一种用于装配式混凝土构件的减水剂及其制备方法与流程

1.本发明属于混凝土外加剂技术领域，更具体地，涉及一种用于装配式混凝土构件的减水剂及其制备方法。


背景技术：

2.装配式混凝土构件，是以预制构件为主要受力构件经装配，连接而成的混凝土结构。与现浇施工工法相比，装配式结构有利于绿色施工，因为装配式施工更能符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求，降低对环境的负面影响，包括降低噪音防止扬尘、减少环境污染.清洁运输、减少场地干扰以及节约水、电、材料等资源和能源，遵循可持续发展的原则。
3.现有的装配式混凝土构件在生产过程中，容易出现以下问题：（1）下料工艺中出现出料不畅现象，影响施工进度；（2）新拌混凝土的坍落度损失过快，特别是夏季高温下的现象更为明显；（3）通过调整外加剂掺量增加坍落度后，振捣后又容易出现分层离析现象。以上问题的出现，对于装配式构件的混凝土的流动性、保坍性以及粘聚性均提出了一定要求。
4.常用的方法是调整混凝土外加剂的类型和掺量，可以一定程度解决上述问题。其中应用较多的是减水剂，其减水效果优异且分散效果好，但是市场上专门应用于装配式混凝土构件的减水剂比较罕见，且难以综合达到上述性能要求。
5.综上所述，如何设计一种用于装配式混凝土构件的减水剂，在使用过程中能够同时提高混凝土的流动性、保坍性和粘聚性，是目前急需解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于为了解决上述技术问题，而提供一种用于装配式混凝土构件的减水剂及其制备方法，通过缓凝型减水剂的制备，以及在减水剂使用过程中引入分散剂配合使用，可以综合提高混凝土的流动性、保坍性和粘聚性。
7.本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种用于装配式混凝土构件的减水剂，所述减水剂的制备原料包括不饱和聚氧乙烯醚、巴豆酸酐、丙烯酸乙酯、6-丙烯酰氨基己酸、乙醇酸丁酯，其摩尔比为1：（0.08-0.16）：（0.15-0.35）：（0.1-0.3）：（0.2-0.4）。
8.进一步地，所述不饱和聚氧乙烯醚的分子量为400-2400，具体为烯丙基聚氧乙烯醚或者异戊烯基聚氧乙烯醚。
9.本发明还提供了一种用于装配式混凝土构件的减水剂的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将6-丙烯酰氨基己酸加热至100-110℃，再加入催化剂混合均匀，然后逐滴加入乙醇酸丁酯，在110-120℃搅拌条件下进行酯化反应，反应时间5-6h，得酯化产物；（2）将不饱和聚氧乙烯醚、巴豆酸酐、去离子水加入反应釜中，然后将反应釜的温度调至70-80℃，分别滴加步骤（1）得到的酯化产物、丙烯酸乙酯以及引发剂水溶液，滴加完后搅拌反应3-5h，即得缓释型减水剂成品。
10.进一步地，步骤（1）中，催化剂为浓硫酸，浓硫酸的加入量为反应物总量的1-2%。
11.步骤（2）中，引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰/n，n-二甲基苯胺、叔丁基过氧化氢/焦亚硫酸钠中的一种，引发剂与不饱和聚氧乙烯醚的质量比为（0.8-1.4）：100；去离子水的加入量为聚氧乙烯醚、巴豆酸酐两者总质量的50-80%，引发剂水溶液中引发剂与水的质量比为1：（2-4）。
12.本发明还提供了一种用于装配式混凝土构件的减水剂的使用方法，将制备好的减水剂与分散剂混合均匀，再加入胶凝材料和骨料，然后加入拌合水充分搅拌，即可出料。
13.其中，所述减水剂和分散剂的掺量分别为胶凝材料的0.1-0.16%、0.8-1.4%。
