一种高相容性减水剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及减水剂领域，尤其是涉及一种高相容性减水剂及其制备方法和应用。

背景技术：

2.减水剂是一种混凝土建筑材料中常见的助剂，具有节约拌合用水量，改善混凝土和易性的作用，市面上的减水剂类型有很多，主要分为木质素系减水剂、萘磺酸盐系减水剂、水溶性树脂减水剂、聚羧酸系减水剂，各种减水剂有各自的特定，可以根据实际情况选择使用。
3.但是，各种减水剂普遍存在相容性欠佳的问题，比如石膏砂浆，石膏中的caso4能够与水泥中的铝酸三钙c3a反应生成钙矾石，钙矾石覆盖于水泥颗粒表面，从而起到缓凝作用，但是，减水剂会导致石膏的溶解度下降，导致混凝土中的so
42-离子减少，使得与c3a反应生成的钙矾石不足以覆盖水泥颗粒表面，进而造成混凝土早期水化过度，使得混凝土在短时间内失去流动性，施工效果大受影响。

技术实现要素：

4.为了减缓以上的现有技术缺陷，本技术提供一种减水剂及其制备方法和应用。
5.本技术提供的一种减水剂及其制备方法和应用，采用如下的技术方案：
6.第一方面，本技术提供一种减水剂及其制备方法和应用，采用如下的技术方案：
7.一种减水剂及其制备方法和应用，包括以下步骤：
8.s1、基材预制：取聚醚胺和聚丙烯酸混合，在160～200℃下聚合反应45min，待冷却后加入去离子水搅拌均匀，调节ph至中性，获得酰胺基聚羧酸减水基材，所述聚醚胺、聚丙烯酸与去离子水的投加比为10g:3～5g:3～5ml；
9.s2、微粒预制：将酰胺基聚羧酸减水基材、羟基化膨润土微粒、无水乙醇按照3.5～5.5g:6～8g:10～12ml的投机比混合均匀，投至球磨机中球磨处理1～2h，烘干获得减水剂预制微粒；
10.s3、后处理：将减水剂预制微粒与活性炭粉、无水乙醇按照10g:1～1.5g:7～9ml的投加比混合均匀，投至球磨机中球磨处理30～60min，烘干获得高相容性减水剂。
11.通过采用上述技术方案，聚醚胺和聚丙烯酸在高温下发生脱水聚合反应，生成了具有梳型结构的酰胺基聚羧酸系的减水材料，由于该梳型结构的分子链上引入了羧基和酰胺基，相比市面上的以甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚制成的普通聚羧酸减水剂的改善混凝土流动性效果更好，除此之外，采用羟基化膨润土对减水剂基体作为核芯吸附处理，羟基化膨润土与酰胺基聚羧酸减水基材通过化学键吸附，使得减水剂基体能够在砂浆混凝土拌制过程中起到良好的缓释作用，从而使得砂浆或混凝土经时损失低，施工性更好，另外，将活性炭粉对吸附有减水基材膨润土的表面进行包覆，不仅有助于使得减水剂在拌合于砂浆混凝土的早期水化期间对水化热的性能稳定性，而且将该减水剂产品掺和于石膏砂浆应用时，由于酰胺基聚羧酸减水基材受到吸附与包覆处理作用，使得减水效果对于受到石膏影
响的性能变化更小，减水效果依旧出，有利于具备更好的施工性能，从而呈现出高相容性品质。
12.优选的，所述减水剂预制微粒、活性炭粉、无水乙醇的投加比例为10g:1.3g:8ml。
13.通过采用上述技术方案，将减水剂预制微粒、活性碳粉、无水乙醇按照特定配比混合制得的减水剂，混凝土的施工性与固结后的力学性能之间能够达到最佳的平衡。
14.优选的，所述酰胺基聚羧酸减水基材、羟基化膨润土微粒、无水乙醇的投加比例为5g:6g:10～12ml。
15.通过采用上述技术方案，将酰胺基聚羧酸减水基材、羟基化膨润土微粒、无水乙醇以特定配比混合制成减水剂预制微粒，接枝率有效率更高。
16.优选的，所述s3中的活性炭粉为磺化活性炭粉。
