本發(fā)明涉及固態(tài)聚羧酸減水劑的制備與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)，外加劑的研究與生產(chǎn)已日趨進(jìn)步，傳統(tǒng)的混凝土將要被高性能混凝土所取代。而減水劑是外加劑中應(yīng)用面最廣、使用量最大的組分之一，是配制高性能混凝土所不可或缺的重要組成部分。目前，我國(guó)傳統(tǒng)的高性能減水劑包括：改性木鈣、萘系、三聚氰氨等，這些都難以滿足高性能混凝土對(duì)減水劑性能的要求。聚羧酸減水劑是一種綜合性能良好的減水劑品種，其較高的減水率和良好的坍落度保持性，是萘系或脂肪族等減水劑所不能及的。而且聚羧酸系高效減水劑的性能也更為優(yōu)越，它可根據(jù)實(shí)際情況，配制各種不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，而且其分子結(jié)構(gòu)的可調(diào)性大，可根據(jù)具體要求制備出不同性能的減水劑。
然而，以往的聚羧酸減水劑大多都是以液態(tài)產(chǎn)品推向市場(chǎng)的，含量為20～40％。考慮到工程施工地點(diǎn)遠(yuǎn)，液態(tài)產(chǎn)品的運(yùn)輸、使用和貯存等存在的麻煩，因此科研人員正在研究其固態(tài)粉末狀產(chǎn)品，發(fā)展高濃度或固體聚羧酸產(chǎn)品是降低運(yùn)輸成本和推廣聚羧酸減水劑在各地廣泛使用的首要條件。固體聚羧酸高效減水劑(Solid Polycarboxylate Superplasticizer，簡(jiǎn)寫成SPC)的使用不但解決了在儲(chǔ)存、運(yùn)輸方面帶來(lái)的不便，而且滿足了干混砂漿、噴射混凝土、高檔陶瓷等工程技術(shù)領(lǐng)域中對(duì)減水劑使用的要求。
雖然，近些年固態(tài)聚羧酸系高效減水劑的研發(fā)取得了一定性的進(jìn)展，但是依然存在著一些生產(chǎn)以及應(yīng)用上的缺陷影響其推廣和發(fā)展?？傮w來(lái)說(shuō)，關(guān)于發(fā)明一種新的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、有效的合成出固體聚羧酸高效減水劑的研究還很少，理論依據(jù)不足，目前主要有噴霧干燥法、真空法和直接合成高固含量聚羧酸減水劑方法。
目前，重慶大學(xué)的錢覺(jué)時(shí)，華東理工大學(xué)的鄭柏存，常州建筑科學(xué)研究院的王小兵等人通過(guò)噴霧干燥技術(shù)得到了粉體的聚羧酸高效減水劑。而且現(xiàn)有的一些相關(guān)的固體聚羧酸產(chǎn)品的報(bào)道，大多也是采用噴霧干燥的技術(shù)生產(chǎn)固體聚羧酸高效減水劑。但是在生產(chǎn)過(guò)程中由于會(huì)受到高溫的影響，減水劑分子發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，部分轉(zhuǎn)化成高分子量聚合物，導(dǎo)致固體聚羧酸高效減水劑中起減水作用的有效成分降低，從而使減水劑的摻量增加，甚至在生產(chǎn)過(guò)程中就發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。
關(guān)于真空法，在國(guó)內(nèi)有些廠家為了制得高固含量的產(chǎn)品，在反應(yīng)的后續(xù)處理階段增加真空抽吸工藝，但此工藝的效率極低，而且能耗比較大，所以此方法并沒(méi)有被普遍應(yīng)用。
直接合成高固減水劑的方法是目前又一種合成固態(tài)減水劑的方法。江蘇科技大學(xué)的郭偉杰等用溶液聚合的方法合成了高固含量的丙烯酸酯類聚羧酸減水劑。直接合成的方法經(jīng)過(guò)檢測(cè)，減水劑的性能確是得到了很大保證。但是這種方法也有兩種不足之處，首先直接合成后的減水劑其實(shí)還是有一定的含水率，并沒(méi)有達(dá)到完全的固態(tài)粉末狀；其次，直接合成的方法其工序十分繁瑣，不便于批量化的生產(chǎn)。
