混凝土粘度调节剂及其制备方法与应用

摘要

本发明涉及混凝土粘度调节剂及其制备方法与应用。所述混凝土粘度调节剂的原料包括单体和引发剂；所述单体包括不饱和酸、不饱和酰胺和不饱和有机硅单体；所述不饱和酸、所述不饱和酰胺及所述不饱和有机硅单体的质量比为1:1～3:1～2；所述引发剂的用量占所述单体总质量的0.8％～1.7％。所述混凝土粘度调节剂通过引入水化官能团及硅羟基，赋予了该调节剂与混凝土中水泥颗粒、减水剂组分之间的良好亲和性，使其更好地适应混凝土的碱性环境，有利于提高混凝土的和易性能。

权利要求

1.混凝土粘度调节剂，其特征在于，所述混凝土粘度调节剂的原料包括单体和引发剂；

所述单体为不饱和酸、不饱和酰胺和不饱和有机硅单体；

所述不饱和酸、所述不饱和酰胺及所述不饱和有机硅单体的质量比为1:1～3:1～2；

所述不饱和酸为衣康酸；

所述不饱和酰胺为N,N‑二甲基丙烯酰胺；

所述引发剂的用量占所述单体总质量的0.8％～1.7％。

2.根据权利要求1所述的混凝土粘度调节剂，其特征在于，所述不饱和有机硅单体包括甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

3.根据权利要求1所述的混凝土粘度调节剂，其特征在于，所述引发剂选自氧化还原类引发剂。

4.根据权利要求3所述的混凝土粘度调节剂，其特征在于，所述氧化还原类引发剂的氧化型引发剂选自双氧水、过硫酸铵或过硫酸钾中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的混凝土粘度调节剂，其特征在于，所述氧化还原类引发剂的氧化型引发剂为双氧水。

6.根据权利要求4所述的混凝土粘度调节剂，其特征在于，所述氧化还原类引发剂的还原型引发剂选自维生素C、D‑异抗坏血酸钠或次亚磷酸钠中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的混凝土粘度调节剂，其特征在于，所述氧化还原类引发剂的还原型引发剂为次亚磷酸钠。

8.根据权利要求7所述的混凝土粘度调节剂，其特征在于，所述氧化型引发剂与所述还原型引发剂的质量比为1～3:1。

9.权利要求1至8任一项所述的混凝土粘度调节剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：在非氧化气氛下，使包含单体和引发剂的反应溶液发生聚合反应。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为40℃～60℃，反应时间为7h～10h。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述反应溶液的溶剂包括N,N‑二甲基甲酰胺或水中的至少一种。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述反应溶液的溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述单体在所述反应溶液中的总浓度为

20wt.％～40wt.％。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，聚合完毕后，所述方法还包括反沉、过滤、纯化和干燥。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述反沉包括将聚合所得反应物置于不良溶剂中析出。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述纯化包括抽提去除未反应单体。

17.权利要求1至8任一项所述的混凝土粘度调节剂在混凝土材料方面的应用。

说明书

混凝土粘度调节剂及其制备方法与应用

技术领域

[0001] 本发明涉及混凝土领域，具体而言，涉及混凝土粘度调节剂及其制备方法与应用。

背景技术

[0002] 混凝土粘度调节剂是用于调节混凝土粘度、改善混凝土流变性的一类化学外加剂。无论是在普通低标号混凝土还是高强高性能混凝土的配制中，混凝土粘度调节剂的使用都能够极大地提高混凝土的施工性能，在保证混凝土力学性能的同时，大大提高了混凝土的工作性能。

[0003] 水泥净浆、砂浆或混凝土由于水泥颗粒、砂或石子与水密度的差异导致固体组分下沉，水上浮到表面的现象被称为泌水。泌水会造成混凝土的表面强度下降。水分在上浮的过程中会留下泌水通。这些孔隙会降低混凝土的密实性，使得氯离子、硫酸盐、二氧化碳等更容易进入混凝土内部，将严重降低混凝土的耐久性能。此外，泌水在混凝土下形成的水囊还会降低骨料与水泥石界面区强度。而在自密实混凝土中，泌水还会使自密实混凝土充模不完全，造成结构强度下降。在泵送混凝土中，泌水会导致混凝土抓底堵管，从而会降低生产效率并增加工人的劳动强度。

[0004] 目前，用于降低水泥浆的泌水离析现象的混凝土粘度调节剂类物质多采用无机材料硅灰、硅溶胶和石粉，但更多使用的是聚合物，如天然聚合物稻壳灰、温仑胶、纤维素醚、纤维素衍生物等。但上述物质与减水剂之间存在一定的相溶性问题，同时影响聚羧酸减水剂的减水、保坍性能。

[0005] 有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种混凝土粘度调节剂，其通过引入水化官能团及硅羟基，赋予了该调节剂与混凝土中水泥颗粒、减水剂组分之间的良好亲和性，使其更好地适应混凝土的碱性环境，有利于提高混凝土的和易性能。