17.通过采用上述技术方案，采用磺化活性炭粉对减水剂预制微粒进行包覆处理，活性碳粉表面引入的磺酸根具有吸附混凝土中的c3a作用，使得水化程度得到有效控制，除此之外，对于吸附石膏砂浆中的可溶性磷有良好的效果，在石膏砂浆搅拌初期，有助于减少磷酸钙沉积在石膏颗粒表面而阻碍其溶解，保证了减水剂的有效剂量以及石膏的溶出量，从而更好地平衡了减水剂与石膏各自发挥其增强流动性以及缓凝效果，使得石膏砂浆施工流动性好，同时能够保持较低的经时损失。
18.优选的，所述磺化活性炭粉的制备方法如下：取活性炭粉与浓硫酸按照200g:1ml的比例混合，于125～135℃下磺化反应2～2.5h，随后加入过量的去离子水终止反应，抽离、洗涤至滤液为中性、干燥、研磨、过筛，获得磺化活性炭粉。
19.通过采用上述技术方案，将浓硫酸与活性碳粉按照一定的投加量，配合特定的反应条件进行磺化反应，使得活性碳粉的颗粒表面引入适量的磺酸根基团，有助于进一步提高减水剂的高相容性。
20.优选的，所述磺化活性炭粉的研磨后粒径为100～150目。
21.通过采用上述技术方案，对磺化活性炭粉的粒径进行筛选，使得减水剂预制微粒表面覆盖的磺化活性炭粉附着性良好，在砂浆或混凝土拌制以及水化过程中也能发挥着良好的缓释效果，使得混凝土的流动性与力学性能之间保持最佳的平衡状态。
22.优选的，所述羟基化膨润土微粒的制备方法如下：将膨润土、氯化铝、去离子水按照10g:1.3～1.8g:10ml的投加比混合并搅拌3～4h后，抽滤、干燥、破碎、过筛，获得羟基化膨润土微粒。
23.通过采用上述技术方案，使用氯化铝对膨润土进行羟基化改性，al
3+
通过离子交换的方式进入膨润土的层间发生化学反应，从而在膨润土表面引入-oh活性基团。
24.优选的，所述羟基化膨润土微粒的破碎过筛粒径为60～80目。
25.通过采用上述技术方案，对羟基化膨润土微粒的粒径进行筛选，使得减水剂能够在砂浆或混凝土中分布均匀性更好，梳型减水剂的分子链上能够更好地吸附水泥颗粒，从而起到良好的减水效果。
26.第二方面，本技术提供一种高相容性减水剂，由上述的一种高相容性减水剂的制备方法制备而成。
27.第三方面，本技术提供一种高相容性减水剂的应用，应用于掺加在石膏砂浆中。
28.优选的，所述石膏砂浆包括以下重量份的原料：磷石膏300份、水泥60份、石英粉80
份、微硅粉50份、乳胶粉10份、水150份、减水剂1份。
29.通过采用上述技术方案，具有高相容性特点的减水剂特别适合应用于石膏砂浆中，区别于市面上的普通减水剂，本技术的减水剂不易在早期拌制过程中影响石膏的溶出量，且减水效果稳定持续，经时损失低，不仅对于石膏砂浆的施工性能有较好的改善效果，而且能够提高石膏砂浆的力学性能。
30.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
31.1.通过采用聚醚胺和聚丙烯酸通过聚合反应制成具有梳型结构的酰胺基聚羧酸系减水材料，同时配合采用羟基化膨润土对减水剂基体作为核芯吸附处理，采用活性炭粉进行包覆处理，不仅使得减水剂基体能够在砂浆混凝土拌制过程中起到良好的缓释作用，改善了砂浆或混凝土的施工性，而且能够减少水化热对减水效果的影响，从而使得砂浆或混凝土性更好，呈现出高相容性的优良品质；
32.2.通过采用磺化活性炭粉对减水剂预制微粒进行包覆处理，不仅能够通过磺酸根与c3a的结合作用以更好地控制初期水化程度，而且对于吸附石膏砂浆中的可溶性磷有良好的效果，更好地平衡了减水剂与石膏各自发挥其增强流动性以及缓凝效果。
具体实施方式
33.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
34.实施例1
35.一种高相容性减水剂，其制备方法如下：
36.s1、基材预制：取500g分子量为2500的聚醚胺和150g分子量为5000的聚丙烯酸至反应瓶中，在氮气保护下升温至180℃，聚合反应45min，待冷却至50℃以下后，加入150ml的去离子水搅拌均匀，并用2.0wt％的氢氧化钠溶液调节ph至7.5
