用于自密實(shí)混凝土的增稠劑、其制備方法及應(yīng)用該增稠劑的自密實(shí)混凝土的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于自密實(shí)混凝土的增稠劑的制備方法，其包括以下步驟：（1）按比例稱取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸配制成水溶液，調(diào)節(jié)pH值至6.5～7.0；（2）邊攪拌邊加入配制好的濃度為25%～35%的單體丙烯酰胺溶液，攪拌均勻后倒入燒瓶，恒溫水浴通氮?dú)獗Ｗo(hù)；（3）當(dāng)反應(yīng)溫度上升至30～40℃時(shí)，逐滴加入引發(fā)劑，保溫40℃，攪拌反應(yīng)約1.5～2小時(shí)，當(dāng)反應(yīng)物呈黏稠狀液體時(shí)停止通氮?dú)?，恒溫熟化一段時(shí)間，得到白色透明膠體即為增稠劑。本發(fā)明獲得的增稠劑用于配制自密實(shí)混凝土，其水溶性較好，增稠效果佳，可有效提高自密實(shí)混凝土的塑性黏度，解決自密實(shí)混凝土的泌水和離析的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】用于自密實(shí)混凝土的增稠劑、其制備方法及應(yīng)用該增稠劑的自密實(shí)混凝土
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混凝土結(jié)構(gòu)與混凝土工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及到混凝土外加劑【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]自密實(shí)混凝土是一種具有高流動(dòng)性、不離析、均勻性、穩(wěn)定性、良好的施工性能和充填性能，澆筑時(shí)依靠其自重流動(dòng)，無(wú)需振搗而達(dá)到密實(shí)，硬化后具有良好的力學(xué)性能和耐久性等優(yōu)點(diǎn)的新型混凝土，與傳統(tǒng)振搗混凝上相比，它具有免振搗、自密實(shí)、耐久性能好等特點(diǎn)，是當(dāng)今高性能混凝土的重要發(fā)展方向之一。新拌自密實(shí)混凝土工作性又稱為自密實(shí)性，包括4個(gè)重要方面:流動(dòng) 能力、充填熊力、間隙通過(guò)能力和抗離析能力。流動(dòng)性和充填能力是指新拌自密實(shí)混凝上在其自重的作用下流動(dòng)充填模板空間的能力。間隙通過(guò)能力是指混凝土澆筑時(shí)能自行穿越鋼筋間隙而不發(fā)生阻塞的能力?？闺x析能力是指在新鮮狀態(tài)下混凝上保持成分均一的能力。
[0003]就自密實(shí)高性能混凝土而言，一個(gè)重要的性能指標(biāo)就是具有良好的工作性，即大流動(dòng)性、高抗分離穩(wěn)定性、間隙通過(guò)性和填充性。而大流動(dòng)性和抗分離穩(wěn)定性恰恰是一對(duì)矛盾，流動(dòng)性大，必然有離析的傾向。
[0004]增稠劑是能增加體系粘度并保持其相對(duì)穩(wěn)定性的親水物質(zhì)，在涂料、建筑、印染、日化以及油田等許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)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(guò)乳液聚合而來(lái)，性能優(yōu)異、效果顯著。劉學(xué)剛(精細(xì)與專用化學(xué)品，2004.12(19):20-26)公布了一種增稠劑的制備方法，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，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下反應(yīng)。季永新(林產(chǎn)化學(xué)與化工，2003.23(4):83-85)公布了一種造紙涂料用的丙烯酸增稠劑，該增稠劑以丙烯酸、丙烯酸乙酯、羥甲基丙烯酰胺為聚合單體。再如，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)201010298857.8公開(kāi)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(yīng)型表面活性劑和交聯(lián)劑等作用下乳液聚合制成。然而，在乳液聚合中，單體種類越多，乳化體系越復(fù)雜，乳化越困難。在實(shí)驗(yàn)室合成有可能達(dá)到符合要求的產(chǎn)品，但是在生產(chǎn)上容易發(fā)生乳化不好，溶液分層，并產(chǎn)生大量凝膠，無(wú)法得到合格的產(chǎn)品。
[0005]鑒于此，本發(fā)明提供了一種采用水溶液聚合，適用于自密實(shí)混凝土的丙烯酸類高分子增稠劑的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于自密實(shí)混凝土的增稠劑，可提高自密實(shí)混凝土的抗離析性能，從而配制出低膠凝材料總量的普通強(qiáng)度等級(jí)自密實(shí)混凝土。