[0007] 本发明还提供了上述混凝土粘度调节剂的制备方法及其在混凝土材料方面的应用。

[0008] 为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

[0009] 混凝土粘度调节剂，其原料包括单体和引发剂；

[0010] 所述单体包括不饱和酸、不饱和酰胺和不饱和有机硅单体；

[0011] 所述不饱和酸、所述不饱和酰胺及所述不饱和有机硅单体的质量比为1:1～3:1～2；

[0012] 所述引发剂的用量占所述单体总质量的0.8％～1.7％。

[0013] 可选地，所述不饱和酸包括丙烯酸、甲基丙烯酸或衣康酸中的至少一种。

[0014] 可选地，所述不饱和酸为丙烯酸。

[0015] 可选地，所述不饱和酰胺包括丙烯酰胺或N,N‑二甲基丙烯酰胺中的至少一种。

[0016] 可选地，所述不饱和酰胺为丙烯酰胺。

[0017] 可选地，所述不饱和有机硅单体包括甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)。

[0018] 可选地，所述引发剂选自氧化还原类引发剂。

[0019] 可选地，所述氧化还原类引发剂的氧化型引发剂选自双氧水、过硫酸铵或过硫酸钾中的至少一种；所述氧化还原类引发剂的还原型引发剂选自维生素C、D‑异抗坏血酸钠或次亚磷酸钠中的至少一种。

[0020] 可选地，所述氧化还原类引发剂的氧化型引发剂为双氧水。

[0021] 可选地，所述氧化还原类引发剂的还原型引发剂为次亚磷酸钠。

[0022] 可选地，所述氧化型引发剂与所述还原型引发剂的质量比为1～3:1。

[0023] 区别于纤维素、温伦胶等传统的粘度调节剂，本发明提供的混凝土粘度调节剂为通过分子结构设计、聚合而成的一种水溶性高分子聚合物，可以解决传统粘度调节剂使用过程中相容性差的问题。

[0024] 本发明提供的混凝土粘度调节剂以不饱和有机硅单体为原料引入硅羟基，其主要目的包括两个：一方面，硅羟基能与水泥颗粒表面的硅羟基缩合，从而牢固的吸附在水泥颗粒表面；另一方面，粘度调节剂分子自身或者分子之间的硅羟基在碱性环境也会发生缩合交联，从而显著增加其束缚水的能力，有利于提高混凝土的和易性能。

[0025] 本发明提供的混凝土粘度调节剂引入酰胺基团作为水化官能团，在水中能通过束缚水而膨胀，从而起到降低颗粒间空隙率以及拖阻液体流动的作用，减小泌水现象。

[0026] 本发明提供的混凝土粘度调节剂选取不饱和羧酸引入羧基，其既能通过静电引力吸附在水泥颗粒表面带正电荷的区域,也可以通过钙离子络合作用吸附在带负电荷的区域，使其能很好的吸附在水泥颗粒表面，从而当溶液从颗粒间隙流过时而不随之流走。

[0027] 根据本发明的另一方面，提供了上述任一混凝土粘度调节剂的制备方法。所述方法包括：

[0028] 在非氧化气氛下，使包含单体和引发剂的反应溶液发生聚合反应。

[0029] 可选地，所述聚合反应的温度为40℃～60℃，反应时间为7h～10h。

[0030] 可选地，所述非氧化气氛选自氮气气氛和/或惰性气体气氛。

[0031] 可选地，所述反应溶液的溶剂包括N,N‑二甲基甲酰胺或水中的至少一种。

[0032] 可选地，所述反应溶液的溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺。

[0033] 可选地，所述单体在所述反应溶液中的总浓度为20wt.％～40wt.％。

[0034] 可选地，聚合完毕后，所述方法还包括反沉、过滤、纯化和干燥。

[0035] 可选地，所述反沉包括将聚合所得反应物置于不良溶剂中析出。

[0036] 作为本发明的一种实施方式，所述反沉包括将聚合所得反应物倒入不良溶剂中浸泡。

[0037] 可选地，所述不良溶剂包括丙酮。

[0038] 可选地，所述纯化包括抽提去除未反应单体。

[0039] 可选地，所述干燥为在20℃～40℃下真空干燥至恒重。

[0040] 作为本发明的一种实施方式，所述纯化包括采用抽提溶剂抽提去除未反应单体。

[0041] 可选地，所述抽提溶剂包括甲醇。

[0042] 作为本发明的一种实施方式，混凝土粘度调节剂的制备方法包括：

[0043] 将不饱和酸与不饱和酰胺溶于溶剂中搅拌升温至设定的反应温度，并持续通入非氧化气体一段时间后滴加不饱和有机硅单体，加入引发剂，在非氧化气氛下聚合反应；聚合完毕后，将反应粗产品倒入大量的不良溶剂中充分浸泡，过滤，然后以抽提溶剂抽提去除未反应的单体，真空干燥至恒重，干燥环境下保存。