±
0.5，获得酰胺基聚羧酸减水基材；
37.s2、微粒预制：将100g的膨润土、16g的氯化铝、100ml的去离子水混合并分散均匀，以60rpm搅拌3h后，抽滤、干燥、破碎、过筛，获得60～80目的羟基化膨润土微粒，将500g的酰胺基聚羧酸减水基材、600g的羟基化膨润土微粒、1000ml的无水乙醇混合均匀，投至球磨机中球磨处理1h，烘干获得减水剂预制微粒；
38.s3、后处理：取100g的活性炭粉于反应瓶中，升温至130℃后，投加0.5ml的浓硫酸磺化2h，随后加入过量的去离子水终止反应，抽离、洗涤至滤液为中性、干燥、研磨、过筛，获得100～150目的磺化活性炭粉，将500g的减水剂预制微粒、65g的磺化活性炭粉、400ml的无水乙醇混合均匀，投至球磨机中球磨处理30min，烘干获得高相容性减水剂成品。
39.实施例2
40.一种高相容性减水剂，其制备方法如下：
41.s1、基材预制：取500g分子量为2500的聚醚胺和150g分子量为5000的聚丙烯酸至反应瓶中，在氮气保护下升温至180℃，聚合反应45min，待冷却至50℃以下后，加入150ml的去离子水搅拌均匀，并用2.0wt％的氢氧化钠溶液调节ph至7.5
±
0.5，获得酰胺基聚羧酸减水基材；
42.s2、微粒预制：将100g的膨润土、10g的氯化铝、100ml的去离子水混合并分散均匀，以60rpm搅拌3h后，抽滤、干燥、破碎、过筛，获得60～80目的羟基化膨润土微粒，将500g的酰
胺基聚羧酸减水基材、600g的羟基化膨润土微粒、1000ml的无水乙醇混合均匀，投至球磨机中球磨处理1h，烘干获得减水剂预制微粒；
43.s3、后处理：取100g的活性炭粉于反应瓶中，升温至130℃后，投加0.5ml的浓硫酸磺化2h，随后加入过量的去离子水终止反应，抽离、洗涤至滤液为中性、干燥、研磨、过筛，获得100～150目的磺化活性炭粉，将500g的减水剂预制微粒、50g的磺化活性炭粉、400ml的无水乙醇混合均匀，投至球磨机中球磨处理30min，烘干获得高相容性减水剂成品。
44.实施例3
45.s1、基材预制：取500g分子量为2500的聚醚胺和150g分子量为5000的聚丙烯酸至反应瓶中，在氮气保护下升温至180℃，聚合反应45min，待冷却至50℃以下后，加入150ml的去离子水搅拌均匀，并用2.0wt％的氢氧化钠溶液调节ph至7.5
±
0.5，获得酰胺基聚羧酸减水基材；
46.s2、微粒预制：将100g的膨润土、10g的氯化铝、100ml的去离子水混合并分散均匀，以60rpm搅拌3h后，抽滤、干燥、破碎、过筛，获得60～80目的羟基化膨润土微粒，将550g的酰胺基聚羧酸减水基材、800g的羟基化膨润土微粒、1000ml的无水乙醇混合均匀，投至球磨机中球磨处理1h，烘干获得减水剂预制微粒；
47.s3、后处理：取100g的活性炭粉于反应瓶中，升温至130℃后，投加0.5ml的浓硫酸磺化2h，随后加入过量的去离子水终止反应，抽离、洗涤至滤液为中性、干燥、研磨、过筛，获得100～150目的磺化活性炭粉，将500g的减水剂预制微粒、75g的磺化活性炭粉、400ml的无水乙醇混合均匀，投至球磨机中球磨处理45min，烘干获得高相容性减水剂成品。
48.实施例4
49.一种高相容性减水剂，其制备方法如下：
50.s1、基材预制：取500g分子量为2500的聚醚胺和150g分子量为5000的聚丙烯酸至反应瓶中，在氮气保护下升温至180℃，聚合反应45min，待冷却至50℃以下后，加入150ml的去离子水搅拌均匀，并用2.0wt％的氢氧化钠溶液调节ph至7.5
±
0.5，获得酰胺基聚羧酸减水基材；