西南科技大學(xué)的趙海君等人曾利用粉煤灰作為吸附劑來(lái)吸附液態(tài)減水劑中的水分，即利用一些具有吸附作用且成本低的物質(zhì)，去吸收液態(tài)減水劑中的水分，從而達(dá)到減水劑固相化的目的。但研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰對(duì)聚羧酸減水劑的有效成分的吸附量偏大，這樣無(wú)疑就會(huì)使原減水劑的性能受到一定程度的影響。同時(shí)粉煤灰的加入會(huì)使水泥的凝結(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，粉煤灰的摻入量變大，也會(huì)使混凝土的強(qiáng)度降低，特別是早期強(qiáng)度。
礦渣是傳統(tǒng)的工業(yè)廢渣，屬于火山灰質(zhì)活性材料，主要用于建材、建工等方面。而加大礦渣的利用率，達(dá)到綠色環(huán)保的目的也是科研工作者努力研究的課題，因此本發(fā)明用礦渣作為主要原材料。礦渣粉表面粗糙，易于吸收水分，且對(duì)聚羧酸減水劑分子的吸附量小，通過(guò)礦渣的吸附、吸收作用及一些簡(jiǎn)單的處理方法，可以將聚羧酸系液態(tài)高效減水劑固態(tài)化，以制備粉末狀的聚羧酸減水劑產(chǎn)品，同時(shí)保障其各項(xiàng)應(yīng)用性能不下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法，該方法具有保證原液態(tài)聚羧酸減水劑各項(xiàng)性能不受影響、操作簡(jiǎn)單、方便實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。該方法將礦渣與液態(tài)聚羧酸減水劑按照一定比例混合均勻，經(jīng)低溫干燥處理，先初步除去液態(tài)減水劑中的水分，使減水劑有效成分吸附在礦渣顆粒周圍，而不破壞原產(chǎn)品的分子結(jié)構(gòu)；然后，將拌和均勻的減水劑-礦渣混合物進(jìn)行干燥，徹底除去液態(tài)聚羧酸減水劑中水分，即制得固態(tài)減水劑產(chǎn)品。
本發(fā)明的一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法，按照如下步驟進(jìn)行：
(1)按質(zhì)量比，礦渣：液態(tài)聚羧酸減水劑＝(1～4)：1，將礦渣和液態(tài)聚羧酸減水劑摻和均勻，在5～15℃干燥2～3天，制得減水劑-礦渣混合物；
(2)將減水劑-礦渣混合物，在60～100℃下干燥48小時(shí)以上，制得固態(tài)粉末狀聚羧酸減水劑。
所述步驟(1)中，所述的礦渣為高爐礦渣，高爐礦渣的成分，主要含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO和Fe2O3，其中，含有SiO2的質(zhì)量百分比為35～37％，Al2O3的質(zhì)量百分比為12～14％；CaO的質(zhì)量百分比為35～36％；MgO的質(zhì)量百分比為11～13％，F(xiàn)e2O3的質(zhì)量百分比為1～2％。
所述步驟(1)中，所述的礦渣的粒度為1～30μm；所述的礦渣的粒度分為三個(gè)粒度區(qū)間，分別為：細(xì)粒度區(qū)間為1～10μm，中粒度區(qū)間為10～20μm，粗粒度區(qū)間為20～30μm。
所述步驟(1)中，所述的礦渣起到吸附劑及吸收劑的作用。
所述步驟(1)中，所述的液態(tài)聚羧酸減水劑為酯類聚羧酸減水劑或醚類聚羧酸減水劑中的一種。
所述步驟(1)中，在5～15℃進(jìn)行低溫干燥處理，目的是初步除去液態(tài)聚羧酸減水劑的水分，使液態(tài)聚羧酸減水劑有效成分吸附在礦渣顆粒周圍而不破壞原產(chǎn)品的分子結(jié)構(gòu)，保障制備的固態(tài)粉末狀聚羧酸減水劑各項(xiàng)性能指標(biāo)正常。
所述步驟(2)中，采用烘箱對(duì)減水劑-礦渣混合物進(jìn)行干燥。
所述步驟(2)中，在60～100℃進(jìn)行高溫干燥處理，目的在于既可以徹底除去了液態(tài)聚羧酸減水劑中的水分，又可以保證制備的固態(tài)粉末狀聚羧酸減水劑性能不受到影響。
所述的固態(tài)粉末狀聚羧酸減水劑，其減水率為34～38％；用固態(tài)粉末狀聚羧酸減水劑制備的混凝土28d的抗壓強(qiáng)度為57.9MPa以上。
