CN104150807A

CN104150807A - 一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂及其应用

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Publication number: CN104150807A
Application number: CN201410363732.7A
Authority: CN
Inventors: 陈华成; 王小兵
Original assignee: TAICANG XINYAXUN BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TAICANG XINYAXUN BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2034-07-29
Also published as: CN104150807B

Abstract

本发明公开了一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂，包括如下各组分：甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400、异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400、丙烯酸、马来酸酐、甲基丙烯磺酸钠、N-羟甲基丙烯酰胺、30%的氢氧化钠溶液、链转移剂、氧化剂、还原剂、软水以及用于调节溶液pH的30%的氢氧化钠溶液；其中所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400：异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400质量比为1：0.5～2；所述丙烯酸：马来酸酐质量比为1：0～1。本发明的聚羧酸减水剂的品质可靠，且该聚羧酸减水剂用于其混凝土时，混凝土具有低引气、凝结时间短、强度高、粘聚性好、容易离心脱水、不易挂浆等优点。

Description

一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种混凝土外加剂的技术领域，更具体地是涉及一种聚羧酸系的减水剂和应用。

背景技术

混凝土是世界上用量最大、应用最广泛的建筑材料。而混凝土减水剂是用于混凝土拌合、施工时的一种外加剂，作用是增加混凝土的流动性和实现混凝土远距离和管道输送，减水剂是现代化混凝土施工过程中必须使用的一种外加剂。

减水剂作为混凝土中不可缺的重要组分，其性能更是对混凝土的品质有着重要的影响。目前，混凝土施工中所用聚羧酸减水剂属于第三代减水剂，聚羧酸减水剂在坍损控制、减水率可调、提升强度、节省水泥、管桩表面光洁度、提高劳动生产率、降低劳动强度、环保安全、功能可调、混凝土粘聚性等方面比萘系减水剂有着很好的优势，已经广泛应用于地铁、高速铁路公路、桥梁涵洞、高层建筑、水利大坝的建筑中，因此，聚羧酸减水剂也是 21 世纪最具应用前景的水泥外加剂之一。

但聚羧酸减水剂具有缓凝性，会导致生产管桩时，静停时间长、离心后挂浆严重、内壁不光滑、混凝土粘、离心脱水困难等缺陷。公开号为CN102010487，名称为《一种聚羧酸减水剂的制备方法》的中国发明专利申请公开了一种以聚乙二醇单甲醚（MPEG）和马来酸酐（MAH）为主要原料，通过酯化反应合成聚乙二醇单甲醚马来酸酐活性大单体（PAM），再以PAM、甲基丙烯磺酸钠、衣康酸为主要原料，在过氧化氢和维生素C 组成的引发体系中，30-50℃条件下三元共聚合成聚羧酸减水剂的方法，产品减水率高，保坍性好，但需要酯化步骤，工艺条件要求较高。以上方法虽然能够得到较为理想的产品，但是工艺复杂，要求较高，不利于工业生产。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种原料简单、高性能、成本低廉且制备简单的聚羧酸减水剂，通过本发明制得的减水剂可以应用于预应力高强混凝土管桩混凝土，得到的预应力高强混凝土管桩混凝土具有低引气、凝结时间短、强度高、粘聚性好、容易离心脱水、不易挂浆的优点，满足了现场对预应力高强混凝土管桩混凝土的施工要求。

本发明是通过以下的技术方案来实现的。

一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂，包括如下各组分：

甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400、异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400、丙烯酸、马来酸酐、甲基丙烯磺酸钠、N-羟甲基丙烯酰胺、30%的氢氧化钠溶液、链转移剂、氧化剂、还原剂以及用于调节溶液pH的30%的氢氧化钠溶液；

其中所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400：异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400质量比为1：0.5～2；

