阅读说明：本技术 一种高铁专用改性混凝土外加剂及其制备方法 (Modified concrete additive special for high-speed rail and preparation method thereof ) 是由 王亚军 卢祎 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：一种高铁专用改性混凝土外加剂及其制备方法,包括高效减水剂60-84份、聚丙烯纤维0.2-0.6份和吸水树脂1-3.5份；高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下,以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成；本发明提供的外加剂包括3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐,是通过将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐的醇羟基与氯磺酸反应,引入亲水性磺酸基,使得共聚单体具有较高密度带有负电荷的磺酸基,与水泥中的正电离子(Ca<Sup>2+</Sup>)之间产生静电斥力,水泥颗粒间和被包裹在空间网状结构中的水分子得以释放出来,从而使减水效果提升。(A modified concrete admixture special for high-speed rail and a preparation method thereof, comprising 60-84 parts of high-efficiency water reducing agent, 0.2-0.6 part of polypropylene fiber and 1-3.5 parts of water-absorbing resin; the high-efficiency water reducing agent is prepared by taking acrylic acid, unsaturated polyoxyethylene ether and 3-allyloxy-2-hydrogen propyl sulfonate-1-propanesulfonic acid sodium salt as raw materials under the condition of existence of an initiator, a chain transfer agent and a reducing agentCopolymerization of comonomers; the additive provided by the invention comprises 3-allyloxy-2-hydrogen propyl sulfonate-1-propanesulfonic acid sodium salt, and hydrophilic sulfonic acid groups are introduced by reacting alcoholic hydroxyl groups of the 3-allyloxy-2-hydroxy-1-propanesulfonic acid sodium salt with chlorosulfonic acid, so that a comonomer has a higher density of sulfonic groups with negative charges and positive ions (Ca) in cement 2+ ) Electrostatic repulsion is generated between the cement particles, and water molecules among the cement particles and wrapped in the space net structure are released, so that the water reducing effect is improved.)

一种高铁专用改性混凝土外加剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土外加剂领域，具体涉及一种高铁专用改性混凝土外加剂及其制备方法。

背景技术

在我国现有高铁施工中，混凝土施工占有很大比例，随着高速铁路事业的迅速发展和对高速铁路高标准要求，高速铁路用的高性能混凝土的需求也越来越大；混凝土是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料；与水(可含外加剂或掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土；

由于混凝土在水泥的硬化过程中由于毛细管负压、失去毛细孔和凝胶孔的吸附水、相对湿度降低或与空气中的CO₂反应，伴随有体积的收缩并最终导致混凝土的塑性收缩、干燥收缩、自收缩和碳化收缩等，进而导致混凝土耐久性下降；所以混凝土质量的好坏对构造物质量的好坏有很大的影响，尤其是以安全作为首要指标的高速铁路建设中，更是至关重要的，高性能混凝土应运而生；高性能混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性和高强低收缩为设计指标的；其中，混凝土中所添加的外加剂是赋予其高性能的重要成分，在各种混凝土外加剂中，有代表性的对水硬性混合物具有流化作用的高效减水剂、加速混凝土早期强度发展的早强剂等，尽管它们具有较好的作用，但是这些单独的外加剂各有优缺点，均不能集中解决高性能混凝土所要求的高的抗压强度，同时还要控制混凝土的收缩率的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种高铁专用改性混凝土外加剂，包括高效减水剂60-84份、聚丙烯纤维0.2-0.6份和吸水树脂1-3.5份；

所述的高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下，以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成；其中，丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐、引发剂、链转移剂和还原剂的质量组分比为1：(0.2-0.35)：(0.12-0.2)：(0.003-0.03)：(0.006-0.01)：(0.001-0.01)；具体的反应过程如下：

优选地，所述的高效减水剂的制备方法包括如下步骤：

(1)3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐的制备：1)冰水浴条件下，将氯磺酸按照一定比例滴加入无水吡啶中，得到酯化试剂；2)将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐加入酯化试剂中，0-6℃下反应1-3h，旋蒸浓缩去除吡啶，得到所述3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐；具体反应过程如下：

