一种阻泥剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种阻泥剂及其制备方法。
背景技术
水泥浆，砂浆和混凝土材料是用量最大的一种现代建筑材料，为国家经济建设中的城市建设，基础设施建设，工业民用建筑，水利工程，军事工程，运输工程等各类工程中大量广泛使用。混凝土材料的特性之一是抗压强度，耐久型和新拌混凝土的工作性等作为主要设计指标。根据混凝土强度规律，决定水泥基建筑材料的抗压强度的决定因素是水灰比，高强水泥基材料需要的水灰比越小，即单位体积用水量越低，材料强度越高。为了保持新拌水泥基材料的可施工性和工作性能，必须有一定的水才能满足材料的强度和施工性的要求。
为了进一步降低水灰比，人们发明了木质素磺酸盐类减水剂，萘系磺酸盐甲醛缩合物，三聚氰胺磺化甲醛缩聚物，丙酮磺化甲醛缩合物和聚羧酸高效减水剂，将这类材料加入到混凝土中可以显著降低水泥基复合材料的水灰比(w/c)，这类具有表面活性的高分子分散剂，解决了强度和施工性的基本要求，满足了现代水泥基以混凝土为代表的材料的现代化施工的需要。由于天然的砂石越来越少，人们采用机制砂石，高含泥量砂石来取代高质量的天然砂石。当砂石含泥量大于2％，所配置的混凝土需要更多的水，较多的水可以降低混凝土的耐久性和强度。当混凝土中使用最新一代聚羧酸减水剂时，高含泥量可以显著降低减水剂的减水效果，使新拌混凝土的流动性如坍落度，扩展度显著下降。
针对上述技术问题，本发明提供了一种阻泥剂，具有优异的抗泥、耐泥性能，能够显著改善高含泥的砂石导致混凝土轻度、流动性和坍落度降低的问题，且适用范围广，对各种泥均具有优异的吸附降黏的效果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种阻泥剂，所述阻泥剂的制备原料，按重量份计，包括以下组分：抗泥剂水溶液40-70份、缓凝剂15-30份、多羟基化合物30-45份、引气剂2-10份。
作为本发明一种优选的技术方案，所述抗泥剂水溶液的制备原料，按重量百分比计，包括以下组分：阳离子单体30-45％、丙烯酸酯5-15％、不饱和磺酸盐类化合物1-6％、链转移剂0.1-2％、不饱和酯类化合物5-10％、引发剂5-10％、水补足100％。
作为本发明一种优选的技术方案，所述阳离子单体选自丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述丙烯酸酯选自丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯和甲基丙烯酸丁酯中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述不饱和磺酸盐类化合物选自甲基丙烯磺酸钠、丙烯基磺酸钠中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述不饱和酯类化合物选自乙酸乙烯酯、乙酸丙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯和丙酸丙烯酯中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过氧化氢、甲醛合次硫酸氢钠和抗坏血酸中至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述抗泥剂水溶液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阳离子单体、丙烯酸酯、不饱和磺酸盐类化合物、链转移剂、不饱和酯类化合物和水混合，边搅拌边加热至50-60℃，并继续搅拌；
(2)向步骤(1)中滴加引发剂，滴加时间不低于150min；滴加完成后，加热至60-70℃，继续搅拌60-120min；然后调整固含量为35-50wt％，降温至40℃以下，即得。
作为本发明一种优选的技术方案，所述多羟基化合物选自纤维素、淀粉和糊精中的至少一种。
本发明的第二个方面提供了所述阻泥剂的制备方法，包括以下步骤：将抗泥剂水溶液、缓凝剂、多羟基化合物和引气剂混合搅拌均匀，即得。
有益效果
本发明提供了一种阻泥剂，具有较好的抗泥、耐泥作用，既可以单独添加使用，也可以与减水剂、保水剂等混凝土外加剂混合使用，并与其他混凝土外加剂产生协同增效的作用，提高减水剂等的抗泥或耐泥性能。本发明提供的阻泥剂具有极强的分散性和选择性吸附能力，对不同类型泥土都具有较好的抗泥效果。除了对层状粘土(如高岭土、膨润土、伊利石和云母等)具有很强的吸附和分散的双重效果之外，对于机制砂中的非层状粘土(如方解石、长石、白云石等)也有很好的效果，而且该抗泥剂对不同的水泥、砂子、粉煤灰和矿粉等原材料有较好的适应性，应用面广。
