一种水下混凝土抗分散剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种水下混凝土抗分散剂及其制备方法。
背景技术
水下混凝土在浇注作业过程中，受水体稀释、流水冲刷等因素影响，混凝土实体质量难以满足工程要求，需要额外采取围堰排水、沉管和导管施工等非常规手段，既增加了施工难度，又延缓了工程进度。水下混凝土抗分散剂是混凝土水下浇筑工程专用外加剂，能实现混凝土水下自密实，并具有良好的水下抗分散性，抑制水下作业时的水泥、骨料分离现象，不影响施工水质，既能极大简化施工工艺，减少施工成本，降低施工风险，又能保证工程质量。
当前，市场上水下混凝土抗分散剂种类较多，其主要的技术路线无外乎两种。一是通过添加硅灰、纤维素等增黏性物质，增加混凝土的粘聚性，抵抗水体的冲刷和稀释，达到满足水下混凝土的抗分散性；二是新拌混凝土在满足工作性前提下，通过添加化学物质增加混凝土内聚力的同时，实现混凝土外表面整体疏水，以杜绝水体的浸入，抵抗水体的稀释和冲刷，实现水下混凝土的抗分散性。
专利CN108947313A公开了一种抗分散剂，主要由固剂和液剂两组分组成，其中固剂的重量配比为：纤维素醚4％，硅灰93％，高吸水树脂3％；液剂的重量配比为：聚羧酸高效减水剂86％，三丁酯14％；固剂的掺量为水泥用量的9.6％，液剂用量为水泥用量的1.4％。专利CN108503260A公开了一种建筑用水下抗分散混凝土外加剂，重量份的组分为甲基纤维素1-2份、羟丙基甲基淀粉1-2份、沸石粉2-5份、硬脂酸10-15份、萘系高效减水剂10-12份、海泡石纤维1-2份、聚丙烯酰胺3-5份、聚乙烯醇1-3份、铝酸钠3-5份、聚羧酸减水剂20-22份、水63-73份、聚丙烯胺10-12份。混凝土中抗分散剂掺量通常大于5％。CN106977160A公开了一种水下不分散混凝土及其制备方法，所涉及的抗分散剂包括絮凝剂、硅灰以及增粘辅剂，其中絮凝剂2-5份，硅灰10-15份，增粘辅剂2-5份。混凝土中抗分散剂掺量通常大于5％。
包括上述专利所涉产品以及市面上其它的诸多水下混凝土抗分散剂产品，实际使用过程中，普通存在水/陆抗压强度比低、悬浊物质含量高、混凝土中抗分散剂掺加量大等缺点，同时现有抗分散剂制备工艺大都以增粘剂和减水剂复配为主，产品性能不稳定。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种水下混凝土抗分散剂及其制备方法。
本发明的目的之一在于提供一种水下混凝土抗分散剂，所述水下混凝土抗分散剂以有机单体和无机溶胶为原料经化学合成反应制备而成，所述有机单体选自丙烯酰胺、丙烯酸钠、N-羟甲基丙烯酰胺、乙烯亚胺、丙烯酸和甲基丙烯酸中的一种或多种，所述无机溶胶选自硅的氧化物胶体、铝的氧化物胶体、铁的氧化物胶体、铝的氢氧化物胶体、铁的氢氧化物胶体、镁的氢氧化物胶体和铝的硅酸盐胶体中的一种或多种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述有机单体为丙烯酸和N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺和乙烯亚胺，或丙烯酰胺。
根据本发明的一些优选实施方式，所述无机溶胶为氧化铁溶胶、氢氧化铝溶胶、铝硅酸溶胶或氢氧化镁溶胶。
根据本发明的一些优选实施方式，所述原料按重量份数计包括：有机单体60～200份，无机胶体10～30份，尿素0～1份，引发剂A0～0.5份和引发剂B%200～0.2份，优选的，有机单体100～180份，无机胶体12～22份，尿素0.01～0.5份，引发剂A0～0.5份和引发剂B%200.01～0.5份。
根据本发明的一些优选实施方式，所述引发剂A选自双氧水、过硫酸铵和过硫酸钾中的一种或多种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述引发剂B为亚硫酸氢钠、次磷酸钠和次磷酸二氢钠中的一种或多种。
本发明的另一目的在于提供一种所述抗分散剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)，在惰性气氛下，将所述有机单体溶解至所述无机溶胶中，加入尿素，搅拌，得预混溶胶；
步骤2)，将引发剂A和引发剂B的混合溶液滴加至步骤上述溶胶中，以引发有机单体的聚合，得反应溶液；
步骤3)，将所述反应溶液密封静停，得到聚合物凝胶；
步骤4)，将所述聚合物凝胶干燥至恒重，研磨成粉末，即得。
根据本发明的一些优选实施方式，步骤1)中，所述惰性气氛选自氩气气氛、氮气气氛和氦气气氛中的一种或多种；在50～90℃下加入尿素；搅拌时间为20～40min。
根据本发明的一些优选实施方式，步骤2)中，反应时间为2～7h；和/或，步骤3)中，密封静停的时间为4h以上，优选为4～5h。