(2)按质量比取料，将引发剂、链转移剂和还原剂溶解于水中，作为第一滴加液；将丙烯酸溶解于水中，配成质量浓度为55-65％的第二滴加液；

(3)按照质量比将不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐和去离子水加入反应釜中，配置成质量浓度为3-6.8％的混合溶液，搅拌并升温至50-65℃，待物料溶解后，将第一滴加液和第二滴加液同时滴加入反应釜中，滴加完毕后在80-100℃下反应3-5h；

(4)反应完毕后，调节物料pH为7-9，即得到所述的高效减水剂。

优选地，所述的聚丙烯纤维的纤维直径为15-30μm，长度为10-20mm。

优选地，所述的吸水树脂为聚丙烯酸树脂或丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。

优选地，所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾中的至少一种。

优选地，所述的链转移剂为十二烷基硫醇或巯基乙酸中的至少一种。

优选地，所述的还原剂为维生素C或维生素E中的至少一种。

一种高铁专用改性混凝土外加剂的制备方法，按以下步骤进行：

(1)将吸水树脂进行研磨，控制其粒径为50-400nm；

(2)按照各原料份数分别称取高效减水剂、聚丙烯纤维和吸水树脂混合，得到所述高铁专用改性混凝土外加剂。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供的外加剂中高效减水剂包括3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐，是通过将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐的醇羟基与氯磺酸反应，引入亲水性磺酸基，使得共聚单体具有较高密度带有负电荷的磺酸基，这些带负电荷的基团能够与水泥中的正电离子(Ca²⁺)之间产生静电作用，该作用能够使基团在水泥表面锚固进而形成双电层分布；这样通过所产生的静电斥力，水泥颗粒间和被包裹在空间网状结构中的水分子得以释放出来，从而使减水效果提升，使水灰比降低，从而减小孔隙率、细化孔径、减小硬化体收缩；

(2)本发明通过自由基共聚反应合成高效减水剂，工艺简单且绿色环保，并引入聚丙烯纤维，提高了混凝土的抗压强度，而且对混凝土的收缩控制起到至关重要的作用；加入了吸水树脂，可以可以在相当长时间内使混凝土内部的未反应的水充分存在于毛细孔中，避免了毛细压力的产生，从而减小混凝土收缩开裂。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种高铁专用改性混凝土外加剂，包括高效减水剂80份、聚丙烯纤维0.4份和聚丙烯酸树脂2份；

所述的高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下，以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成；其中，丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐、过硫酸钾、十二烷基硫醇和维生素C的质量组分比为1：0.22：0.18：0.01：0.009：0.004。

一种高铁专用改性混凝土外加剂的制备方法，按以下步骤进行：

(1)3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐的制备：1)冰水浴条件下，将氯磺酸按照一定比例滴加入无水吡啶中，得到酯化试剂；2)将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐加入酯化试剂中，4℃下反应2h，旋蒸浓缩去除吡啶，得到所述3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐；

(2)按质量比取料，将引发剂、链转移剂和还原剂溶解于水中，作为第一滴加液；将丙烯酸溶解于水中，配成质量浓度为55％的第二滴加液；

(3)按照质量比将不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐和去离子水加入反应釜中，配置成质量浓度为4.5％的混合溶液，搅拌并升温至50℃，待物料溶解后，将第一滴加液和第二滴加液同时滴加入反应釜中，滴加完毕后在85℃下反应4h；

(4)反应完毕后，调节物料pH为7-9，即得到所述的高效减水剂；

(5)将吸水树脂进行研磨，控制其粒径为50-400nm；

(6)按照各原料份数分别称取高效减水剂、聚丙烯纤维和吸水树脂混合，得到所述高铁专用改性混凝土外加剂。

实施例2

一种高铁专用改性混凝土外加剂，包括高效减水剂75份、聚丙烯纤维0.6份和聚丙烯酸树脂2.5份；

所述的高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下，以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成；其中，丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐、过硫酸铵、十二烷基硫醇和维生素C的质量组分比为1：0.35：0.14：0.02：0.006：0.005。