所述丙烯酸：马来酸酐质量比为1：0～1。

目前，常用的合成醚类减水剂的大单体是甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400（HPEG2400）与异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400（TPEG2400）。HPEG2400合成的醚类减水剂减水率要比TPEG2400的要高，而保持性要差。管桩生产过程中，要求高减水率的减水剂，但对混凝土保持性也有一定要求。因此，单独用一种单体合成的减水剂，或用一种单体合成的减水剂与其他小料复配，在生产中总有不满意的地方。基于此，在合成过程中，使用两种大单体，合成一种聚羧酸减水剂，然后应用于管桩生产中效果更佳。

作为该技术方案的优选，所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400：异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400质量比为1：0.5～2。HPEG2400合成的减水剂混凝土减水率高，但保持性差与TPEG2400的相比。所以两者比例适当时，两者的优点可完美结合起来，使管桩混凝土状态达到最佳，从而成品管桩达到使用要求

丙烯酸、马来酸酐作为主要的小单体，常用于醚类减水剂合成中，两者各有优缺。丙烯酸对混凝土初始减水率贡献大，而马来酸酐对混凝土保持性作用大，因此根据需要来选择需要使用的不饱和羧酸、酸酐类单体。因此，作为本发明技术方案的优选，所述丙烯酸：马来酸酐质量比为1：0～1。

作为该技术方案的优选，所述甲基丙烯磺酸钠质量百分比为0.6～0.7%。甲基丙烯磺酸钠含有磺酸基团，磺酸基团具有高分散性、高减水性，是强电解质阴离子，因其受pH值影响较小，所以含其的减水剂性能稳定。甲基丙烯磺酸钠含量较低时，混凝土凝结时间较长，而甲基丙烯磺酸钠含量较高时，混凝土扒底较严重。

作为该技术方案的优选，所述N-羟甲基丙烯酰胺质量百分比为0.25～0.45%。N-羟甲基丙烯酰胺含有两个官能团，一个是羟甲基，另一个是酰胺基。羟甲基可形成交联，对提高混凝土粘聚性有好处。酰胺基可以与水泥浆体中的氢氧化钙反应，加速C₃S的水化，抑制C₃S水化初期形成松散结构的趋势，加速了C-S-H凝胶和钙矾石晶体的形成，提高早期水泥块中针状钙矾石的数量，使得钙矾石结构更加致密，从而提高早期强度。N-羟甲基丙烯酰胺含量过少，混凝土强度不够，N-羟甲基丙烯酰胺含量过多，混凝土的离心脱水困难。

作为该技术方案的优选，所述减水剂的亲水亲油平衡值为52.5-54.3。亲水亲油平衡值是一个用来衡量表面活性剂分子中的亲水部分和亲油部分对其性质所作贡献大小的物理量。它的大小，对减水剂用于混凝土中的含气量指标有一定影响，从而影响管桩性能，因此需要根据实际情况选择合适的亲水亲油平衡值。作为该技术方案的优选，所述链转移剂为巯基丙酸。

作为该技术方案的优选，所述氧化剂为双氧水。

作为该技术方案的优选，所述还原剂为维生素C。

作为该技术方案的优选，所述的高性能聚羧酸减水剂用于预应力高强混凝土管桩的用途。

作为该技术方案的优选，应用于预应力高强混凝土时，所述聚羧酸减水剂的的添加量为混凝土质量的0.15～0.25%。

有益效果：本发明的聚羧酸减水剂使用的原料来源丰富，且成本较低，生产过程不会产生大量的副产物，产品质量好且性能高。该聚羧酸减水剂用于其混凝土时，混凝土具有低引气、凝结时间短、强度高、粘聚性好、容易离心脱水、不易挂浆等优点。故用本发明的聚羧酸减水剂应用于预应力高强混凝土管桩，得到具有良好性能的管桩，完全达到管桩实际使用要求。

附图说明：

图1为实施例4的凝胶渗透色谱图。

具体实施方式：

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，以下所述仅为体现本发明原理的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

表面张力按GB/T 8077-2000《混凝土外加剂均质性实验方法》进行测试。管桩混凝土按GB13476-2009《先张法预应力混凝土管桩》进行测试。

含气量按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能实验方法标准》进行测试。水泥净浆凝结时间按GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测试。