[0007]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種用于自密實(shí)混凝土的增稠劑的制備方法，其包括以下步驟:[0008](I)按2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸:丙烯酸=1: (2~3)的比例稱取2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸，將其配制成15%~30%的水溶液，用20%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)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制好的濃度為25%~35%的單體丙烯酰胺溶液，使三種單體總濃度為15~30%，攪拌均勻后倒入250mL的三口燒瓶中，放入恒溫水浴中，攪拌下通氮?dú)獗Ｗo(hù)；
[0010](3)當(dāng)反應(yīng)溫度上升至30~40°C時(shí)，逐滴加入引發(fā)劑，引發(fā)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為體系的0.15%~0.25%，保溫40°C，攪拌反應(yīng)約1.5~.2小時(shí)，當(dāng)反應(yīng)物呈黏稠狀液體時(shí)停止通氮?dú)?，恒溫熟化一段時(shí)間，得到白色透明膠體即為增稠劑。
[0011]優(yōu)選地，所述的引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉的混合物，兩者的混合比例為過(guò)硫酸銨:亞硫酸氫鈉=(9~11): 10。
[0012]更優(yōu)選地，過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉的混合比例為1:1。
[0013]具體地來(lái)說(shuō)，步驟2的攪拌速度為900~1400轉(zhuǎn)/分。
[0014]本發(fā)明還提供了一種依據(jù)以上方法所制得的用于自密實(shí)混凝土的增稠劑。
[0015]本發(fā)明的又一發(fā)明目的在于提供一種自密實(shí)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(zhì)量含量的0.01~0.05%。
[0016]具體地來(lái)說(shuō)，所述的自密實(shí)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(zhì)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(zhì)量份計(jì)，水泥占60~90%，粉煤灰占O~40%，礦粉占膠凝材料的0%~40%。
[0018]本發(fā)明的原理是:選用丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)進(jìn)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酰胺(AM)是有機(jī)合成材料的重要單體，它是一種不飽和的丙烯酰胺，活性很高，極易自聚、共聚，其均聚物對(duì)電解質(zhì)有較強(qiáng)的抵抗力，常用于各種溶液的聚合，可有效提高聚合物的分子質(zhì)量，所以丙烯酰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-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)是一種具有強(qiáng)吸濕性的白色結(jié)晶固體或粉末，熔點(diǎn)185°C，易溶于水，AMPS含有強(qiáng)陰離子性，水溶性的磺酸基團(tuán)、屏蔽的酰胺基和不飽和雙鍵，使其具有優(yōu)良的性能。共聚物引入的磺酸基團(tuán)(-S03-)中共軛d-p大π鍵的存在增強(qiáng)了 -so3_的穩(wěn)定性，使其對(duì)酸、堿和鹽離子進(jìn)攻不敏感，且離子交換性和對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子有很好的耐受力；引入酰胺基團(tuán)具有很好的水解穩(wěn)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(nèi)空間位阻使它具有比丙烯酰胺更好的水解穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。丙烯酸(AA)是重要的有機(jī)合成原料及合成樹(shù)脂單體，是聚合速度非?？斓囊蚁╊悊误w。