CN113248647B - 一种混凝土流变剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土流变剂的制备方法，包括以下步骤：S1、在容器中加入去离子水，并将去离子水升温至45～55℃；S2、在容器中加入过硫化钠，然后滴加单体丙烯酸与丙烯酰胺的混合溶液2～3小时，滴加次亚磷酸钠水溶液2.5～3.5小时，得到初次混合液，滴完后保温2～24小时；S3、向容器中滴加氢氧化钠溶液令容器中的初次混合液pH值至6〜7；S4、在容器内继续添加去离子水对容器内的液体进行调配，得到浓度为10%的流变剂溶液。该流变剂不仅能够与聚梭酸减水剂复配，且对混凝土扩展度影响不大，令混凝土的状态变好，同时其使得混凝土抗压强度进一步增加，给混凝土的施工使用操作带来了便利。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种混凝土流变剂的制备方法。
背景技术
近年来，随着国家铁路、港口、核电等大型国家基建项目的发展及这些重点工程项目对混凝土高性能化的要求，使得聚梭酸系高性能减水剂市场得到了迅速发展。聚梭酸减水剂具有高减水率及保坍性能好、收缩性低等优点，市场应用率越来越高。然而在大流动度混凝土的施工过程中，减水率很高的聚梭酸系减水剂会降低混凝土的黏聚性，很容易出现泌水、离析现象，从而严重影响混凝土的强度、耐久度等特性。
目前施工中一般通过加入粘度调节剂来增加混凝土的内部黏聚力和保水性，然而聚梭酸减水剂与粘度调节剂之间存在相容性问题。目前最常用的是纤维素醚类粘度调节剂和聚丙烯酰胺类增粘剂及多糖淀粉类来调节混凝土的粘度，其加入到聚梭酸减水剂中会出现粘性消失和析出现象，无法满足混凝土施工的使用需求。
发明内容
本发明目的是针对上述问题，提供一种操作简单、提高使用效果的混凝土流变剂的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种混凝土流变剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、在容器中加入去离子水，并将去离子水升温至45～55℃；
S2、在容器中加入过硫化钠，然后滴加单体丙烯酸与丙烯酰胺的混合溶液2～3小时，滴加次亚磷酸钠水溶液2.5～3.5小时，得到初次混合液，滴完后保温2～24小时；
S3、向容器中滴加氢氧化钠溶液令容器中的初次混合液pH值至6～7；
S4、在容器内继续添加去离子水对容器内的液体进行调配，得到浓度为10％的流变剂溶液。
进一步的，所述步骤S2的初次混合液中，过硫化钠与单体丙烯酸的摩尔比为0.08，次亚磷酸钠与单体丙烯酸的摩尔比为0.04。
进一步的，所述步骤S2的单体丙烯酸与丙烯酰胺的混合溶液中，丙烯酰胺与单体丙烯酸的摩尔比为0.02。
进一步的，所述步骤S2中，滴加单体丙烯酸与丙烯酰胺的混合溶液3小时，滴加次亚磷酸钠水溶液3.5小时。
进一步的，所述步骤S4中，氢氧化钠溶液的浓度百分比为32％。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
本发明以单体丙烯酸与丙烯酰胺的混合溶液为主要合成单体，釆用氧化还原引发体系制备了一种能够与聚梭酸减水剂复配，增加混凝土黏聚性，降低混凝土泌水、离析可能的流变剂。该流变剂不仅能够与聚梭酸减水剂复配，且对混凝土扩展度影响不大，令混凝土的状态变好，同时其使得混凝土抗压强度进一步增加，给混凝土的施工使用操作带来了便利。
附图说明
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是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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为过硫酸钠用量对净浆流速的影响曲线图；