14.进一步地，所述分散剂的有效成分为两性聚合物，所述两性聚合物的制备原料包括乙烯醚、3-羧基-n,n,n-三甲基-2-丙烯-1-氯化铵、n,n,n-三甲基-9-十八烯-1-氯化铵、油酸，其摩尔比为1：（0.1-0.3）：（0.3-0.5）：（0.4-0.7）。
15.进一步地，所述两性聚合物的制备方法包括以下步骤：s1、将3-羧基-n,n,n-三甲基-2-丙烯-1-氯化铵与去离子水混合，配制成溶液一，将n,n,n-三甲基-9-十八烯-1-氯化铵与去离子水混合，配制成溶液二；s2、将乙烯醚、油酸置于反应釜中，然后将反应釜的温度调至80-90℃，分别滴加溶液一、溶液二、以及引发剂水溶液，滴加完后搅拌反应4-6h，即得两性聚合物成品。
16.进一步地，步骤s1中，溶液一的质量浓度为30-40%，溶液二的质量浓度为50-60%。
17.步骤s2中的引发剂为过硫酸铵或者过氧化苯甲酰，引发剂与乙烯醚的质量比为（1-2）：100，引发剂水溶液中引发剂与水的质量比为1：（1-2）。
18.本发明还提供了一种上述减水剂的使用方法中的分散剂的制备方法，具体步骤为：取已制备的两性聚合物溶液，减压浓缩，再在40-50℃条件下真空干燥至含水量≤2%，得固体粉末；将得到的固体粉末与淀粉、多孔陶瓷粉混合，置于1000-2000r/min的分散机中分散，然后喷入海藻酸钠材料液，干燥后即得分散剂成品。
19.进一步地，所述海藻酸钠材料液包括10-20份海藻酸钠、2-4份滑石粉、3-6份磷脂、120-240份去离子水；固体粉末与淀粉、多孔陶瓷粉的质量比为1：（0.4-0.6）：（10-18），海藻酸钠材料液的喷入量为3-5%。
20.本发明的有益效果在于：（1）本发明制备的减水剂为缓释型减水剂，将其引入装配式混凝土中使用，使得减水剂对水泥颗粒的分散作用能够持续、缓慢进行，可以显著提高混凝土的保坍性能；（2）本发明在制备减水剂时，通过在减水剂的分子中引入含酯基和酰氨基的侧链，可以在碱性条件下缓慢水解，从而不断释放出羧基，达到缓释效果；（3）本发明的减水剂中引入了由6-丙烯酰氨基己酸和乙醇酸丁酯合成的的侧链，该侧链中含有一个酰氨基和两个酯基，这三个基团可以逐步缓慢水解，进一步提高缓释效果，且随着该三个基团的逐步水解，该侧链的长度逐渐减小，也达到了缓慢提高水泥的凝聚效果的目的；（4）由于用于装配式混凝土构件的减水剂需要一定的流动性要求，本发明的减水剂为缓释型减水剂，其应用到混凝土中时伴随着链段的水解断裂，从而会减小支链的长度，影响减水剂的分散效果，造成后期流动性减小，因此本发明在使用减水剂过程中，还引入分
散剂配合使用，可以弥补减水剂的分散效果上的不足；（5）本发明制备的分散剂的有效成分为两性聚合物，其含有长链段和短链段交替的阴离子支链和阳离子支链，具备较好的分散效果；（6）由于本发明的分散剂中的两性聚合物带有长链支链，分散性好，但是加入后会影响减水剂对水泥的凝聚效果，因此本发明在制备分散剂时，对两性聚合物进行缓释处理，可以减慢两性聚合物的释放，缓慢发挥分散作用，从而避免对减水剂的凝聚效果造成影响；（7）本发明在制备分散剂时，首先将两性聚合物负载在多孔陶瓷粉中，然后再用海藻酸钠材料液进行包膜处理，海藻酸钠微溶于水，但可溶于碱性溶液，因此海藻酸钠材料液形成的包膜在碱性的水泥砂浆中能够缓慢溶解，并释放出两性聚合物，缓慢发挥其分散作用；（8）本发明在制备分散剂时，还在海藻酸钠材料液中加入磷脂，磷脂为天然两性分子，可以促进其包膜的两性聚合物的释放。
具体实施方式
21.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，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，都属于本发明保护的范围。
22.实施例1本实施例提供了一种用于装配式混凝土构件的减水剂，所述减水剂的制备原料包括烯丙基聚氧乙烯醚（分子量为400-2400）、巴豆酸酐、丙烯酸乙酯、6-丙烯酰氨基己酸、乙醇酸丁酯，其摩尔比为1：0.08：0.15：0.1：0.2。
