一种混凝土水化增效剂及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 18:37:28
技术领域
本发明涉及一种混凝土水化增效剂及其制备方法，属于混凝土建筑材料技术领域。
背景技术
混凝土由胶凝材料、粗集料、细集料、水、外加剂组成，胶凝材料以水泥为主，各种掺合料为辅，对混凝土的强度和状态起决定性作用，粗集料和细集料类似于人体的肌肉和骨骼，起填充和密实作用。通常情况下，为了提高混凝土强度首选的是降低水灰比，降低水灰比能减少混凝土结构的缺陷，同时减少水泥用量，节约成本，但容易导致水泥前期水化不完全，后期慢慢水化对硬化的混凝土结构造成破坏。
市场上常见的水泥促进剂和混凝土早强剂都有促进水泥水化的作用，但是其作用是在于加快水泥水化的速度，缩短凝结时间，促进混凝土早期强度的发展，对后期强度无显著影响。但是，无论是促进剂还是早强剂都无法使水泥实现完全水化反应，从而造成未水化水泥的浪费及对硬化的混凝土结构的破坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种混凝土水化增效剂及其制备方法。在不影响混凝土凝结时间的情况下，使混凝土中的水泥充分水化，提高其水化率，从而提高混凝土强度和水泥的利用率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种混凝土水化增效剂及其制备方法，该混凝土水化增效剂由丙烯酸、马来酰亚胺烷基酸、马来酰亚胺、丙烯酸-马来酸-丙烯酰胺共聚物、马来酸酐的二元共聚物、丙烯酸甘油酯、链转移剂、引发剂聚合而成；所述的丙烯酸、马来酰亚胺烷基酸、马来酰亚胺、丙烯酸-马来酸-丙烯酰胺共聚物、马来酸酐的二元共聚物、丙烯酸甘油酯、链转移剂、引发剂摩尔比为1~1.6：0.04~0.1：0.02~0.1：0.01~0.03：0.001~0.002：0.03~0.08：0.01~0.1：0.01~0.1。
优选的，所述的马来酰亚胺烷基酸为2-马来酰亚胺基乙酸、3-马来酰亚胺基丙酸、4-马来酰亚胺丁酸、4-马来酰亚胺基苯甲酸、5-马来酸亚胺基戊酸、6-马来酸亚胺基己酸、11-马来酰亚胺基十一酸中的一种或几种。
优选的，所述的丙烯酸-马来酸-丙烯酰胺共聚物（
优选的，所述的马来酸酐的二元共聚物为马来酸酐-丙烯酰胺共聚物、马来酸酐-丙烯酸共聚物、马来酸酐-丙烯酸甲酯共聚物、马来酸酐-甲基丙烯酰胺共聚物（
优选的，所述的链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸、十二烷基硫醇、巯基丙酸、巯基丙醇、甲酸钠、次磷酸钠中的一种或者几种；
优选的，所述的引发剂包括氧化组分和还原组分，氧化组分为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、叔丁基过氧化氢中的一种或几种；还原组分为吊白块、L-抗坏血酸钠、焦亚硫酸钠、E51、硫酸亚铁、蔗糖中的一种或几种；其中氧化组分和还原组分的摩尔比为1:1~1.2。
所述的混凝土水化增效剂的制备方法包括以下步骤：
S1.常温下，将所述的部分丙烯酸、丙烯酸-马来酸-丙烯酰胺共聚物、马来酸酐的二元聚合物、引发剂氧化组分、部分引发剂还原组分、部分链转移剂溶于去离子水中，配置成A溶液；
S2.将部分丙烯酸、马来酰亚胺烷基酸、马来酰亚胺、丙烯酸甘油酯、链转移剂溶于去离子水中，配置成B溶液；
S3.将部分引发剂溶于去离子水中配置成C溶液；
S4.将B溶液和C溶液分别滴加入搅拌的A溶液中，B液滴加的时间为55 min，C液滴加的时间为60 min。滴加结束后继续保温搅拌2h，最终浓度为37.5%，即得混凝土水化增效剂。
所述的A溶液浓度为30%~50%，所述的B溶液的浓度为20%~30%。
本发明的机理：
1、本发明的丙烯酸-马来酸-丙烯酰胺共聚物和马来酸酐的二元共聚物的端部双键已经失去了活性，不能继续参与自由基聚合，将丙烯酸-马来酸-丙烯酰胺共聚物和马来酸酐的二元共聚物置于反应底料，是为了调控聚合速率。丙烯酸、马来酰亚胺烷基酸、马来酰亚胺、丙烯酸甘油酯都属于活性小单体，很容易发生自聚合交联，低活性或无活性的聚合物引入，降低反应活性，控制聚合产物的分子量和分子量分布，实现可控自由基聚合。
2、马来酸酐的二元共聚物长链与各种金属离子具有很好的螯合作用，可以使水泥小颗粒均匀分散，避免了团聚，抑制絮状结构的生成；同时亲水聚合物长链表面螯合的钙离子使得硅酸根聚合在长链周围，此过程一方面降低了C-S-H成核速率抑制水泥水化，另一方面充当成核位点促进水化。丙烯酸-马来酸-丙烯酰胺共聚物小分子的加入会持续络合溶解出的离子，更有利于与液相中的钙离子反应，降低了体系中的离子浓度，促进水泥前期充分水化，减少后期水化对硬化混凝土结构的破坏。
3、随着水泥逐渐发生水化，水泥颗粒表面的双电子层发生变化，马来酰亚胺烷基酸和马来酰亚胺作为聚合物侧链，亚胺中的N原子靶向性地与水泥颗粒表面的阳离子发生络合作用，吸附在水泥颗粒表面，羧基等亲水性基团加强了双电子层，使絮凝结构中的水释放出来，提高了水化率；丙烯酸甘油酯利用了末端多羟基极性基团降低了水泥颗粒的比表面能，减少了水泥颗粒间的作用力，从而提高了水泥水化作用。