图2为过硫酸钠用量对净浆流动度的影响曲线图；
图3为次亚磷酸钠用量对净浆流速的影响曲线图；
图4为次亚磷酸钠用量对净浆流动度的影响曲线图；
图5为滴加时间对净浆流动度的影响曲线图；
图6为丙烯酰胺用量对净浆流动度的影响曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
净浆测试
净浆测试分两种，一种为净浆流动度测试，按照GB/T8077-2012所示的方法进行净浆流动度测试，另一种为净浆流速测试，将一定量的液体倒入漏斗中，测试浆体流出所需的时间，水灰比为0.29,减水剂和粘度调节剂按折固掺量计，粘度调节剂外掺加入到减水剂中。
样品性能分析
1、引发剂用量对样品性能的影响
本实验采用氧化还原引发体系，以过硫酸钠作为引发剂，以丙烯酸及丙烯酰胺水溶液作为主要反应单体，在此条件下，过硫酸钠具有较高的反应活性。以次亚磷酸钠作为还原剂和链转移剂，其摩尔比为0.015(次亚磷酸钠与丙烯酸的摩尔比)，滴加时间为2.5h,保温时间23h,实验温度为45～55℃,考察过硫酸钠用量对所制备的流变剂性能的影响。
由图1、图2可以看出，随着过硫酸钠用量的增加，净浆流速呈现先减小后增加的趋势，净浆流动度增加，流动度保持能力先增加后减小。随着过硫酸钠用量的增加，引发速率提高，水溶液中自由基增加，一方面导致自由基由水相向胶束中扩散速率增大，在胶束中引发聚合，单体转化率增大并生成更多的大分子链，从而加大乳胶粒的体积；另一方面，其会导致在水相中成核速率增大，这两方面都会使聚合速率增大，更易制备出大分子量的产品，从而使净浆流出速度降低。过硫酸钠用量过多时，分解的自由基过多，导致引发速度过快，聚合物分子链短，样品相对分子量降低，且转化率降低，反应不完全，对净浆、砂浆的增粘效果降低，产品性能变差。本试验中选用过硫酸钠与丙烯酸(AA)摩尔比约为0.08,此时生成分子量较大，使净浆塑性粘度增加，同时流动度保持能力较高。
2、次亚磷酸钠用量对样品性能的影响
在聚合反应中,次亚磷酸钠既可用作还原剂又可用作链转移剂。本实验中选用次亚磷酸钠作为链转移剂，研究其对制备的流变剂性能的影响。试验中过硫酸钠与丙烯酸的摩尔比为0.08,滴加时间为3h,保温2h,反应温度为45-55C。
由图3、图4可以看出，随着次亚磷酸钠的增加，制备的样品流出时间减少，净浆流动度增大。分析其原因，次亚磷酸钠是一种还原剂，当其加量很少时，主要是过硫酸钠与次亚磷酸钠发生氧化还原反应产生自由基的同时引发聚合反应，引发效率提高，聚合物分子量变大，导致其流出时间延长。然而随着其用量继续增加，次亚磷酸钠的链转移作用占主导，相对分子量变小，所以砂浆结果显示净浆保持能力得以提高。根据以上分析，为制备较大分子量的增强流变剂,选取次亚磷酸钠与丙烯酸的摩尔比为0.04,此时净浆流速降低，同时砂浆初始流动度较低。
3、滴加时间对样品性能的影响
自由基聚合中，反应单体、还原剂和链转移剂的滴加时间均影响反应速率，从而影响反应单体的转化率。本实验通过调节丙烯酸和次亚磷酸钠的滴加时间，来控制反应速率，从而控制生成流变剂样品的分子量及分子量分布。本实验中次亚磷酸钠的滴加时间均比丙烯酸时间长30min。试验中过硫酸钠、次亚磷酸钠与丙烯酸的摩尔比分别为0.08、0.04,保温时间均为2h,反应温度为45～55℃。
由图5可以看出，在l～4h的滴加时间范围内，随着滴加时间的延长，净浆流动度呈现先下降后增加的趋势。分析当滴加时间过快时，短时间内的反应速率加快，但是转化率降低,相应的生成的流变剂增粘性能变差。当滴加时间持续延长，反应趋于平缓，转化率提高。
4、丙烯酰胺(AM)用量对砂浆性能的影响