具体实施方式
参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。
说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种阻泥剂，所述阻泥剂的制备原料，按重量份计，包括以下组分：抗泥剂水溶液40-70份、缓凝剂15-30份、多羟基化合物30-45份、引气剂2-10份。
在一种优选的实施方式中，所述阻泥剂的制备原料，按重量份计，包括以下组分：抗泥剂水溶液60份、缓凝剂20份、多羟基化合物40份、引气剂5份。
抗泥剂水溶液
本发明中，所述抗泥剂水溶液的制备原料，按重量百分比计，包括以下组分：阳离子单体30-45％、丙烯酸酯5-15％、不饱和磺酸盐类化合物1-6％、链转移剂0.1-2％、不饱和酯类化合物5-10％、引发剂5-10％、水补足100％。
在一种优选的实施方式中，所述抗泥剂水溶液的制备原料，按重量百分比计，包括以下组分：阳离子单体35％、丙烯酸酯10％、不饱和磺酸盐类化合物4％、链转移剂1.5％、不饱和酯类化合物8％、引发剂7％、水补足100％。
阳离子单体
本发明中，所述阳离子单体选自丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵的组合。
在一种更优选的实施方式中，所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵的重量比为1：(0.5-1.5)。
在一种更优选的实施方式中，所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵的重量比为1：1。
丙烯酸酯
本发明中，所述丙烯酸酯选自丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯和甲基丙烯酸丁酯中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述丙烯酸酯为丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯的组合。
在一种优选的实施方式中，所述丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯的重量比为1：(0.5-1)：(0.1-0.5)。
在一种更优选的实施方式中，所述丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯的重量比为1：0.7：0.2。
不饱和磺酸盐类化合物
本发明中，所述不饱和磺酸盐类化合物选自甲基丙烯磺酸钠、丙烯基磺酸钠中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述不饱和磺酸盐类化合物为丙烯基磺酸钠。
链转移剂
本发明中，所述链转移剂至少包括一个巯基或羟基。
所述链转移剂，没有特别的限制，可提及为巯基乙酸、巯基丙酸、醇类化合物等。
不饱和酯类化合物
本发明中，所述不饱和酯类化合物选自乙酸乙烯酯、乙酸丙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯和丙酸丙烯酯中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述不饱和酯类化合物为乙酸乙烯酯和乙酸丙烯酯的组合。
在一种更优选的实施方式中，所述乙酸乙烯酯和乙酸丙烯酯的重量比为1：(0.1-1)。
在一种更优选的实施方式中，所述乙酸乙烯酯和乙酸丙烯酯的重量比为1：0.3。
引发剂
本发明中，所述引发剂，没有特别的限制。
在一种优选的实施方式中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过氧化氢、甲醛合次硫酸氢钠和抗坏血酸中至少一种。
在一种更优选的实施方式中，所述引发剂为过硫酸钠。
水
本发明中，所述水，没有特别的限制，可提及去离子水、蒸馏水等。
本发明中，所述抗泥剂水溶液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阳离子单体、丙烯酸酯、不饱和磺酸盐类化合物、链转移剂、不饱和酯类化合物和水混合，边搅拌边加热至50-60℃，并继续搅拌；
(2)向步骤(1)中滴加引发剂，滴加时间不低于150min；滴加完成后，加热至60-70℃，继续搅拌60-120min；然后调整固含量为35-50wt％，降温至40℃以下，即得。
