用於自密實混凝土的增稠劑、其製備方法及應用該增稠劑的自密實混凝土的製作方法
2023-10-11 06:09:34
用於自密實混凝土的增稠劑、其製備方法及應用該增稠劑的自密實混凝土的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於自密實混凝土的增稠劑的製備方法，其包括以下步驟：（1）按比例稱取2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸配製成水溶液，調節pH值至6.5～7.0；（2）邊攪拌邊加入配製好的濃度為25%～35%的單體丙烯醯胺溶液，攪拌均勻後倒入燒瓶，恆溫水浴通氮氣保護；（3）當反應溫度上升至30～40℃時，逐滴加入引發劑，保溫40℃，攪拌反應約1.5～2小時，當反應物呈黏稠狀液體時停止通氮氣，恆溫熟化一段時間，得到白色透明膠體即為增稠劑。本發明獲得的增稠劑用於配製自密實混凝土，其水溶性較好，增稠效果佳，可有效提高自密實混凝土的塑性黏度，解決自密實混凝土的泌水和離析的問題。
【專利說明】用於自密實混凝土的增稠劑、其製備方法及應用該增稠劑的自密實混凝土
【技術領域】
[0001]本發明涉及混凝土結構與混凝土工程【技術領域】，特別涉及到混凝土外加劑【技術領域】。
【背景技術】
[0002]自密實混凝土是一種具有高流動性、不離析、均勻性、穩定性、良好的施工性能和充填性能，澆築時依靠其自重流動，無需振搗而達到密實，硬化後具有良好的力學性能和耐久性等優點的新型混凝土，與傳統振搗混凝上相比，它具有免振搗、自密實、耐久性能好等特點，是當今高性能混凝土的重要發展方向之一。新拌自密實混凝土工作性又稱為自密實性，包括4個重要方面:流動 能力、充填熊力、間隙通過能力和抗離析能力。流動性和充填能力是指新拌自密實混凝上在其自重的作用下流動充填模板空間的能力。間隙通過能力是指混凝土澆築時能自行穿越鋼筋間隙而不發生阻塞的能力。抗離析能力是指在新鮮狀態下混凝上保持成分均一的能力。
[0003]就自密實高性能混凝土而言，一個重要的性能指標就是具有良好的工作性，即大流動性、高抗分離穩定性、間隙通過性和填充性。而大流動性和抗分離穩定性恰恰是一對矛盾，流動性大，必然有離析的傾向。
[0004]增稠劑是能增加體系粘度並保持其相對穩定性的親水物質，在塗料、建築、印染、日化以及油田等許多領域廣泛應用。常用的增稠劑大部分為丙烯酸酯共聚物，這類增稠劑由各種丙烯酸單體通過乳液聚合而來，性能優異、效果顯著。劉學剛(精細與專用化學品，2004.12(19):20-26)公布了一種增稠劑的製備方法，該方法用丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸作為聚合單體，並在氮氣保護條件下反應。季永新(林產化學與化工，2003.23(4):83-85)公布了一種造紙塗料用的丙烯酸增稠劑，該增稠劑以丙烯酸、丙烯酸乙酯、羥甲基丙烯醯胺為聚合單體。再如，中國發明專利申請201010298857.8公開了一種締合型丙烯酸酯增稠劑，其是由親水單體、疏水單體在反應型表面活性劑和交聯劑等作用下乳液聚合製成。然而，在乳液聚合中，單體種類越多，乳化體系越複雜，乳化越困難。在實驗室合成有可能達到符合要求的產品，但是在生產上容易發生乳化不好，溶液分層，並產生大量凝膠，無法得到合格的產品。
[0005]鑑於此，本發明提供了一種採用水溶液聚合，適用於自密實混凝土的丙烯酸類高分子增稠劑的製備方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種用於自密實混凝土的增稠劑，可提高自密實混凝土的抗離析性能，從而配製出低膠凝材料總量的普通強度等級自密實混凝土。