[0044] 根据本发明的另一方面，还提供了上述任一混凝土粘度调节剂在混凝土材料方面的应用。

[0045] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0046] (1)本发明提供的混凝土粘度调节剂可以良好的溶解于聚羧酸类减水剂溶液中，在不影响聚羧酸类减水剂的减水和保坍性能的情况下，显著提高混凝土的和易性，同时降低聚羧酸减水剂对用水量变化的敏感性。

[0047] (2)本发明提供的混凝土粘度调节剂是通过分子结构设计聚合而成的一种水溶性高分子聚合物，其通过引入水化官能团及硅羟基，赋予了该调节剂与混凝土中水泥颗粒、减水剂组分之间的良好亲和性，解决了传统粘度调节剂使用过程中相容性差的问题，使其更好地适应混凝土的碱性环境，有利于提高混凝土的和易性能。

[0048] (3)本发明提供的混凝土粘度调节剂能够解决聚羧酸类高性能减水剂一直以来存在的对掺量及用水量敏感、混凝土表观气泡多及泵后损失大等问题。

具体实施方式

[0049] 下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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，均为可以通过市购获得的常规产品。

[0050] 实施例1

[0051] 分别称取丙烯酸10g、丙烯酰胺20g溶于150g的水，搅拌下升温至反应温度40℃，加入氧化性引发剂双氧水0.63g(含量30％)；称取20g的有机硅单体KH570和0.19g维生素C溶于50g的N,N‑二甲基甲酰胺。

[0052] 向丙烯酸和丙烯酰胺的水溶液中持续通氮气30min后，滴加有机硅单体KH570和维生素C的N,N‑二甲基甲酰胺溶液，继续在氮气保护下搅拌反应8h，得到AA/AM/KH570粗产品。

[0053] 将粗产品倒入大量的丙酮中浸泡24h，过滤；用甲醇抽提除去未反应的单体；35℃#下真空干燥以除去甲醇，置于保干器中备用。记为T1粘度调节剂。

[0054] 实施例2

[0055] 分别称取衣康酸10g、N,N‑二甲基丙烯酰胺30g溶于150g的N,N‑二甲基甲酰胺，搅拌下升温至反应温度60℃，加入氧化性引发剂过硫酸铵0.5g；称取15g的有机硅单体KH570和0.25g D‑异抗坏血酸钠溶于50g的N,N‑二甲基甲酰胺。

[0056] 向丙烯酸和丙烯酰胺的N,N‑二甲基甲酰胺溶液中持续通氮气30min后，滴加有机硅单体KH570和D‑异抗坏血酸钠的N,N‑二甲基甲酰胺溶液，继续在氮气保护下搅拌反应7h，得到AA/AM/KH570粗产品。

[0057] 将粗产品倒入大量的丙酮中浸泡24h，过滤；用甲醇抽提除去未反应的单体；35℃#下真空干燥以除去甲醇，置于保干器中备用。记为T2粘度调节剂。

[0058] 实施例3

[0059] 分别称取甲基丙烯酸20g、丙烯酰胺20g溶于150g的N,N‑二甲基甲酰胺，搅拌下升温至反应温度50℃，加入氧化性引发剂过硫酸钾0.39g(含量30％)；称取20g的有机硅单体KH570和0.13g次亚磷酸钠溶于50g的N,N‑二甲基甲酰胺。

[0060] 向丙烯酸和丙烯酰胺的N,N‑二甲基甲酰胺溶液中持续通氮气30min后，滴加有机硅单体KH570和次亚磷酸钠的N,N‑二甲基甲酰胺溶液，继续在氮气保护下搅拌反应10h，得到AA/AM/KH570粗产品。

[0061] 将粗产品倒入大量的丙酮中浸泡24h，过滤；用甲醇抽提除去未反应的单体；35℃#下真空干燥以除去甲醇，置于保干器中备用。记为T3粘度调节剂。

[0062] 实验例1混凝土粘度调节剂的应用效果

[0063] 本实验例所采用的混凝土的骨料成分如表1中所列。聚羧酸减水剂的添加量为混凝土粘度调节剂用量的2％，本发明所制备的粘度调节剂掺量为聚羧酸减水剂的3％，并考察混凝土粘度调节剂的应用效果，具体实验数据如表2中所列。

[0064] 其中，表2中扩展度、坍落度、强度的测试和计算方法参照GB/T50080‑2002和GB/T50081‑2002所记载的方法。

[0065] 表1混凝土固料成分

[0066]成分 水泥 粉煤灰 矿粉 砂 石头 水
3
用量(kg/m) 220 80 60 820 1050 160

[0067] 表2粘度调节剂的应用效果实验数据

[0068]

[0069]

[0070] 由表2中结果可以发现，相比于不使用粘度调节剂或者使用普通的市售粘度调节剂，使用本发明提供的粘度调节剂的混凝土的扩展性能、强度都更加理想，和易性良好。

[0071] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。