在一种优选的实施方式中，所述抗泥剂水溶液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阳离子单体、丙烯酸酯、不饱和磺酸盐类化合物、链转移剂、不饱和酯类化合物和水混合，边搅拌边加热至55℃，并继续搅拌；
(2)向步骤(1)中滴加引发剂的水溶液，滴加时间不低于150min；滴加完成后，加热至65℃，继续搅拌120min；然后调整固含量为40wt％，降温至40℃以下，即得。
缓凝剂
本发明中，所述缓凝剂选自糖钙、葡萄糖酸盐、柠檬酸及其盐、酒石酸及其盐、锌盐、磷酸盐和木质磺酸盐种的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠。
多羟基化合物
本发明中，所述多羟基化合物选自纤维素、淀粉和糊精中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述多羟基化合物为糊精。
在一种更优选的实施方式中，所述多羟基化合物为麦芽糊精。
在一种优选的实施方式中，所述麦芽糊精的DE值为10-15。
本发明中，所述麦芽糊精的来源，没有特别的限制，可购买于诸城东晓生物科技有限公司。
引气剂
本发明中，所述引气剂选自松香树脂类、烷基苯磺酸盐类和脂肪醇磺酸盐类中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述引气剂为烷基苯磺酸盐。
在一种优选的实施方式中，所述引气剂为十二烷基苯磺酸钠。
本发明中，所述阻泥剂的制备原料，包括但不限于上述组分，还可以包括铵明矾、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、聚磷酸钠等。
本发明的第二个方面提供了所述阻泥剂的制备方法，包括以下步骤：将抗泥剂水溶液、缓凝剂、多羟基化合物和引气剂混合搅拌均匀，即得。
本发明提供了一种阻泥剂，采用自制的抗泥剂水溶液，通过向阻泥剂分子结构中引入酯类单体、阳离子单体和磺酸盐，使分子在吸附于泥颗粒表面后，降低泥颗粒的吸水率，从而使得混凝土需水量降低；同时该阻泥剂分子具有支链结构，该支链能够有效降低泥颗粒彼此靠近聚沉凝胶的可能，从而使得含泥混凝土体系有很好的流动性，对普通砂石料，特别对高含泥砂石料具有较好的效果；同时还可以和其他混凝土外加剂复配使用，产生协同增效的效果。另外，复配一定量的麦芽糊精，降低了阻泥剂的成本且无污染，麦芽糊精的分子为“树枝状”结构，分散能力更强，更持久，既克服了常规聚羧酸减水剂减水率不高，保坍性能较差以及抗泥性较差的缺点，又解决了传统自由基聚合制备的多支化聚羧酸减水剂分子结构不明确的问题，从而进一步降低混凝土的需水量。本发明提供的阻泥剂具有极强的分散性和选择性吸附能力，对不同类型泥土都具有较好的抗泥效果。除了对层状粘土(如高岭土、膨润土、伊利石和云母等)具有很强的吸附和分散的双重效果之外，对于机制砂中的非层状粘土(如方解石、长石、白云石等)也有很好的效果。而且该抗泥剂对不同的水泥、砂子、粉煤灰和矿粉等原材料有较好的适应性，应用面广。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
实施例
实施例1
实施例1提供了一种阻泥剂，所述阻泥剂的制备原料，按重量份计，包括以下组分：抗泥剂水溶液60份、缓凝剂20份、多羟基化合物40份、引气剂5份。
所述抗泥剂水溶液的制备原料，按重量百分比计，包括以下组分：阳离子单体35％、丙烯酸酯10％、不饱和磺酸盐类化合物4％、链转移剂1.5％、不饱和酯类化合物8％、引发剂7％、水补足100％；所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵的组合，重量比为1：1；所述丙烯酸酯为丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯的组合，重量比为1：0.7：0.2；所述不饱和磺酸盐类化合物为丙烯基磺酸钠；所述链转移剂为巯基丙酸；所述不饱和酯类化合物为乙酸乙烯酯和乙酸丙烯酯的组合，重量比为1：0.3；所述引发剂为过硫酸钠；所述水为去离子水；所述抗泥剂水溶液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阳离子单体、丙烯酸酯、不饱和磺酸盐类化合物、链转移剂、不饱和酯类化合物和水混合，边搅拌边加热至55℃，并继续搅拌；
(2)向步骤(1)中滴加引发剂的水溶液，滴加时间不低于150min；滴加完成后，加热至65℃，继续搅拌120min；然后调整固含量为40wt％，降温至40℃以下，即得。
所述缓凝剂为葡萄糖酸钠；所述多羟基化合物为麦芽糊精，购买于诸城东晓生物科技有限公司；所述引气剂为十二烷基苯磺酸钠。