[0007]為達到上述發明目的，本發明採用了以下技術方案:一種用於自密實混凝土的增稠劑的製備方法，其包括以下步驟:[0008](I)按2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸:丙烯酸=1: (2~3)的比例稱取2_丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸，將其配製成15%~30%的水溶液，用20%的氫氧化鈉溶液調節pH值至6.5~7.0 ;
[0009](2)在步驟I獲得的水溶液中邊攪拌邊加入配製好的濃度為25%~35%的單體丙烯醯胺溶液，使三種單體總濃度為15~30%，攪拌均勻後倒入250mL的三口燒瓶中，放入恆溫水浴中，攪拌下通氮氣保護；
[0010](3)當反應溫度上升至30~40°C時，逐滴加入引發劑，引發劑的質量分數為體系的0.15%~0.25%，保溫40°C，攪拌反應約1.5~.2小時，當反應物呈黏稠狀液體時停止通氮氣，恆溫熟化一段時間，得到白色透明膠體即為增稠劑。
[0011]優選地，所述的引發劑為過硫酸銨和亞硫酸氫鈉的混合物，兩者的混合比例為過硫酸銨:亞硫酸氫鈉=(9~11): 10。
[0012]更優選地，過硫酸銨和亞硫酸氫鈉的混合比例為1:1。
[0013]具體地來說，步驟2的攪拌速度為900~1400轉/分。
[0014]本發明還提供了一種依據以上方法所製得的用於自密實混凝土的增稠劑。
[0015]本發明的又一發明目的在於提供一種自密實混凝土，其包括含有水泥的膠凝材料及如上所述的增稠劑， 所述增稠劑的摻量膠凝材料質量含量的0.01~0.05%。
[0016]具體地來說，所述的自密實混凝土含有如下含量的組份:膠凝材料、水、砂、碎石、減水劑和增稠劑，其中膠凝材料添加總量為460~520kg/m3，砂的添加量為809~842kg/m3，碎石的添加量為877~912kg/m3，減水劑的添加量為混合物體系質量總的1%~2%。
[0017]具體地，所述的膠凝材料包括如下組份:水泥、粉煤灰、礦粉，按膠凝材料質量份計，水泥佔60~90%，粉煤灰佔O~40%，礦粉佔膠凝材料的0%~40%。
[0018]本發明的原理是:選用丙烯醯胺(AM)、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)進行三元共聚，合成一種以碳-碳為主鏈的、線型高分子聚合物。其中非離子單體丙烯醯胺(AM)是有機合成材料的重要單體，它是一種不飽和的丙烯醯胺，活性很高，極易自聚、共聚，其均聚物對電解質有較強的抵抗力，常用於各種溶液的聚合，可有效提高聚合物的分子質量，所以丙烯醯胺的主要目的是提高聚合物的分子量，使其具有良好的增粘的性能。2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)是一種具有強吸溼性的白色結晶固體或粉末，熔點185°C，易溶於水，AMPS含有強陰離子性，水溶性的磺酸基團、屏蔽的醯胺基和不飽和雙鍵，使其具有優良的性能。共聚物引入的磺酸基團(-S03-)中共軛d-p大π鍵的存在增強了 -so3_的穩定性，使其對酸、鹼和鹽離子進攻不敏感，且離子交換性和對二價陽離子有很好的耐受力；引入醯胺基團具有很好的水解穩定性；而活潑的雙鍵又使其具有加成聚合性能。另外，AMPS分子內空間位阻使它具有比丙烯醯胺更好的水解穩定性和熱穩定性。丙烯酸(AA)是重要的有機合成原料及合成樹脂單體，是聚合速度非常快的乙烯類單體。它是最簡單的不飽和羧酸，有一個乙烯基和一個羧基組成，常作為加成反應的原料，為共聚物引入的羧基可以提高聚合物分子的水溶性，使得增稠劑與體系有更好的相容性。
[0019]由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點:
[0020]1、本發明一方面利用了功能單體中高活性的碳碳雙鍵極易自聚、共聚來有效提高聚合物分子質量以提高增稠劑的增粘性能；另一方面利用了功能單體中磺酸基團中共軛大η鍵、醯胺基團以及羧基來提高體系的穩定性和分子的相容性，使得增稠劑與體系更好的相容。
