一种公路用混凝土外加剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种公路用混凝土外加剂及其制备方法 (Concrete additive for highway and preparation method thereof ) 是由 王伟 覃文 吴可永 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种公路用混凝土外加剂及其制备方法,涉及混凝土技术领域,本发明包括按重量份数包括以下物质：60～90份工业萘、40～60份共沸剂、54～81份浓硫酸、39～59份甲醛、三乙醇胺5～15份、乙二醇8～16份、抗磨剂15～25份、硝酸钠3～19份,其制备方法包括磺化反应、添加共沸剂、水解反应、缩合反应以及中和反应,最终得到产品。本发明为一种公路用混凝土外加剂及其制备方法,通过使用1,2-二氯乙烷作为共沸剂生产萘系高效减水剂可减少硫酸的用量,且无论在净浆流动度或是混凝土试验当中,相同条件下,其性能都优于石灰法生产的高浓减水剂,同时共沸法除去了过滤工序,减少了后续人力和资源的投入。(The invention discloses a concrete admixture for roads and a preparation method thereof, relating to the technical field of concrete, and the concrete admixture comprises the following substances in parts by weight: 60-90 parts of industrial naphthalene, 40-60 parts of entrainer, 54-81 parts of concentrated sulfuric acid, 39-59 parts of formaldehyde, 5-15 parts of triethanolamine, 8-16 parts of ethylene glycol, 15-25 parts of antiwear agent and 3-19 parts of sodium nitrate. The invention relates to a concrete admixture for roads and a preparation method thereof, which can reduce the dosage of sulfuric acid by using 1, 2-dichloroethane as an entrainer to produce a naphthalene-based high-efficiency water reducing agent, and the performance of the naphthalene-based high-efficiency water reducing agent is superior to that of a high-concentration water reducing agent produced by a lime method under the same conditions no matter in the net paste fluidity or concrete tests, and meanwhile, the azeotropic method removes a filtering process, thereby reducing the subsequent investment of manpower and resources.)
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种公路用混凝土外加剂及其制 备方法。
背景技术
混凝土外加剂简称外加剂，是指在拌制混凝土拌合前或拌合过程中掺入 用以改善混凝土性能的物质。在公路水泥混凝土工程中合理选择和使用外加 剂，可以提高公路水泥混凝土质量及耐久性，改善水泥混凝土的性能。尤其 是萘系高效减水剂凭借其减水率高，对凝结时间影响小，不引气，与水泥适 应性好，价格也相对便宜，且能与其它各种外加剂复合使用等特点。在减水 剂市场中具有较高的份额。
目前市场上聚羧酸高效减水剂因其低掺量、低坍落度损失、高减水率和 不受掺加时间影响等优点，已成为当今世界综合性能最优、应用前景最好的 一种减水剂。在生产萘系减水剂时，通常会适当多添加浓硫酸，目的是为了 使磺化反应进行的彻底。