它是最簡(jiǎn)單的不飽和羧酸，有一個(gè)乙烯基和一個(gè)羧基組成，常作為加成反應(yīng)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]由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、本發(fā)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(lái)有效提高聚合物分子質(zhì)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(tuán)中共軛大η鍵、酰胺基團(tuán)以及羧基來(lái)提高體系的穩(wěn)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(fā)明采用氧化-還原引發(fā)體系的水溶液聚合，水為溶劑，僅起稀釋作用，可調(diào)控單體濃度，不會(huì)誘導(dǎo)引發(fā)劑分解，不發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，且價(jià)格低廉、無(wú)毒、安全，能較多地降低產(chǎn)品成本。
[0022]3、本發(fā)明獲得的增稠劑用于配制自密實(shí)混凝土，其水溶性較好，增稠效果佳，可有效提高自密實(shí)混凝土的塑性黏度，解決自密實(shí)混凝土的泌水和離析的問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案提供的用于自密實(shí)混凝土增稠劑的紅外光譜圖。
[0024]圖2是本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案提供的用于自密實(shí)混凝土增稠劑的核磁共振譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
[0026]實(shí)施例1
[0027]本例為用于自密實(shí)混凝土增稠劑的制備例。
[0028]分別稱取5.0g2-丙烯酰胺基-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丙烯酰胺(AM)溶液，使單體總濃度為20%，攪拌均勻后，將配好的溶液倒入250mL的三口燒瓶中，放入恒溫水浴中，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，設(shè)置攪拌速度為1100轉(zhuǎn)/分；當(dāng)反應(yīng)溫度上升至40°C時(shí)，逐滴加入0.05g過(guò)硫酸銨(40%水溶液)和0.05g亞硫酸氫鈉混合物引發(fā)劑，保溫，攪拌反應(yīng)2小時(shí)，當(dāng)反應(yīng)物呈黏稠狀液體時(shí)停止通氮?dú)?，恒溫熟化一段時(shí)間約2小時(shí)，得到無(wú)色透明膠體，即為用于自密實(shí)混凝土增稠劑。
[0029]參見(jiàn)附圖1，它是本實(shí)施例制備的用于自密實(shí)混凝土增稠劑的紅外光譜圖；從圖1可知，3350CHT1為丙烯酰胺鏈節(jié)中-NH2的伸縮振動(dòng)吸收峰；2934?11_1為-CH3的特征吸收峰;1668cm_1為-CONH中C=O鍵的伸縮振動(dòng);1412cm_1為-COOH的特征吸收峰;1219cm_1% -C-N的伸縮振動(dòng)吸收峰，1117cm.1和1041cm〈為-HS03的振動(dòng)吸收峰；產(chǎn)物的紅外光譜中同時(shí)存在3種單體AMPS、AM和AA鏈節(jié)的特征吸收峰，并且在1635cm-1~1610cm -1沒(méi)有出現(xiàn)碳碳雙鍵特征吸收峰，表明單體充分進(jìn)行了共聚反應(yīng)，反應(yīng)后得到的產(chǎn)物即為用于自密實(shí)混凝土增稠劑。
[0030]參見(jiàn)附圖2，它是本實(shí)施例制備的用于自密實(shí)混凝土增稠劑的核磁共振譜圖；譜圖上在較低的化學(xué)位移處出現(xiàn)幾組信號(hào)，1.44ppm~L 77ppm處的為聚丙烯?；鶊F(tuán)的亞甲基以及AMPS上的甲基信號(hào)；2.19ppm~2.32ppm處為聚丙烯?；鶊F(tuán)的次甲基；3.17ppm~
3.62ppm為分子結(jié)構(gòu)中和磺酸基團(tuán)相連的亞甲基,聚合產(chǎn)物在5.5ppm~6.0ppm之間的碳碳雙鍵的特征吸收峰不見(jiàn)了，可見(jiàn)單體的雙鍵全部參與了聚合反應(yīng)，且在1.4ppm~2.3ppm出現(xiàn)新的吸收峰，為雙鍵反應(yīng)后的亞甲基和次甲基質(zhì)子信號(hào)，核磁譜圖證明了該三元聚合反應(yīng)的發(fā)生。
[0031]實(shí)施例2 [0032]本例為用于自密實(shí)混凝土增稠劑的制備例。
[0033]分別稱取4.05g2-丙烯酰胺基-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丙烯酰胺(AM)溶液，使三種單體的總濃度為20%，攪拌均勻后，將配好的溶液倒入250mL的三口燒瓶中，放入恒溫水浴中，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，設(shè)置攪拌速度為1000轉(zhuǎn)/分；當(dāng)反應(yīng)溫度上升至40°C時(shí)，逐滴加入0.025g過(guò)硫酸銨(40%水溶液)和0.025g亞硫酸氫鈉混合物引發(fā)劑，保溫，攪拌反應(yīng)2小時(shí)，當(dāng)反應(yīng)物呈黏稠狀液體時(shí)停止通氮?dú)?，恒溫熟化一段時(shí)間約2小時(shí)，得到無(wú)色透明膠體，即為用于自密實(shí)混凝土增稠劑。