23.上述减水剂的制备方法包括以下步骤：（1）将6-丙烯酰氨基己酸加热至100℃，再加入浓硫酸混合均匀，浓硫酸的加入量为反应物总量的1%，然后逐滴加入乙醇酸丁酯，在110℃搅拌条件下进行酯化反应，反应时间5h，得酯化产物；（2）将烯丙基聚氧乙烯醚、巴豆酸酐、去离子水（加入量为聚氧乙烯醚、巴豆酸酐两者总质量的50%）加入反应釜中，然后将反应釜的温度调至70℃，分别滴加步骤（1）得到的酯化产物、丙烯酸乙酯以及引发剂水溶液，滴加完后搅拌反应3h，最后调节反应液的固含量为40%，即得缓释型减水剂成品。
24.步骤（2）中，引发剂为偶氮二异丁腈，引发剂与不饱和聚氧乙烯醚的质量比为0.8：100；引发剂水溶液中引发剂与水的质量比为1：2。
25.实施例2在实施例1的基础上，本实施例还提供了一种用于装配式混凝土构件的减水剂的使用方法，将制备好的减水剂与分散剂混合均匀，减水剂和分散剂的掺量分别为胶凝材料的0.1%、0.8%，再加入胶凝材料和骨料，然后加入拌合水充分搅拌，即可出料。
26.分散剂的有效成分为两性聚合物，两性聚合物的制备原料包括乙烯醚、3-羧基-n,n,n-三甲基-2-丙烯-1-氯化铵、n,n,n-三甲基-9-十八烯-1-氯化铵、油酸，其摩尔比为1：0.1：0.3：0.4。
27.上述两性聚合物的制备方法包括以下步骤：s1、将3-羧基-n,n,n-三甲基-2-丙烯-1-氯化铵与去离子水混合，配制成质量浓度为30%的溶液一，将n,n,n-三甲基-9-十八烯-1-氯化铵与去离子水混合，配制成质量浓度为50%的溶液二；s2、将乙烯醚、油酸置于反应釜中，然后将反应釜的温度调至80℃，分别滴加溶液一、溶液二、以及引发剂水溶液，滴加完后搅拌反应4h，即得两性聚合物成品。
28.步骤s2中的引发剂为过硫酸铵，引发剂与乙烯醚的质量比为1：100，引发剂水溶液中引发剂与水的质量比为1：1。
29.其余与实施例1相同。
30.实施例3在实施例2的基础上，本实施例还提供了一种上述减水剂的使用方法中的分散剂的制备方法，具体步骤为：取已制备的两性聚合物溶液，减压浓缩，再在40℃条件下真空干燥至含水量≤2%，得固体粉末；将得到的固体粉末与淀粉、多孔陶瓷粉按照质量比为1：0.4：10混合，置于1000r/min的分散机中分散，然后喷入海藻酸钠材料液（喷入量为3%），干燥后即得分散剂成品。
31.所述海藻酸钠材料液包括10份海藻酸钠、2份滑石粉、3份磷脂、120份去离子水。
32.其余与实施例2相同。
33.实施例4本实施例提供了一种用于装配式混凝土构件的减水剂，所述减水剂的制备原料包括烯丙基聚氧乙烯醚、巴豆酸酐、丙烯酸乙酯、6-丙烯酰氨基己酸、乙醇酸丁酯，其摩尔比为1：0.12：0.25：0.2：0.3。
34.上述减水剂的制备方法包括以下步骤：（1）将6-丙烯酰氨基己酸加热至105℃，再加入浓硫酸混合均匀，浓硫酸的加入量为反应物总量的1.5%，然后逐滴加入乙醇酸丁酯，在115℃搅拌条件下进行酯化反应，反应时间5.5h，得酯化产物；（2）将烯丙基聚氧乙烯醚、巴豆酸酐、去离子水（加入量为聚氧乙烯醚、巴豆酸酐两者总质量的65%）加入反应釜中，然后将反应釜的温度调至75℃，分别滴加步骤（1）得到的酯化产物、丙烯酸乙酯以及引发剂水溶液，滴加完后搅拌反应4h，最后调节反应液的固含量为40%，即得缓释型减水剂成品。
35.步骤（2）中，引发剂为过氧化苯甲酰/n，n-二甲基苯胺，引发剂与不饱和聚氧乙烯醚的质量比为1.1：100；引发剂水溶液中引发剂与水的质量比为1：3。
36.本实施例还提供了一种用于装配式混凝土构件的减水剂的使用方法，将制备好的减水剂与分散剂混合均匀，减水剂和分散剂的掺量分别为胶凝材料的0.13%、1.1%，再加入胶凝材料和骨料，然后加入拌合水充分搅拌，即可出料。