流变剂是阴离子的聚合物，其应用中存在耐盐性差的问题，考虑在其中引入其它不同的基团来改善其耐盐性能丙烯酰胺的加入，在异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG2400)PAA的分子链上引入非离子性亲水基团(—CONH2)，而酰胺基在水中电离程度低，降低了样品对无机盐离子的敏感性，使产品的耐盐性能得到提高。
由图6可以看出，随着丙烯酰胺用量的增加，净浆流动度降低，流动度保持能力急剧降低。分析丙烯酰胺均聚物本身即有增粘作用，使净浆流动度降低，对样品性能影响较为显著。本实验中选取丙烯酰胺用量与丙烯酸的摩尔比为0.02。
混凝土测试
混凝土试验参照GB/T8076-2008《混凝土外加剂》、GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》规定进行。其它倒坍落度法测流出时间方法如下：将坍落度筒倒置，底部加封盖(一般将倒置坍落度筒固定于一个支架上，底部离地面50cm),迅速滑开底盖，用秒表记录混凝土流空的时间来反映混凝土的粘度。
混凝土对比试验
(1)、混凝土基准配合比
为了研究粘度调节剂在混凝土泌水、离析状况下对其综合性能的影响，本实验选如下配合比，见表1；混凝土性能见表2。
表1自密实混凝土基准配合比
表2自密实混凝土性能
(2)、粘度调节剂对混凝土性能的影响
实验室配制C40自密实混凝土，以市场上应用较多的羟丙基甲基纤维素(HMPC)作为对比样，研究实验室制备的流变剂对混凝土性能的影响。流变剂的用量为胶凝材料的0.025—0.05％。
表3掺加不同難度调节剂的混凝土性能
由表3可以看出，为了改善自密实混凝土在大流动状态下的漏石、浮浆、扒底状态，加入流变剂。加入HMPC后，混凝土状态变好，但是扩展度降低，混凝土粘度增大，且HMPC较难溶于水。而加入流变剂后，混凝土扩展度无明显变化，且T6oo减小，流速变快，混凝土状态变好。说明，该流变剂不仅能够使混凝土保持匀质性，并且不影响其流动性能，同时使混凝土强度稍有增加，对混凝土强度发展没有负面影响。
本发明以单体丙烯酸与丙烯酰胺的混合溶液为主要合成单体，釆用氧化还原引发体系制备了一种能够与聚梭酸减水剂复配，增加混凝土黏聚性，降低混凝土泌水、离析可能的流变剂。该流变剂不仅能够与聚梭酸减水剂复配，且对混凝土扩展度影响不大，令混凝土的状态变好，同时其使得混凝土抗压强度进一步增加，给混凝土的施工使用操作带来了便利。
Claims (3)
1.一种混凝土流变剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在容器中加入去离子水，并将去离子水升温至45～55℃；
S2、在容器中加入过硫酸钠，然后滴加单体丙烯酸与丙烯酰胺的混合溶液2～3小时，滴加次亚磷酸钠水溶液2.5～3.5小时，得到初次混合液，滴完后保温2～24小时；其中，过硫酸钠与单体丙烯酸的摩尔比为0.08，次亚磷酸钠与单体丙烯酸的摩尔比为0.04，丙烯酰胺与单体丙烯酸的摩尔比为0.02；
S3、向容器中滴加氢氧化钠溶液令容器中的初次混合液pH值至6〜7；
S4、在容器内继续添加去离子水对容器内的液体进行调配，得到浓度为10%的流变剂溶液。
2.如权利要求1所述的混凝土流变剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，滴加单体丙烯酸与丙烯酰胺的混合溶液3小时，滴加次亚磷酸钠水溶液3.5小时。
3.如权利要求2所述的混凝土流变剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，氢氧化钠溶液的浓度百分比为32%。
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