[0034]實(shí)施例3
[0035]本例為用于自密實(shí)混凝土增稠劑的制備例。
[0036]分別稱取7.5g2-丙烯酰胺基-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丙烯酰胺(AM)溶液，使單體總濃度為20%，攪拌均勻后，將配好的溶液倒入250mL的三口燒瓶中，放入恒溫水浴中，通氮?dú)獗Ｗo(hù)，設(shè)置攪拌速度為1300轉(zhuǎn)/分；當(dāng)反應(yīng)溫度上升至40°C時(shí)，逐滴加入0.075g過(guò)硫酸銨(40%水溶液)和0.075g亞硫酸氫鈉混合物引發(fā)劑，保溫，攪拌反應(yīng)2小時(shí)，當(dāng)反應(yīng)物呈黏稠狀液體時(shí)停止通氮?dú)猓銣厥旎欢螘r(shí)間約2小時(shí)，得到無(wú)色透明膠體，即為用于自密實(shí)混凝土增稠劑。
[0037]實(shí)施例4
[0038]本例為實(shí)施例1所獲得的增稠劑摻入自密實(shí)混凝土內(nèi)的應(yīng)用例。
[0039]將本發(fā)明合成 的增稠劑配制出不同配合比的自密實(shí)混凝土如表1所示，其中聚羧酸高性能減水劑的摻量是指占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(duì)自密實(shí)混凝土性能影響的配合比
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種用于自密實(shí)混凝土的增稠劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)按2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸:丙烯酸=1: (2~3)的比例稱取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸，將其配制成15%~30%的水溶液，用20%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)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制好的濃度為25%~35%的單體丙烯酰胺溶液，使三種單體總濃度為15~30%，攪拌均勻后倒入250mL的三口燒瓶中，放入恒溫水浴中，攪拌下通氮?dú)獗Ｗo(hù)； (3)當(dāng)反應(yīng)溫度上升至30~40°C時(shí)，逐滴加入引發(fā)劑，引發(fā)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為體系的0.15%~0.25%，保溫40°C，攪拌反應(yīng)約1.5~.2小時(shí)，當(dāng)反應(yīng)物呈黏稠狀液體時(shí)停止通氮?dú)?，恒溫熟化一段時(shí)間，得到白色透明膠體即為增稠劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉的混合物，兩者的混合比例為過(guò)硫酸銨:亞硫酸氫鈉=(9~11):10。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉的混合比例為1:1o
4.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的方法，其特征在于:步驟2的攪拌速度為900~1400轉(zhuǎn)/分。
5.由權(quán)利要求1所述的方法所制得的用于自密實(shí)混凝土的增稠劑。
6.一種自密實(shí)混凝土，其特征在于:包括含有水泥的膠凝材料及如權(quán)利要求5所述的增稠劑，所述增稠劑的摻量膠凝材料質(zhì)量含量的0.01~0.05%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自密實(shí)混凝土，其特征在于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(zhì)量總的1% ~2%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自密實(shí)混凝土，其特征在于: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(zhì)量份計(jì)，水泥占60~90%，粉煤灰占O~40%，礦粉占膠凝材料的0%~40%。
【文檔編號(hào)】C08F220/56GK103936913SQ201410095586
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】唐詩(shī), 張夏真, 王勝年, 張夏虹, 黎鵬平, 范志宏, 王迎飛 申請(qǐng)人:中交四航工程研究院有限公司, 廣州港灣工程質(zhì)量檢測(cè)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(guó)港灣工程有限責(zé)任公司