37.分散剂的有效成分为两性聚合物，两性聚合物的制备原料包括乙烯醚、3-羧基-n,n,n-三甲基-2-丙烯-1-氯化铵、n,n,n-三甲基-9-十八烯-1-氯化铵、油酸，其摩尔比为1：0.2：0.4：0.55。
38.上述两性聚合物的制备方法包括以下步骤：s1、将3-羧基-n,n,n-三甲基-2-丙烯-1-氯化铵与去离子水混合，配制成质量浓度
为35%的溶液一，将n,n,n-三甲基-9-十八烯-1-氯化铵与去离子水混合，配制成质量浓度为55%的溶液二；s2、将乙烯醚、油酸置于反应釜中，然后将反应釜的温度调至85℃，分别滴加溶液一、溶液二、以及引发剂水溶液，滴加完后搅拌反应5h，即得两性聚合物成品。
39.步骤s2中的引发剂为过硫酸铵或者过氧化苯甲酰，引发剂与乙烯醚的质量比为1.5：100，引发剂水溶液中引发剂与水的质量比为1：1.5。
40.本实施例还提供了一种上述减水剂的使用方法中的分散剂的制备方法，具体步骤为：取已制备的两性聚合物溶液，减压浓缩，再在45℃条件下真空干燥至含水量≤2%，得固体粉末；将得到的固体粉末与淀粉、多孔陶瓷粉按照质量比为1：0.5：14混合，置于1500r/min的分散机中分散，然后喷入海藻酸钠材料液（喷入量为4%），干燥后即得分散剂成品。
41.所述海藻酸钠材料液包括15份海藻酸钠、3份滑石粉、4.5份磷脂、180份去离子水。
42.实施例5本实施例还提供了一种用于装配式混凝土构件的减水剂，所述减水剂的制备原料包括异戊烯基聚氧乙烯醚、巴豆酸酐、丙烯酸乙酯、6-丙烯酰氨基己酸、乙醇酸丁酯，其摩尔比为1：0.16：0.35：0.3：0.4。
43.上述减水剂的制备方法包括以下步骤：（1）将6-丙烯酰氨基己酸加热至110℃，再加入浓硫酸混合均匀，浓硫酸的加入量为反应物总量的2%，然后逐滴加入乙醇酸丁酯，在120℃搅拌条件下进行酯化反应，反应时间6h，得酯化产物；（2）将异戊烯基聚氧乙烯醚、巴豆酸酐、去离子水（加入量为聚氧乙烯醚、巴豆酸酐两者总质量的80%）加入反应釜中，然后将反应釜的温度调至80℃，分别滴加步骤（1）得到的酯化产物、丙烯酸乙酯以及引发剂水溶液，滴加完后搅拌反应5h，最后调节反应液的固含量为40%，即得缓释型减水剂成品。
44.步骤（2）中，引发剂为叔丁基过氧化氢/焦亚硫酸钠，引发剂与不饱和聚氧乙烯醚的质量比为1.4：100；引发剂水溶液中引发剂与水的质量比为1：4。
45.本实施例还提供了一种用于装配式混凝土构件的减水剂的使用方法，将制备好的减水剂与分散剂混合均匀，减水剂和分散剂的掺量分别为胶凝材料的0.16%、1.4%，再加入胶凝材料和骨料，然后加入拌合水充分搅拌，即可出料。
46.分散剂的有效成分为两性聚合物，两性聚合物的制备原料包括乙烯醚、3-羧基-n,n,n-三甲基-2-丙烯-1-氯化铵、n,n,n-三甲基-9-十八烯-1-氯化铵、油酸，其摩尔比为1：0.3： 0.5：0.7。
47.上述两性聚合物的制备方法包括以下步骤：s1、将3-羧基-n,n,n-三甲基-2-丙烯-1-氯化铵与去离子水混合，配制成质量浓度为40%的溶液一，将n,n,n-三甲基-9-十八烯-1-氯化铵与去离子水混合，配制成质量浓度为60%的溶液二；s2、将乙烯醚、油酸置于反应釜中，然后将反应釜的温度调至90℃，分别滴加溶液一、溶液二、以及引发剂水溶液，滴加完后搅拌反应6h，即得两性聚合物成品。
48.步骤s2中的引发剂为过硫酸铵或者过氧化苯甲酰，引发剂与乙烯醚的质量比为2：100，引发剂水溶液中引发剂与水的质量比为1：2。
49.本实施例还提供了一种上述减水剂的使用方法中的分散剂的制备方法，具体步骤为：取已制备的两性聚合物溶液，减压浓缩，再在50℃条件下真空干燥至含水量≤2%，得固体粉末；将得到的固体粉末与淀粉、多孔陶瓷粉按照质量比为1：0.6：18混合，置于2000r/min的分散机中分散，然后喷入海藻酸钠材料液（喷入量为5%），干燥后即得分散剂成品。