但是采用过量的H2SO4作为磺化剂，会使产品中的硫酸钠含量过高，而过 量硫酸钠的存在，可使减水剂的一些性能降低，如使减水剂的份散性能减弱； 使混凝土拌合物的坍落度损失变大等负面影响。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种公路用混凝土外加剂及其制备方法，可 以有效解决背景技术的采用过量的H2SO4作为磺化剂，使得减水剂的份散性能 减弱、并且混凝土拌合物的坍落度损失变大的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种公路用混凝土外加剂， 包括按重量份数包括以下物质：60～90份工业萘、40～60份共沸剂、54～81 份浓硫酸、39～59份甲醛、三乙醇胺5～15份、乙二醇8～16份、抗磨剂15～ 25份、硝酸钠3～19份。
优选地，所述共沸剂为1,2-二氯乙烷。
优选地，所述浓硫酸与工业萘重量比为0.9～1.1，其中最优配比为0.9:1。
优选地，所述甲醛与工业萘的重量最优配比为0.65:1。
优选地，所述工业萘与1,2-二氯乙烷的重量最优比为1.5:1。
优选地，包括中和试剂，所述中和试剂选用氢氧化钠或者石灰。
优选地，一种公路用混凝土外加剂的制备方法，其特征在于：包括以下 步骤：
S1、磺化反应：称取工业萘若干放置在四口烧瓶中，并加热使之熔融， 待完全熔融后，升温至120℃，然后按一定比例称取浓硫酸，并使得浓硫酸通 过份液漏斗缓慢滴加至四口烧瓶中，之后将四口烧瓶升温至150℃～160℃之 间，并对其进行保温3h～6h；
S2、添加共沸剂：向磺化反应装置中加入适量1,2-二氯乙烷作为共沸剂， 并且使其随着磺化的进行一起被蒸发出去；
S3、水解反应：在磺化反应结束后冷却降温至120℃左右，并加入适量的 水，且将温度控制在120℃左右，使其容器内部的溶液发生水解；
S4、缩合反应：待水解反应结束，开始冷却降温，冷却过程中称取若干 重量的甲醛溶液置于份液漏斗内备用，待温度降至95℃时开始滴加甲醛，缓 慢滴加，且将控制滴加时间在2h左右，等甲醛滴加完后，加热升温至115℃ 保温缩合约3h；
S5、待缩合反应结束，搅拌降温至80℃以下，加入称量好的氢氧化钠， 将溶液的pH中和至7～9，以此来制得产品。
优选地，所述步骤S1-S2的最佳磺化时间为5h，磺化温度保持在150℃～ 160℃之间。
优选地，所述步骤S2中的共沸物被蒸发出容器，可将其收集冷凝，然后 进行油水份离后，之后能够将溶剂再次加入到反应中循环利用，且份离出的 水中和后可以用作其它减水剂的生产用水。
优选地，所述工业萘的的含量为80％、浓硫酸的含量为98％、甲醛的含量 为37％～40％以及氢氧化钠的含量为96％。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中，通过使用1,2-二氯乙烷作为共沸剂，其采用共沸原理生产高 浓萘系减水剂，由于磺化转化率的改善，所用酸量变少，在中和阶段，直接 采用碱液中和即可得到高浓萘系减水剂，相较于石灰法，其减少了后续过滤 步骤，降低了生产成本，减少了环境污染。与原工艺对比，在0.6％掺量的掺 量下，采用1,2-二氯乙烷作为共沸剂生产的高浓减水剂的水泥净浆流动度有 所增加，减水率及混凝土强度等性能指标也有改善，且通过加入的三乙醇胺、 乙二醇、抗磨剂与硝酸钠，能够保证混凝土的抗折强度与抗压强度基本不变。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外” “前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位 置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为 对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以 是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可 以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个 元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述 术语在本发明中的具体含义。
实施例1
包括按重量份数包括以下物质：60份工业萘、40份共沸剂、54份浓硫酸、 39份甲醛、三乙醇胺5份、乙二醇8份、抗磨剂15份、硝酸钠3份。
共沸剂为1,2-二氯乙烷。
浓硫酸与工业萘重量比为0.9～1.1，其中最优配比为0.9:1。
甲醛与工业萘的重量最优配比为0.65:1。
所述工业萘与1,2-二氯乙烷的重量最优比为1.5:1。
包括中和试剂，中和试剂选用氢氧化钠或者石灰。