本发明有益效果为：
本发明所制备的混凝土水化增效剂，可以促进水泥的充分水化，同时不影响混凝土凝结时间，其目的不在于加快水泥水化速度，而是促进水泥的分散，使水泥得以充分水化，避免了未水化水泥作为填充料造成的浪费。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步地说明和解释。
实施例1
常温下，将48.3g（0.67mol）丙烯酸、6.5g（0.01mol，分子量650g/mol）丙烯酸-马来酸-丙烯酰胺共聚物、12.5g马来酸酐-丙烯酰胺共聚物（0.001mol，分子量12500g/mol）、5g过硫酸钾（0.018mol）、0.06g硫酸亚铁（0.0002mol）、0.46g（0.005mol）巯基乙酸、溶于166g去离子水中，配置成溶液A；
将23.8g（0.33mol）丙烯酸、6.2g（0.04mol）2-马来酰亚胺基乙酸、9.7g（0.1mol）马来酰亚胺、7.1g（0.05mol）丙烯酸甘油酯、0.46g（0.005mol）巯基乙酸溶于189g去离子水中，配置成溶液B；
将3.5g（0.01mol）蔗糖、1.1g（0.007mol）吊白块溶于30g去离子水中，配置成溶液C；
将B溶液和C溶液分别滴加入搅拌的A溶液中，B液滴加的时间为55 min，C液滴加的时间为60 min。滴加结束后继续保温搅拌2h，即得混凝土水化增效剂。
实施例2
将57.6g（0.8mol）丙烯酸、8.6g丙烯酸-马来酸-丙烯酰胺共聚物（0.01mol，分子量860g/mol）、21.2g马来酸酐-甲基丙烯酰胺共聚物（0.002mol，分子量10600g/mol）、4.2g叔丁基过氧化氢（0.014mol，30%固含）、0.06g硫酸亚铁（0.0002mol）、0.3g巯基丙醇（0.003mol）溶于91.86g去离子水中，配置成溶液A；
将57.6g（0.8mol）丙烯酸、3.38g（0.02mol）3-马来酰亚胺基丙酸、4.2g（0.02mol）6-马来酸亚胺基己酸、9.7g（0.1mol）马来酰亚胺、4.26g（0.03mol）丙烯酸甘油酯、1.2g巯基乙醇（0.015mol）溶于270g去离子水中，配置成溶液B；
将3.5g（0.01mol）蔗糖、1.2g E51（0.003mol）溶于30g去离子水中，配置成溶液C；
将B溶液和C溶液分别滴加入搅拌的A溶液中，B液滴加的时间为55 min，C2液滴加的时间为60 min。滴加结束后继续保温搅拌2h，即得混凝土水化增效剂。
实施例3
将64.9g（0.9mol）丙烯酸、21.6g丙烯酸-马来酸-丙烯酰胺共聚物（0.03mol，分子量720g/mol）、22.8g马来酸酐-丙烯酸共聚物（0.002mol，分子量11400g/mol）、2.7g（0.024mol，30%固含）双氧水、0.06g（0.0002mol）硫酸亚铁、0.3g（0.003mol）巯基丙醇溶于231g去离子水中，配置成溶液A；
将50.1g（0.7mol）丙烯酸、19.7g（0.1mol）5-马来酸亚胺基戊酸、5.82g（0.06mol）马来酰亚胺、11.37g（0.08mol）丙烯酸甘油酯、3.18g（0.03mol）次磷酸钠溶于211g去离子水中，配置成溶液B；
将3.5g（0.01mol）蔗糖、2.1g（0.01mol）L-抗坏血酸钠溶于30g去离子水中，配置成溶液C；
将B溶液和C溶液分别滴加入搅拌的A溶液中，B液滴加的时间为55 min，C2液滴加的时间为60 min。滴加结束后继续保温搅拌2h，即得混凝土水化增效剂。
按照GB8076-2008《混凝土外加剂规范》检测实施例1-3的混凝土水化增效剂的性能。
对照样为本申请人生产的聚羧酸减水剂成品，生产工艺为：将300g TPEG、300g水，3g过硫酸铵投入搅拌的反应釜中；40g丙烯酸和100g水混合作A料；2g巯基乙醇、1g V和100g水混合成B料；随后将A料和B料同时滴入反应釜中，滴加时间分别为1h，1.5h；滴加完成后保温1h，随后加入25g葡萄糖酸钠和600g水，即得聚羧酸减水剂成品。
表1：混凝土配合比
（注：实施例的用水量已经扣除混凝土水化增效剂的含水。）
表2：实施例性能对比
表3：实施例2掺量对C35标号混凝土的影响
表1、表2、表3数据显示，本发明所制备的混凝土水化增效剂可以促进水泥的完全水化，同时不影响混凝土凝结时间，提高混凝土强度。实施例1~3与对照样的数据显示，在混凝土初始状态差不多的情况下，实施例与对照样的初凝时间和终凝时间差异不大，前期强度相差1~2MPa，但是后期强度相差2~5MPa，说明所制备的混凝土水化增效剂不同于早强剂或水泥激发剂，其主要目的是使水泥尽可能水化从而提高混凝土强度。表3数据显示了，本发明所制备的混凝土水化增效剂对C35标号混凝土的最佳掺量为0.6%，随着掺量从0~0.6%，混凝土强度不断提高，但是当掺量高于0.6%以后，混凝土强度趋于稳定，说明在此条件下，掺量为0.6%时，水泥水化基本完全。