50.所述海藻酸钠材料液包括20份海藻酸钠、4份滑石粉、6份磷脂、240份去离子水。
51.对比例1本对比例与实施例3的区别在于，所述减水剂选用市售的聚羧酸型减水剂。
52.对比例2本对比例与实施例4的区别在于，所述分散剂为普通阴离子型分散剂，具体为油酸钠。
53.对比例3本对比例与实施例4的区别在于，所述两性聚合物为两性表面活性剂，具体为磷脂。
54.对比例4本对比例与实施例4的区别在于，所述两性聚合物为两性表面活性剂，具体为烷基二甲基甜菜碱。
55.对比例5本对比例与实施例4的区别在于，所述减水剂的掺量为胶凝材料的0.08%。
56.对比例6本对比例与实施例4的区别在于，所述减水剂的掺量为胶凝材料的0.18%。
57.对比例7本对比例与实施例4的区别在于，所述分散剂的掺量为胶凝材料的0.6%。
58.对比例8本对比例与实施例4的区别在于，所述分散剂的掺量为胶凝材料的1.6%。
59.对比例9本对比例与实施例5的区别在于，分散剂的制备方法为：取已制备的两性聚合物溶液，减压浓缩，再在50℃条件下真空干燥至含水量≤2%，得固体粉末；将得到的固体粉末与多孔陶瓷粉按照质量比为1：18混合，置于2000r/min的分散机中分散，然后喷入海藻酸钠材料液（喷入量为5%），干燥后即得分散剂成品。
60.对比例10本对比例与实施例5的区别在于，分散剂的制备方法为：取已制备的两性聚合物溶液，减压浓缩，然后加入淀粉，经制粒机制粒，置于2000r/min的分散机中分散，然后喷入海藻酸钠材料液（喷入量为5%），干燥后即得分散剂成品。
61.对比例11本对比例与实施例5的区别在于，海藻酸钠材料液中不包括磷脂。
62.对比例12本对比例与实施例5的区别在于，海藻酸钠材料液中不包括滑石粉。
63.一、本发明制备的减水剂的性能检测按照gb 8076-2008《混凝土外加剂》标准，将本发明实施例3-5制得的减水剂和对
比例1的减水剂加入到基准混凝土中，分别进行性能检测，其结果如表1所示。
64.表 1由表1结果可知，与对比例1（市售聚羧酸型减水剂）相比，按照本发明实施例3-5的方法制备的减水剂，其各项性能更优，且坍塌度1h经时变化量小于10mm，不出现离析现象，能够满足装配式混凝土构件的性能需求。
65.二、本发明制备的减水剂在混凝土中的使用方法试验将本发明实施例1-5和对比例1-12制备的减水剂，按照本发明的使用方法应用于混凝土配制中，测定混凝土浆体的坍落度变化以及观察离析现象，其中坍落度测定参照gb/t 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，其结果如表2所示。
66.表 2
由表2结果可知，本发明实施例3-5的减水剂及其使用方法，可以明显提高混凝土的流动性、保坍性，且不出现离析现象。
67.与实施例1相比，实施例2的减水剂在使用过程中添加了分散剂，结果混凝土的流动性显著提高，但是其坍落度损失逐渐增大，且出现了轻微离析现象；为了解决分散剂加入带来的问题，实施例3-5将分散剂中的有效成分（两性聚合物）进行了缓释处理，结果显著提高了保坍性，且不出现离析现象。
68.与实施例4相比，对比例2-8改变了分散剂的类型以及分散剂中的有效成分；与实施例5相比，对比例9-12分别改变了分散剂的制备方法；结果对比例2-12中混凝土的流动性、保坍性均受到不同程度地影响，且对比例2、9-12还出现了离析现象。说明只有按照本发明的方法制备两性聚合物，并按照本发明的方法将其作为有效成分制备成分散剂，才能有效提高混凝土的性能。
69.本发明的有益效果在于：本发明提供的一种用于装配式混凝土构件的减水剂及其制备方法，通过缓凝型减水剂的制备，以及在减水剂使用过程中引入分散剂配合使用，可以综合提高混凝土的流动性、保坍性和粘聚性。
70.最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，均应包含在本发明的保护范围之内。