51.s2、微粒预制：将100g的膨润土、10g的氯化铝、100ml的去离子水混合并分散均匀，以60rpm搅拌3h后，抽滤、干燥、破碎、过筛，获得60～80目的羟基化膨润土微粒，将500g的酰胺基聚羧酸减水基材、600g的羟基化膨润土微粒、1000ml的无水乙醇混合均匀，投至球磨机中球磨处理2h，烘干获得减水剂预制微粒；
52.s3、后处理：取500g的减水剂预制微粒、65g的活性炭粉、400ml的无水乙醇混合均匀，投至球磨机中球磨处理30min，烘干获得高相容性减水剂成品。
53.对比例1
54.一种减水剂，其与实施例1的区别仅在于，在s2中，对比例1的羟基化膨润土替换成等质量、等粒径的膨润土。
55.对比例2
56.一种减水剂，其与实施例1的区别仅在于，在s2中，对比例2的羟基化膨润土替换成等质量的羟基化沸石，羟基化沸石通过将沸石粉浸泡在7wt％硝酸溶液120min沥干后，再浸泡于10wt％的硝酸钾溶液120min，并通过抽滤、干燥、破碎、过筛60～80目后获得。
57.对比例3
58.一种减水剂，其与实施例1的区别仅在于，在s3中，对比例3的磺化活性碳粉替换成等质量、等粒径的硅藻土。
59.对比例4
60.一种减水剂，其与实施例1的区别仅在于，在s2中，对比例4的羟基化膨润土替换成等质量的羟基化沸石，并且在s3中，对比例4的磺化活性碳粉替换成等质量、等粒径的硅藻土。
61.实施应用例1
62.一种石膏砂浆，其包括以下原料拌制而成：
63.磷石膏30kg、水泥6kg、石英粉8kg、微硅粉5kg、乳胶粉1kg份、水15kg、实施例1的减水剂100g。
64.实施应用例2
65.一种石膏砂浆，其包括以下原料拌制而成：
66.磷石膏30kg、水泥6kg、石英粉8kg、微硅粉5kg、乳胶粉1kg份、水15kg、实施例2的减水剂100g。
67.实施应用例3
68.一种石膏砂浆，其包括以下原料拌制而成：
69.磷石膏30kg、水泥6kg、石英粉8kg、微硅粉5kg、乳胶粉1kg份、水15kg、实施例3的减水剂100g。
70.实施应用例4
71.一种石膏砂浆，其包括以下原料拌制而成：
72.磷石膏30kg、水泥6kg、石英粉8kg、微硅粉5kg、乳胶粉1kg份、水15kg、实施例4的减水剂100g。
73.对比应用例1
74.一种石膏砂浆，其与实施应用例1的区别仅在于，减水剂替换成等质量的对比例1的减水剂。
75.对比应用例2
76.一种石膏砂浆，其与实施应用例1的区别仅在于，减水剂替换成等质量的对比例2的减水剂。
77.对比应用例3
78.一种石膏砂浆，其与实施应用例1的区别仅在于，减水剂替换成等质量的对比例3的减水剂。
79.对比应用例4
80.一种石膏砂浆，其与实施应用例1的区别仅在于，减水剂替换成等质量的对比例4的减水剂。
81.对比应用例5
82.一种石膏砂浆，其与实施应用例1的区别仅在于，对比应用例1的石膏砂浆中不投加减水剂，水的用量改为16.8kg。
83.性能检测试验
84.根据jc/t 1023-2007《石膏基自流平砂浆》标准，对实施应用例1-4以及对比应用
例1-5制得的石膏砂浆做以下性能检测项目，检测结果见下表：
[0085][0086]
从实施应用例1-4的经时损失上看，采用本技术技术方案制成的减水剂掺加于石膏砂浆中，30min的经时损失＜1.5mm，且初凝时间均在2h以上，说明掺加有本技术技术方案减水剂的石膏砂浆既具有良好的流动性，而且减水效果持续，经时损失度低，使得石膏砂浆的施工性良好，且水化过程稳定且充分，24h抗压强度＞8mpa，证明本技术技术方案的减水剂受到石膏的影响较低，具有高相容性。对比应用例5与对比应用例1相比，说明每6kg水泥掺加100g的减水剂，能够实现相近的和易性上减少约为12％的用水量，并且能够较好地提高石膏砂浆的抗压强度。
[0087]