一种高铁专用改性混凝土外加剂的制备方法，按以下步骤进行：

(1)3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐的制备：1)冰水浴条件下，将氯磺酸按照一定比例滴加入无水吡啶中，得到酯化试剂；2)将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐加入酯化试剂中，0℃下反应3h，旋蒸浓缩去除吡啶，得到所述3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐；

(2)按质量比取料，将引发剂、链转移剂和还原剂溶解于水中，作为第一滴加液；将丙烯酸溶解于水中，配成质量浓度为60％的第二滴加液；

(3)按照质量比将不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐和去离子水加入反应釜中，配置成质量浓度为5.5％的混合溶液，搅拌并升温至65℃，待物料溶解后，将第一滴加液和第二滴加液同时滴加入反应釜中，滴加完毕后在90℃下反应3h；

(4)反应完毕后，调节物料pH为7-9，即得到所述的高效减水剂；

(5)将吸水树脂进行研磨，控制其粒径为50-400nm；

(6)按照各原料份数分别称取高效减水剂、聚丙烯纤维和吸水树脂混合，得到所述高铁专用改性混凝土外加剂。

实施例3

一种高铁专用改性混凝土外加剂，包括高效减水剂66份、聚丙烯纤维0.3份和丙烯酰胺-丙烯酸共聚物3.5份；

所述的高效减水剂是在引发剂、链转移剂和还原剂存在条件下，以丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚和3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐为共聚单体共聚反应而成；其中，丙烯酸、不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐、过硫酸铵、巯基乙酸和维生素E的质量组分比为1：0.25：0.17：0.028：0.006：0.002。

一种高铁专用改性混凝土外加剂的制备方法，按以下步骤进行：

(1)3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐的制备：1)冰水浴条件下，将氯磺酸按照一定比例滴加入无水吡啶中，得到酯化试剂；2)将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠盐加入酯化试剂中，4℃下反应3h，旋蒸浓缩去除吡啶，得到所述3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐；

(2)按质量比取料，将引发剂、链转移剂和还原剂溶解于水中，作为第一滴加液；将丙烯酸溶解于水中，配成质量浓度为65％的第二滴加液；

(3)按照质量比将不饱和聚氧乙烯醚、3-烯丙氧基-2-磺酸氢丙酯-1-丙磺酸钠盐和去离子水加入反应釜中，配置成质量浓度为6.8％的混合溶液，搅拌并升温至55℃，待物料溶解后，将第一滴加液和第二滴加液同时滴加入反应釜中，滴加完毕后在100℃下反应3h；

(4)反应完毕后，调节物料pH为7-9，即得到所述的高效减水剂；

(5)将吸水树脂进行研磨，控制其粒径为50-400nm；

(6)按照各原料份数分别称取高效减水剂、聚丙烯纤维和吸水树脂混合，得到所述高铁专用改性混凝土外加剂。

实施效果：

采用基准水泥，按照GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测试水泥的净浆流动度，水灰比为0.30，外加剂掺量为折固掺量，对比例的外加剂采用某市售聚羧酸减水剂，试验结果见表1。

表1水泥净浆流动度试验

表2进一步中给出实施例1-3以及对比例的其他性能参数。

表2高铁专用改性混凝土外加剂性能参数

测试用混凝土：采用P.O 52.5水泥、碎石、标准砂、水和外加剂，根据表3给出的配比组成称取各原料，使用翻斗式混凝土拌和机将所述原料一起拌和；对比例的外加剂采用某市售聚羧酸减水剂；

表3混凝土基础配合比(kg/m3)

将测试用混凝土成型为100×100×515mm的混凝土试件，在温度20±2℃，湿度为90％以上的条件下养护，测定混凝土的工作性能以及混凝土试件的抗压性能和收缩性能指标；

表4混凝土及混凝土试件性能测试

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。