本發(fā)明的一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明采用工業(yè)“三廢”之一的礦渣作為吸收劑，具有原料容易獲取，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，并且，做到了廢物利用，節(jié)能環(huán)保，符合我國(guó)所大力倡導(dǎo)的綠色可持續(xù)發(fā)展原則。
(2)本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單易行，且所用的一些儀器設(shè)備均可在市場(chǎng)上購(gòu)買得到，未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；可a(chǎn)。
(3)本方法制得的固態(tài)粉末狀聚羧酸減水劑經(jīng)過(guò)檢測(cè)得到的結(jié)果為：其減水率為34～38％；采用固體粉末狀聚羧酸減水劑制備的混凝土28d的抗壓強(qiáng)度為57.9MPa以上。與原液態(tài)聚羧酸減水劑相比，無(wú)論在減水率上還是后期對(duì)于水泥、混凝土的應(yīng)用性能上變化基本不大，原減水劑性能保持良好。
(4)本發(fā)明采用向液態(tài)聚羧酸減水劑中，加入礦渣成分，進(jìn)行固相化處理，制得的固態(tài)粉末狀聚羧酸減水劑，具有降低運(yùn)輸成本、便于儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于干粉砂漿、噴射混凝土、高檔陶瓷等工程技術(shù)領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1
一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法，按照如下步驟進(jìn)行：
(1)按質(zhì)量比，細(xì)粒度區(qū)間(1～10μm)的礦渣：液態(tài)PC4000酯類聚羧酸減水劑＝1:1，將細(xì)粒度區(qū)間(1～10μm)的礦渣和液態(tài)聚羧酸減水劑摻和均勻，放入冰箱的冷藏室，在5℃干燥3天，初步除去液態(tài)聚羧酸減水劑的水分，制得減水劑-礦渣混合物。
(2)將(1)中減水劑-礦渣混合物，取出，放置在烘箱中，在60℃下干燥50小時(shí)，徹底除去減水劑-礦渣混合物中的水分，制得固態(tài)粉末狀PC4000聚羧酸減水劑。
制備的固態(tài)粉末狀PC4000聚羧酸減水劑，其減水率為34％；用固態(tài)粉末狀PC4000聚羧酸減水劑制備的混凝土28d的抗壓強(qiáng)度為58.5MPa。
實(shí)施例2
一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法，按照如下步驟進(jìn)行：
(1)按質(zhì)量比，細(xì)粒度區(qū)間(1～10μm)的礦渣：液態(tài)PC3600醚類聚羧酸減水劑＝1：1，將細(xì)粒度區(qū)間(1～10μm)的礦渣和液態(tài)聚羧酸減水劑摻和均勻，放入冰箱的冷藏室，在15℃干燥2天，初步除去液態(tài)PC3600聚羧酸減水劑的水分，制得減水劑-礦渣混合物。
(2)將(1)中減水劑-礦渣混合物，取出，放置在烘箱中，在75℃下干燥48小時(shí)，徹底除去減水劑-礦渣混合物中的水分，制得固態(tài)粉末狀PC3600聚羧酸減水劑。
制備的固態(tài)粉末狀PC3600聚羧酸減水劑，其減水率為36％；用固態(tài)粉末狀PC3600聚羧酸減水劑制備的混凝土28d的抗壓強(qiáng)度為58.7MPa。
實(shí)施例3
一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法，按照如下步驟進(jìn)行：
(1)按質(zhì)量比，中粒度區(qū)間(10～20μm)的礦渣：液態(tài)PC8000醚類聚羧酸減水劑＝1：1，將粒度區(qū)間(10～20μm)的礦渣和液態(tài)聚羧酸減水劑摻和均勻，放入冰箱的冷藏室，在15℃干燥2天，初步除去PC8000醚類聚羧酸減水劑的水分，制得減水劑-礦渣混合物。
(2)將(1)中減水劑-礦渣混合物，取出，放置在烘箱中，在100℃下干燥48小時(shí)，徹底除去減水劑-礦渣混合物中的水分，制得固態(tài)粉末狀PC8000聚羧酸減水劑。