根据本发明的一些优选实施方式，步骤4)中，干燥的温度为40～60℃。
本发明的有益效果至少在于：新型抗分散剂掺加量不到胶凝材料总量的0.5％，掺加量远低于现有抗分散剂(通常在8％以上)。水体/空气中成型混凝土试件抗压强度比＞85％；悬浊物含量＜100mg/L，指标大幅高于相关标准规定值。采用特定配方及工艺条件的抗分散剂具有很好的综合性能；同时因掺量远低于现有产品，本发明产品的应用可实现降低水下混凝土生产成本，具有很好的社会经济效益。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
本发明中，所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。本发明中所用的原料均可在国内产品市场方便买到。
实施例1
一种水下混凝土抗分散剂(代号N1)的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：在氩气气氛下，将100份丙烯酰胺和20份乙烯亚胺有机单体溶解至12份氧化铁溶胶中，使有机无机反应体系保持70℃的恒定温度，加入0.02份尿素搅拌混合30min。
步骤2：将0.02份过硫酸铵和0.01份次磷酸钠混合溶液缓慢滴加至上述溶胶中，以引发有机单体的聚合，反应4小时。
步骤3：将反应溶液密封静停5小时，得到聚合物凝胶。
步骤4：将凝胶置于45℃的真空干燥箱中干燥至恒重，研磨成粉末，得到水下混凝土抗分散剂N1。
实施例2
一种水下混凝土抗分散剂(代号N2)的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：在氮气气氛下，将160份丙烯酰胺和10份乙烯亚胺有机单体溶解至15份氢氧化铝溶胶中，使有机无机反应体系保持60℃的恒定温度，加入0.015份尿素搅拌混合35min。
步骤2：将0.02份过硫酸铵和0.01份亚硫酸氢钠混合溶液缓慢滴加至上述溶胶中，以引发有机单体的聚合，反应5小时。
步骤3：将反应溶液密封静停4.5小时，得到聚合物凝胶。
步骤4：将凝胶置于55℃的真空干燥箱中干燥至恒重，研磨成粉末，得到水下混凝土抗分散剂N2。
实施例3
一种水下混凝土抗分散剂(代号N3)的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：在氮气气氛下，将100份丙烯酸和60份N-羟甲基丙烯酰胺有机单体溶解至20份铝硅酸溶胶中，使有机无机反应体系保持80℃的恒定温度，加入0.02份尿素搅拌混合40min。
步骤2：将0.01份过硫酸铵，0.01份过硫酸钾和0.01份次磷酸钠混合溶液缓慢滴加至上述溶胶中，以引发有机单体的聚合，反应6小时。
步骤3：将反应溶液密封静停5小时，得到聚合物凝胶。
步骤4：将凝胶置于55℃的真空干燥箱中干燥至恒重，研磨成粉末，得到水下混凝土抗分散剂N3。
实施例4
一种水下混凝土抗分散剂(代号N4)的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：在氦气气氛下，将160份丙烯酰胺有机单体溶解至15份氢氧化铝和5份氢氧化镁溶胶中，使有机无机反应体系保持70℃的恒定温度，加入0.03份尿素搅拌混合40min。
步骤2：将0.03份过硫酸铵和0.01份亚硫酸氢钠混合溶液缓慢滴加至上述溶胶中，以引发有机单体的聚合，反应4小时。
步骤3：将反应溶液密封静停5小时，得到聚合物凝胶。
步骤4：将凝胶置于50℃的真空干燥箱中干燥至恒重，研磨成粉末，得到水下混凝土抗分散剂N4。
实验例
为进一步评价实施例所述抗水下混凝土分散剂效果，开展了实施例抗分散剂混凝土与基准混凝土(不掺加抗分散剂)和使用现有抗分散剂(UWB)的对比试验，并进行水下混凝土抗分散剂效果测试与分析：
(1)混凝土配合比
基准混凝土、使用UWB混凝土及实施例混凝土配合比如下表1所示。
表1基准混凝土与实施例混凝土配合比
(2)基准混凝土与本发明实施例的N1-N4抗分散效果按照《水工混凝土外加剂技术规程》(DL/T5100-2014)进行测试。
(3)抗分散效果
抗分散效果测试值如下表2所示：
表2抗分散效果测试结果
从本发明实施例1～4的测试效果来看，7d水陆抗压强度比≥72％，28d水陆抗压强度比≥87％，悬浊物含量≤90mg/L，远高于《水工混凝土外加剂技术规程》(DL/T5100-2014)指标值，本发明产品性能优越，发明人意外发现，采用特定配方及工艺条件的抗分散剂尤其N1和N2，悬浊物含量最低同时具有很高的早期及中后期水陆抗压强度(比)，且新拌混凝土扩展度在适宜范围内，应用于水下混凝土时具有很好的综合性能。同时，抗分散剂的用量小，掺量为0.25％时能达到很好的抗分散，远低于现有同类产品(如UWB 5％)。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