[0021]2、本發明採用氧化-還原引發體系的水溶液聚合，水為溶劑，僅起稀釋作用，可調控單體濃度，不會誘導引發劑分解，不發生鏈轉移反應，且價格低廉、無毒、安全，能較多地降低產品成本。
[0022]3、本發明獲得的增稠劑用於配製自密實混凝土，其水溶性較好，增稠效果佳，可有效提高自密實混凝土的塑性黏度，解決自密實混凝土的泌水和離析的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明實施例技術方案提供的用於自密實混凝土增稠劑的紅外光譜圖。
[0024]圖2是本發明實施例技術方案提供的用於自密實混凝土增稠劑的核磁共振譜圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發明技術方案作進一步描述。
[0026]實施例1
[0027]本例為用於自密實混凝土增稠劑的製備例。
[0028]分別稱取5.0g2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和15.0g丙烯酸(AA)，用35mL20%的NaOH溶液中和至混合液的pH為7 ;邊攪拌邊加入加入2.0g丙烯醯胺(AM)溶液，使單體總濃度為20%，攪拌均勻後，將配好的溶液倒入250mL的三口燒瓶中，放入恆溫水浴中，通氮氣保護，設置攪拌速度為1100轉/分；當反應溫度上升至40°C時，逐滴加入0.05g過硫酸銨(40%水溶液)和0.05g亞硫酸氫鈉混合物引發劑，保溫，攪拌反應2小時，當反應物呈黏稠狀液體時停止通氮氣，恆溫熟化一段時間約2小時，得到無色透明膠體，即為用於自密實混凝土增稠劑。
[0029]參見附圖1，它是本實施例製備的用於自密實混凝土增稠劑的紅外光譜圖；從圖1可知，3350CHT1為丙烯醯胺鏈節中-NH2的伸縮振動吸收峰；2934?11_1為-CH3的特徵吸收峰;1668cm_1為-CONH中C=O鍵的伸縮振動;1412cm_1為-COOH的特徵吸收峰;1219cm_1% -C-N的伸縮振動吸收峰，1117cm.1和1041cm〈為-HS03的振動吸收峰；產物的紅外光譜中同時存在3種單體AMPS、AM和AA鏈節的特徵吸收峰，並且在1635cm-1~1610cm -1沒有出現碳碳雙鍵特徵吸收峰，表明單體充分進行了共聚反應，反應後得到的產物即為用於自密實混凝土增稠劑。
[0030]參見附圖2，它是本實施例製備的用於自密實混凝土增稠劑的核磁共振譜圖；譜圖上在較低的化學位移處出現幾組信號，1.44ppm~L 77ppm處的為聚丙烯醯基團的亞甲基以及AMPS上的甲基信號；2.19ppm~2.32ppm處為聚丙烯醯基團的次甲基；3.17ppm~
3.62ppm為分子結構中和磺酸基團相連的亞甲基,聚合產物在5.5ppm~6.0ppm之間的碳碳雙鍵的特徵吸收峰不見了，可見單體的雙鍵全部參與了聚合反應，且在1.4ppm~2.3ppm出現新的吸收峰，為雙鍵反應後的亞甲基和次甲基質子信號，核磁譜圖證明了該三元聚合反應的發生。
[0031]實施例2 [0032]本例為用於自密實混凝土增稠劑的製備例。
[0033]分別稱取4.05g2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和9.75g丙烯酸(AA)，用45mL20%的NaOH溶液中和至混合液的pH為6.8 ;邊攪拌邊加入加入1.5g丙烯醯胺(AM)溶液，使三種單體的總濃度為20%，攪拌均勻後，將配好的溶液倒入250mL的三口燒瓶中，放入恆溫水浴中，通氮氣保護，設置攪拌速度為1000轉/分；當反應溫度上升至40°C時，逐滴加入0.025g過硫酸銨(40%水溶液)和0.025g亞硫酸氫鈉混合物引發劑，保溫，攪拌反應2小時，當反應物呈黏稠狀液體時停止通氮氣，恆溫熟化一段時間約2小時，得到無色透明膠體，即為用於自密實混凝土增稠劑。
[0034]實施例3
[0035]本例為用於自密實混凝土增稠劑的製備例。