从对比应用例1-4的检测结果上看，说明本技术的减水剂特殊采用羟基化膨润土作为减水剂基材的吸附核芯，同时配合外层的磺化活性炭包覆，具有更好的平衡减水剂与石膏各自发挥其增强流动性以及缓凝效果作用，这是由于羟基化膨润土对于酰胺基聚羧酸减水基材有良好的吸附效果，且膨润土具有一定的吸水膨胀性，使得减水剂基材的梳型分子链能够在石膏砂浆拌制初期从包覆外层伸出，克服了磺化活性炭在初期吸附石膏的可溶性磷杂质形成沉淀对减水剂的释放影响，由此使得本技术的减水剂在掺加于石膏砂浆中呈现出优异的高相容性。
[0088]
本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：

1.一种高相容性减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、基材预制：取聚醚胺和聚丙烯酸混合，在160～200℃下聚合反应45min，待冷却后加入去离子水搅拌均匀，调节ph至中性，获得酰胺基聚羧酸减水基材，所述聚醚胺、聚丙烯酸与去离子水的投加比为10g:3～5g:3～5ml；s2、微粒预制：将酰胺基聚羧酸减水基材、羟基化膨润土微粒、无水乙醇按照3.5～5.5g:6～8g:10～12ml的投机比混合均匀，投至球磨机中球磨处理1～2h，烘干获得减水剂预制微粒；s3、后处理：将减水剂预制微粒与活性炭粉、无水乙醇按照10g:1～1.5g:7～9ml的投加比混合均匀，投至球磨机中球磨处理30～60min，烘干获得高相容性减水剂。2.根据权利要求1所述的一种高相容性减水剂的制备方法，其特征在于，所述减水剂预制微粒、活性炭粉、无水乙醇的投加比例为10g: 1.3g:8ml。3.根据权利要求1或2所述的一种高相容性减水剂的制备方法，其特征在于，所述s3中的活性炭粉为磺化活性炭粉。4.根据权利要求3所述的一种高相容性减水剂的制备方法，其特征在于，所述磺化活性炭粉的制备方法如下：取活性炭粉与浓硫酸按照200g:1ml的比例混合，于125～135℃下磺化反应2～2.5h，随后加入过量的去离子水终止反应，抽离、洗涤至滤液为中性、干燥、研磨、过筛，获得磺化活性炭粉。5.根据权利要求4所述的一种高相容性减水剂的制备方法，其特征在于，所述磺化活性炭粉的研磨后粒径为100～150目。6.根据权利要求1所述的一种高相容性减水剂的制备方法，其特征在于，所述羟基化膨润土微粒的制备方法如下：将膨润土、氯化铝、去离子水按照10g:1.3～1.8g:10ml的投加比混合并搅拌3～4h后，抽滤、干燥、破碎、过筛，获得羟基化膨润土微粒。7.根据权利要求6所述的一种高相容性减水剂的制备方法，其特征在于，所述羟基化膨润土微粒的破碎过筛粒径为60～80目。8.一种高相容性减水剂，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的一种高相容性减水剂的制备方法制备而成。9.一种高相容性减水剂的应用，其特征在于，掺加于石膏砂浆中。10.根据权利要求9所述的一种高相容性减水剂的应用，其特征在于，所述石膏砂浆包括以下重量份的原料：磷石膏280～300份、水泥60份、石英粉80～100份、微硅粉40～50份、乳胶粉8～10份、水150份、减水剂1份。

技术总结

本申请涉及一种高相容性减水剂及其制备方法和应用，属于减水剂领域。其制备方法包括以下步骤：S1、基材预制：取聚醚胺和聚丙烯酸混合聚合反应，待冷却后加入去离子水搅拌均匀，获得酰胺基聚羧酸减水基材；S2、微粒预制：将酰胺基聚羧酸减水基材、羟基化膨润土微粒、无水乙醇混合均匀，投至球磨机中球磨处理，烘干获得减水剂预制微粒；S3、后处理：将减水剂预制微粒与活性炭粉、无水乙醇混合均匀，投至球磨机中球磨处理，烘干获得高相容性减水剂。本申请的减水剂具有高相容性特点，特别是应用于石膏砂浆的掺和时，减水效果受到石膏的影响程度较低，掺加有本申请减水剂的石膏砂浆具有较低的经时损失以及良好的施工和易性。经时损失以及良好的施工和易性。