实施例1：

取甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400（HPEG2400）59g，异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400(TPEG2400)30g，丙烯酸8.9g，甲基丙烯磺酸钠0.6g，N-羟甲基丙烯酰胺0.45g，巯基丙酸0.2g，30%的双氧水0.65g，维生素C 0.2g。

在装有温度计、调速搅拌器、回流冷凝管和滴加装置的四口烧瓶中，加入70g的软水、0.65g 30%的双氧水、59g HPEG2400、30g TPEG2400，然后搅拌并加热至80℃左右，在此温度下，滴加按8.9g的丙烯酸、0.6g甲基丙烯磺酸钠、0.45g N-羟甲基丙烯酰胺、0.2g巯基丙酸这些小分子组成的水溶液，在170分钟滴完，同时滴加0.2g维生素C水溶液，210分钟滴完，保温90分钟，然后降温至50℃，再用30%氢氧化钠溶液调节pH值为7，即得40%所需的聚羧酸减水剂。

实施例2：

取甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400（HPEG2400）59g，异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400(TPEG2400)30g，丙烯酸4.5g，马来酸酐4.4g,甲基丙烯磺酸钠0.7g，N-羟甲基丙烯酰胺0.35g，巯基丙酸0.2g，30%的双氧水0.65g，维生素C 0.2g。

在装有温度计、调速搅拌器、回流冷凝管和滴加装置的四口烧瓶中，加入75g的软水、0.65g 30%的双氧水、59g HPEG2400、30g TPEG2400，然后搅拌并加热至80℃左右，在此温度下，滴加按4.5g的丙烯酸、4.4g马来酸酐、0.7g甲基丙烯磺酸钠、0.35g N-羟甲基丙烯酰胺、0.2g巯基丙酸这些小分子组成的水溶液，在180分钟滴完，同时滴加0.2g维生素C水溶液，210分钟滴完，保温90分钟，然后降温至50℃，再用30%氢氧化钠溶液调节pH值为7，即得40%所需的聚羧酸减水剂。

实施例3：

取甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400（HPEG2400）59g，异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400(TPEG2400)30g，丙烯酸5.9g，马来酸酐3g,甲基丙烯磺酸钠0.7g，N-羟甲基丙烯酰胺0.35g，巯基丙酸0.2g，30%的双氧水0.65g，维生素C 0.2g。

在装有温度计、调速搅拌器、回流冷凝管和滴加装置的四口烧瓶中，加入75g的软水、0.65g 30%的双氧水、59g HPEG2400、30g TPEG2400，然后搅拌并加热至80℃左右，在此温度下，滴加按8，9g的丙烯酸、4.4g马来酸酐、0.6g甲基丙烯磺酸钠、0.45g N-羟甲基丙烯酰胺、0.2g巯基丙酸这些小分子组成的水溶液，在180分钟滴完，同时滴加0.2g维生素C水溶液，220分钟滴完，保温90分钟，然后降温至50℃，再用30%氢氧化钠溶液调节pH值为7，即得40%所需的聚羧酸减水剂。

实施例4：

取甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400（HPEG2400）45g，异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400(TPEG2400)44g，丙烯酸4.5g，马来酸酐4.4g,甲基丙烯磺酸钠0.7g，N-羟甲基丙烯酰胺0.35g，巯基丙酸0.23g，30%的双氧水0.62g，维生素C 0.2g。

在装有温度计、调速搅拌器、回流冷凝管和滴加装置的四口烧瓶中，加入80g的软水、0.62g 30%的双氧水、45g HPEG2400、44g TPEG2400，然后搅拌并加热至75℃左右，在此温度下，滴加按4.5g的丙烯酸、4.4g马来酸酐、0.7g甲基丙烯磺酸钠、0.35g N-羟甲基丙烯酰胺、0.23g巯基丙酸这些小分子组成的水溶液，在180分钟滴完，同时滴加0.2g维生素C水溶液，210分钟滴完，保温90分钟，然后降温至50℃，再用30%氢氧化钠溶液调节pH值为7，即得40%所需的聚羧酸减水剂。