[0036]分別稱取7.5g2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和19.5g丙烯酸(AA)，用60mL20%的NaOH溶液中和至混合液的pH為6.7 ;邊攪拌邊加入3.0g丙烯醯胺(AM)溶液，使單體總濃度為20%，攪拌均勻後，將配好的溶液倒入250mL的三口燒瓶中，放入恆溫水浴中，通氮氣保護，設置攪拌速度為1300轉/分；當反應溫度上升至40°C時，逐滴加入0.075g過硫酸銨(40%水溶液)和0.075g亞硫酸氫鈉混合物引發劑，保溫，攪拌反應2小時，當反應物呈黏稠狀液體時停止通氮氣，恆溫熟化一段時間約2小時，得到無色透明膠體，即為用於自密實混凝土增稠劑。
[0037]實施例4
[0038]本例為實施例1所獲得的增稠劑摻入自密實混凝土內的應用例。
[0039]將本發明合成 的增稠劑配製出不同配合比的自密實混凝土如表1所示，其中聚羧酸高性能減水劑的摻量是指佔膠凝材料總量的百分比，增稠劑摻量為膠凝材料用量的
0.02%。
[0040]表1增稠劑對自密實混凝土性能影響的配合比
[0041]
【權利要求】
1.一種用於自密實混凝土的增稠劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)按2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸:丙烯酸=1: (2~3)的比例稱取2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸，將其配製成15%~30%的水溶液，用20%的氫氧化鈉溶液調節pH值至6.5~7.0 ; (2)在步驟I獲得的水溶液中邊攪拌邊加入配製好的濃度為25%~35%的單體丙烯醯胺溶液，使三種單體總濃度為15~30%，攪拌均勻後倒入250mL的三口燒瓶中，放入恆溫水浴中，攪拌下通氮氣保護； (3)當反應溫度上升至30~40°C時，逐滴加入引發劑，引發劑的質量分數為體系的0.15%~0.25%，保溫40°C，攪拌反應約1.5~.2小時，當反應物呈黏稠狀液體時停止通氮氣，恆溫熟化一段時間，得到白色透明膠體即為增稠劑。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述的引發劑為過硫酸銨和亞硫酸氫鈉的混合物，兩者的混合比例為過硫酸銨:亞硫酸氫鈉=(9~11):10。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:過硫酸銨和亞硫酸氫鈉的混合比例為1:1o
4.根據權利要 求1所述的方法，其特徵在於:步驟2的攪拌速度為900~1400轉/分。
5.由權利要求1所述的方法所製得的用於自密實混凝土的增稠劑。
6.一種自密實混凝土，其特徵在於:包括含有水泥的膠凝材料及如權利要求5所述的增稠劑，所述增稠劑的摻量膠凝材料質量含量的0.01~0.05%。
7.根據權利要求6所述的自密實混凝土，其特徵在於含有如下含量的組份:膠凝材料、水、砂、碎石、減水劑和增稠劑，其中膠凝材料添加總量為460~520kg/m3，砂的添加量為809~842kg/m3，碎石的添加量為877~912kg/m3，減水劑的添加量為混合物體系質量總的1% ~2%。
8.根據權利要求7所述的自密實混凝土，其特徵在於:所述的膠凝材料包括如下組份:水泥、粉煤灰、礦粉，按膠凝材料質量份計，水泥佔60~90%，粉煤灰佔O~40%，礦粉佔膠凝材料的0%~40%。
【文檔編號】C08F220/56GK103936913SQ201410095586
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】唐詩, 張夏真, 王勝年, 張夏虹, 黎鵬平, 範志宏, 王迎飛 申請人:中交四航工程研究院有限公司, 廣州港灣工程質量檢測有限公司, 廣州四航材料科技有限公司, 中交四航巖土工程有限公司, 中國港灣工程有限責任公司