所述阻泥剂的制备方法，包括以下步骤：将抗泥剂水溶液、缓凝剂、多羟基化合物和引气剂混合搅拌均匀，即得。
实施例2
实施例2提供了一种阻泥剂，所述阻泥剂的制备原料，按重量份计，包括以下组分：抗泥剂水溶液40份、缓凝剂15份、多羟基化合物30份、引气剂2份。
所述抗泥剂水溶液的制备原料，按重量百分比计，包括以下组分：阳离子单体30％、丙烯酸酯15％、不饱和磺酸盐类化合物1％、链转移剂0.1％、不饱和酯类化合物5％、引发剂5％、水补足100％；所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵的组合，重量比为1：0.5；所述丙烯酸酯为丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯的组合，重量比为1：0.5：0.1；所述不饱和磺酸盐类化合物为丙烯基磺酸钠；所述链转移剂为巯基丙酸；所述不饱和酯类化合物为乙酸乙烯酯和乙酸丙烯酯的组合，重量比为1：0.1；所述引发剂为过硫酸钠；所述水为去离子水；所述抗泥剂水溶液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阳离子单体、丙烯酸酯、不饱和磺酸盐类化合物、链转移剂、不饱和酯类化合物和水混合，边搅拌边加热至55℃，并继续搅拌；
(2)向步骤(1)中滴加引发剂的水溶液，滴加时间不低于150min；滴加完成后，加热至65℃，继续搅拌120min；然后调整固含量为40wt％，降温至40℃以下，即得。
所述缓凝剂为葡萄糖酸钠；所述多羟基化合物为麦芽糊精，购买于诸城东晓生物科技有限公司；所述引气剂为十二烷基苯磺酸钠。
所述阻泥剂的制备方法，包括以下步骤：将抗泥剂水溶液、缓凝剂、多羟基化合物和引气剂混合搅拌均匀，即得。
实施例3
实施例3提供了一种阻泥剂，所述阻泥剂的制备原料，按重量份计，包括以下组分：抗泥剂水溶液70份、缓凝剂30份、多羟基化合物45份、引气剂10份。
所述抗泥剂水溶液的制备原料，按重量百分比计，包括以下组分：阳离子单体45％、丙烯酸酯5％、不饱和磺酸盐类化合物6％、链转移剂2％、不饱和酯类化合物10％、引发剂10％、水补足100％；所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵的组合，重量比为1：1.5；所述丙烯酸酯为丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯的组合，重量比为1：1：0.5；所述不饱和磺酸盐类化合物为丙烯基磺酸钠；所述链转移剂为巯基丙酸；所述不饱和酯类化合物为乙酸乙烯酯和乙酸丙烯酯的组合，重量比为1：1；所述引发剂为过硫酸钠；所述水为去离子水；所述抗泥剂水溶液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阳离子单体、丙烯酸酯、不饱和磺酸盐类化合物、链转移剂、不饱和酯类化合物和水混合，边搅拌边加热至55℃，并继续搅拌；
(2)向步骤(1)中滴加引发剂的水溶液，滴加时间不低于150min；滴加完成后，加热至65℃，继续搅拌120min；然后调整固含量为40wt％，降温至40℃以下，即得。
所述缓凝剂为葡萄糖酸钠；所述多羟基化合物为麦芽糊精，购买于诸城东晓生物科技有限公司；所述引气剂为十二烷基苯磺酸钠。
所述阻泥剂的制备方法，包括以下步骤：将抗泥剂水溶液、缓凝剂、多羟基化合物和引气剂混合搅拌均匀，即得。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，所述抗泥剂水溶液被替换成焦亚硫酸钠。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，不包括多羟基化合物。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，所述抗泥剂水溶液的制备原料不包括阳离子单体。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在于，所述抗泥剂水溶液的制备原料不包括丙烯酸酯。
性能测试
混凝土坍落度和扩张度均按照国标GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试，混凝土配合比如表1所示，抗泥剂性能测试如表2所示：
表1.混凝土配合比
注：河砂含泥量6％，外加剂采用聚羧酸减水剂；
表2.混凝土性能测试结果
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。