实施例5：

取甲基烯丙基聚氧乙烯醚2400（HPEG2400）30g，异戊二烯醇聚氧乙烯醚2400(TPEG2400)60g，丙烯酸4.5g，马来酸酐4.4g,甲基丙烯磺酸钠0.7g，N-羟甲基丙烯酰胺0.25g，巯基丙酸0.23g，30%的双氧水0.62g，维生素C 0.2g。

在装有温度计、调速搅拌器、回流冷凝管和滴加装置的四口烧瓶中，加入80g的软水、0.62g 30%的双氧水、30g HPEG2400、60g TPEG2400，然后搅拌并加热至75℃左右，在此温度下，滴加按4.5g的丙烯酸、4.4g马来酸酐、0.7g甲基丙烯磺酸钠、0.25g N-羟甲基丙烯酰胺、0.23g巯基丙酸这些小分子组成的水溶液，在180分钟滴完，同时滴加0.2g维生素C水溶液，210分钟滴完，保温90分钟，然后降温至50℃，再用30%氢氧化钠溶液调节pH值为7，即得40%所需的聚羧酸减水剂。

用实施例4合成的40%聚羧酸减水剂，采用凝胶渗透色谱（GPC）对40%的聚羧酸减水剂进行表征，以检验其合成品质，得到图1所示的色谱图。

由图1看出，该聚羧酸减水剂由HPEG2400、 TPEG2400、丙烯酸、马来酸酐、N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯磺酸钠共聚得到的组分的面积达92.12%，未反应的HPEG2400， TPEG2400，以及自聚的丙烯酸三个组分的面积共7.88%。由此可知，该配方及工艺是可行的，基本没产生大量的副产物。且共聚组分的分子量分布基本上是正态分布，因此本发明的聚羧酸减水剂的品质可靠。

用上述实施例3和实施例4制得的减水剂用于预应力高强混凝土管桩混凝土中，各配合比如下：

预应力高强混凝土管桩混凝土配合比（Kg/m3）：

m(亚东P.O52.5水泥)：m(砂)：m(碎石)：m(磨细砂)：m(减水剂)：m(水)= 278：832：1119：151：4.28：91

试件的制备：混凝土由强制式搅拌机拌合，搅拌时间为2 min，试件振动成型的时间为l min。由于预养时间、升温速度、恒温时间和温度、降温速度对胶凝材料水化和混凝土性能的影响比较复杂，试验均采用统一的蒸养制度；具体为: 成型后，静停2h，进行带模常压蒸汽养护(升温速度1℃/分钟，温度为90℃，时间为4h) ，3h 降至室温，测试其混凝土抗压强度。

由上述实施例3和实施例4制得的管桩进行测试，测试结果如下：

由此可知，用本发明的配比制得的聚羧酸减水剂完全可以应用于预应力高强混凝土管桩上，且由此得到的管桩具有良好的性能，完全达到管桩实际使用要求。

Claims

1.一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂，其特征在于，包括如下各组分：

所述丙烯酸：马来酸酐质量比为1：0～1。

2.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂，其特征在于，所述甲基丙烯磺酸钠质量百分比为0.6～0.7%。

3.根据权利要求4所述的一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂，其特征在于，所述N-羟甲基丙烯酰胺质量百分比为0.25～0.45%。

4.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂，其特征在于，所述减水剂的亲水亲油平衡值为52.5-54.3。

5.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂，其特征在于，所述链转移剂为巯基丙酸。

6.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂，其特征在于，所述氧化剂为双氧水。

7.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土管桩用聚羧酸减水剂，其特征在于，所述还原剂为维生素C。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的聚羧酸减水剂用于预应力高强混凝土管桩的用途。

9.根据权利要求8所述的一种聚羧酸减水剂的应用，其特征在于，应用于预应力高强混凝土管桩时，所述聚羧酸减水剂的的添加量为混凝土质量的0.15～0.25%。