制備的固態(tài)粉末狀PC8000聚羧酸減水劑，其減水率為37％；用固態(tài)粉末狀PC8000聚羧酸減水劑制備的混凝土28d的抗壓強(qiáng)度為57.9MPa。
其中，使用未經(jīng)過(guò)處理的PC8000液態(tài)醚類聚羧酸減水劑制備的混凝土，28d的抗壓強(qiáng)度為57.6MPa；這說(shuō)明加入礦渣，對(duì)液態(tài)聚羧酸減水劑進(jìn)行固相化處理，對(duì)制備的混凝土的性能并沒(méi)有影響。
實(shí)施例4
一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法，按照如下步驟進(jìn)行：
(1)按質(zhì)量比，細(xì)粒度區(qū)間(1～10μm)的礦渣：液態(tài)PC4000酯類聚羧酸減水劑＝2：1，將細(xì)粒度區(qū)間(1～10μm)的礦渣和液態(tài)PC4000聚羧酸減水劑摻和均勻，放入冰箱的冷藏室，在10℃干燥3天，初步除去液態(tài)PC4000聚羧酸減水劑的水分，制得減水劑-礦渣混合物。
(2)將(1)中減水劑-礦渣混合物，取出，放置在烘箱中，在100℃下干燥50小時(shí)，徹底除去減水劑-礦渣混合物中的水分，制得固態(tài)粉末狀PC4000聚羧酸減水劑。
制備的固態(tài)粉末狀PC4000聚羧酸減水劑，其減水率為38％；用固態(tài)粉末狀PC4000聚羧酸減水劑制備的混凝土28d的抗壓強(qiáng)度為57.0MPa。
實(shí)施例5
一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法，按照如下步驟進(jìn)行：
(1)按質(zhì)量比，粗粒度區(qū)間(20～30μm)的礦渣：液態(tài)PC5000醚類聚羧酸減水劑＝3：1，將粗粒度區(qū)間(20～30μm)的礦渣和液態(tài)PC5000聚羧酸減水劑摻和均勻，放入冰箱的冷藏室，在10℃干燥3天，初步除去PC5000聚羧酸減水劑的水分，制得減水劑-礦渣混合物。
(2)將(1)中減水劑-礦渣混合物，取出，放置在烘箱中，在100℃下干燥48小時(shí)，徹底除去減水劑-礦渣混合物中的水分，制得固態(tài)粉末狀PC5000聚羧酸減水劑。
制備的固態(tài)粉末狀PC5000聚羧酸減水劑，其減水率為35％；用固態(tài)粉末狀PC5000聚羧酸減水劑制備的混凝土28d的抗壓強(qiáng)度為57.5MPa。
實(shí)施例6
一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法，按照如下步驟進(jìn)行：
(1)按質(zhì)量比，中粒度區(qū)間(10～20μm)的礦渣：液態(tài)PC7000醚類聚羧酸減水劑＝4：1，將中粒度區(qū)間(10～20μm)的礦渣和液態(tài)PC5000聚羧酸減水劑摻和均勻，放入冰箱的冷藏室，在10℃干燥3天，初步除去液態(tài)PC5000聚羧酸減水劑的水分，制得減水劑-礦渣混合物。
(2)將(1)中減水劑-礦渣混合物，取出，放置在烘箱中，在65℃下干燥55小時(shí)，徹底除去減水劑-礦渣混合物中的水分，制得固態(tài)粉末狀PC5000聚羧酸減水劑。
制備的固態(tài)粉末狀PC5000聚羧酸減水劑，其減水率為36％；用固態(tài)粉末狀PC5000聚羧酸減水劑制備的混凝土28d的抗壓強(qiáng)度為58.2MPa。
實(shí)施例7
一種液態(tài)聚羧酸減水劑的固相化處理方法，按照如下步驟進(jìn)行：
(1)按質(zhì)量比，中粒度區(qū)間(10～20μm)的礦渣：液態(tài)PC3600型號(hào)的醚類聚羧酸減水劑＝4：1，將中粒度區(qū)間(10～20μm)的礦渣和液態(tài)PC3600聚羧酸減水劑摻和均勻，放入冰箱的冷藏室，在15℃干燥2天，初步除去液態(tài)PC3600聚羧酸減水劑的水分，制得減水劑-礦渣混合物。
(2)將(1)中減水劑-礦渣混合物，取出，放置在烘箱中，在80℃下干燥50小時(shí)，徹底除去減水劑-礦渣混合物中的水分，制得固態(tài)粉末狀PC3600聚羧酸減水劑。
制備的固態(tài)粉末狀PC3600聚羧酸減水劑，其減水率為35％；用固態(tài)粉末狀PC3600聚羧酸減水劑制備的混凝土28d的抗壓強(qiáng)度為58.8MPa。