目包括比重、ph、水泥净浆流动度初始值以及1h保塑后水泥净浆流动度。结果见表3。
[0069]
表3各减水剂综合性能考察
[0070][0071][0072]
取实施例1至4和对比例1制得的减水剂制备下述混凝土。
[0073]
(一)c50混凝土
[0074]
配方：水150份、水泥320份、砂子670份、石子1050份、粉煤灰100份、矿粉100份、减水剂30份、保坍剂7.5份，水胶比0.29，砂率39％。
[0075]
(二)c30混凝土
[0076]
配方：水165份、水泥230份、砂子780份、石子1070份、粉煤灰70份、矿粉50份、减水剂33份、保坍剂8.25份，水胶比0.47，砂率42％。
[0077]
考察c50混凝土和c30混凝土的综合性能，结果如下表4所示。其中，t0：初始坍落度；l0：初始扩展度；t2：2小时后坍落度；l2：2小时后扩展度。
[0078]
表4混凝土的综合性能
[0079][0080]
相较对比例，各实施例制得的减水剂减水率和容重相当，但实施例减水剂整体和易性较好、更有手感，且2h坍损更好，综合性能更优，复配后混凝土的综合性能更优，坍落度保持性更好。
[0081]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。