一种公路用混凝土外加剂的制备方法，包括如下步骤：
称取60份工业萘、5份三乙醇胺、8份乙二醇、15份抗磨剂以及3份硝 酸钠的放置在四口烧瓶中，并加热使之熔融，待完全熔融后，升温至120℃， 然后称取54份浓硫酸，并使得浓硫酸通过份液漏斗缓慢滴加至四口烧瓶中， 之后将四口烧瓶升温至150℃～160℃之间，并对其进行保温5h；向磺化反应 装置中加入40份的1,2-二氯乙烷作为共沸剂，并使得随着磺化的进行一起被 蒸发出去，之后将蒸发出的共沸剂收集冷凝，然后进行油水份离后，之后能 够将溶剂再次加入到反应中循环利用，且份离出的水中和后可以用作其它减 水剂的生产用水；在磺化反应结束后冷却降温至120℃左右，并加入适量的水， 且将温度控制在120℃左右，使其容器内部的溶液发生水解；待水解反应结束， 开始冷却降温，冷却过程中称取39份的甲醛溶液置于份液漏斗内备用，待温 度降至95℃时开始滴加甲醛，缓慢滴加，且将控制滴加时间在2h，等甲醛滴 加完后，加热升温至115℃保温缩合3h；待缩合反应结束，搅拌降温至80℃ 以下，加入称量好的氢氧化钠，将溶液的pH中和至8，以此来制得产品。
按照上述步骤设置七组酸萘质量比为依次为1.1、1.05、1.0、0.95、0.9、 0.85、0.8，且磺化温度为150℃～160℃，磺化时间为3h，缩合温度为115℃， 缩合时间为3h，实验结果如下表1所示：
表1酸萘比对水泥净浆流动度的影响
由上表1可知：在酸萘质量比在0.9～1.1时，其水泥净浆流动度相差 不大。当酸萘比低于0.9时即使采用共沸法也不能生产出合格的萘系减水剂 产品，即采用共沸法合成高浓萘系减水剂时酸萘比不能低于0.9。而当萘酸比 大于一定值时，水泥净浆流动度出现略微减小的趋势，这是因为随着酸量的 增加，未反应的硫酸变多，导致最终产品中硫酸钠含量较多，从而使得减水 剂产品中有效成份降低，出现净浆流动度减小的趋势。考虑生产成本问题， 以及产品中硫酸钠的含量，本发明的最佳萘酸比为0.9。
按照上述步骤设置六组磺化温度选取150℃、155℃、160℃、165℃、170℃ 做实验，磺化时间为3h，甲醛与萘的质量比为0.65，酸萘质量比为0.9。缩 合温度设置为115℃，缩合时间为3h。实验结果如下表2所示：
表2磺化温度对净浆流动度的影响
由上表2可知：温度在155℃～160℃的时候，水泥净浆流动度较高，当 温度高于160℃时，水泥净浆流动度开始下降，因此采用共沸法生产高浓萘系 高效减水剂最佳的磺化温度为155℃～160℃之间。
按照上述步骤设置四组磺化时间依次为为3h、4h、5h、6h，磺化温度 保持在150℃～160℃之间，甲醛与萘的质量比为0.65，酸萘质量比为0.9。缩 合温度设置为115℃，缩合时间为3h。实验结果如下表3所示：
表3磺化时间对净浆流动度的影响
由上表3可知：随着反应时间的增长，水泥净浆流动度逐渐增大。但超 过5小时后，水泥净浆流动度出现下降的趋势。由此可以得出采用共沸法生 产高浓萘系高效减水剂最佳的磺化时间为5h。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于各组份的重量份数不同，其中工业萘90 份、共沸剂60份、浓硫酸81份、甲醛59份、三乙醇胺15份、乙二醇16份、 抗磨剂25份、硝酸钠19份。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于各组份的重量份数不同，其中工业萘70 份、共沸剂50份、浓硫酸70份、甲醛46份、三乙醇胺10份、乙二醇12份、 抗磨剂20份、硝酸钠10份。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1未添加共沸剂。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2未添加共沸剂，且步骤S5采 用石灰对其进行中和，并且还需要加一步过滤，才能得到产品。
按实验优化的最佳配比采用共沸法合成出高浓萘系减水剂，掺量选取0.2％、0.6％、1.0％、1.4％。水灰比为0.29，水泥为大地水泥，其实验结果如 下表4所示：
表4掺量对水泥净浆流动度的影响
由上表4可知：实施例1和对比例2生产的高浓萘系减水剂其水泥净浆 流动度基本相同，且在同掺量下都高于一般工艺生产的萘系减水剂，说明用 1,2二氯乙烷作为共沸剂，生产高浓萘系减水剂的方法是可行的，是可以取代 石灰法生产高浓萘系减水剂的工艺的。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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