一种透水砖用减水剂及其应用
阅读说明：本技术 一种透水砖用减水剂及其应用 (Water reducing agent for water permeable brick and application thereof ) 是由 古瑞杰 张晓鹏 贺博林 段旭朝 王磊 于 2021-10-13 设计创作，主要内容包括：公开了一种透水砖用减水剂,所述减水剂由甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸和具有中链脂肪烷基的阳离子丙烯酰胺单体在引发剂存在下反应得到。此外,还公开了包含前述减水剂且固含量为10-30wt％的减水剂乳液以及前述减水剂在制备透水砖中的用途。本发明不仅可以明显提高净浆的流动度,使水泥浆体获得更佳的工作性能；同时获得了更高的减水率。(Discloses a water reducing agent for water permeable bricks, which is prepared by reacting methyl allyl polyoxyethylene ether, acrylic acid and a cationic acrylamide monomer with medium-chain fatty alkyl in the presence of an initiator. In addition, the water reducing agent emulsion containing the water reducing agent and having the solid content of 10-30 wt% and the application of the water reducing agent in preparing water permeable bricks are also disclosed. The invention can not only obviously improve the fluidity of the clean slurry and ensure that the cement slurry obtains better working performance; while achieving a higher water reduction rate.)
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种透水砖用减水剂及其应用。
背景技术
随着经济的快速发展和城市化进程的加快，城市地表被越来越多的水泥路面、沥青路面等不透水材料覆盖，带来便利交通的同时，也造成了许多负面的影响。不透水材料阻断了空气和土壤之间的热量和水分交换，导致城市温湿度失调，产生城市“热岛效应”和“雨岛效应。
不透水性路面一方面使得城市雨水下渗量大大减少，导致地下水得不到补充，地下水位持续下降，甚至引起地面沉降，海水入侵等问题；另一方面，路面雨水通过城市排水系统进入河流，增加城市排水系统的压力，排不走的雨水则在路面产生大量积水，城市洪涝频频发生。另外，路面上大量污染物在雨水冲刷下随径流通过城市排水管道或漫流进入河道，形成典型的城市降雨径流污染，是城市中主要的面源污染源，对城市生态环境构成严重影响。
大量研究表明，与不透水路面相比，透水砖路面具有缓解地表径流、补给地下、净化路面雨水、改善城市热环境、吸收城市噪音、改善城市地表土壤生态环境等作用。
现有技术中应用和研究最为广泛的是混凝土透水砖。混凝土透水砖是将胶结材料、骨料、添加剂和水以一定配比掺配而成，有一定的透水性、通气性和保水性。混凝土透水砖是直接进行摊铺、压实而成的连通多孔结构路面。混凝土透水砖以单粒级粗骨料为骨架，水泥净浆或加入少量细骨料的砂浆薄层包裹在粗骨料颗粒的表面，作为骨料颗粒之间的胶结层。作为添加剂，减水剂可以在减少单位混凝土用水量的同时，获得相同或者更优异的流动性，可以大幅度提高混凝土力学性能。
减水剂自上世纪中叶发展至今已经历经三代。第一代减水剂以木质素磺酸盐为代表，分子量分布广，相对分子量大的木质素磺酸盐缓凝作用强，在夏天使用较多，不适合在冬季使用，缓凝作用会造成混凝土不硬化。第二代减水剂以萘系减水剂为代表，合成过程中先把萘氧化成β-萘磺酸，然后和大量甲醛进行缩合反应后加碱中和可得，合成过程污染性大，且储存时间短。与前两代减水剂对比，聚羧酸减水剂突出优点是掺量少、高减水率，只要掺量是凝胶体系的0.15％～0.25％就能获得优异的流动性和提高混凝土强度；分子结构可调控性，可以设计可适应各种施工要求的聚羧酸减水剂，如可缓凝的聚羧酸减水剂、可抗收缩的聚羧酸减水剂等；制备过程不使用甲醛，安全环保；高性能的聚羧酸减水剂可运用在大掺量的粉煤灰、矿渣的高性能预拌混凝土工程中，有利于建筑材料可持续发展。
中国专利申请CN103588411A公开了一种混凝土高效减水剂，包括萘系高效减水剂和木质素磺酸钙减水剂；所述萘系高效减水剂和木质素磺酸钙减水剂的重量比为1:1-2.5。该发明利用萘系高效减水剂和木质素磺酸钙减水剂进行复配，能有效降低生产成本，提高减水率。
中国专利申请CN110015857A公开了一种秸秆-淀粉基混合改性的复合型聚羧酸减水剂的制备方法及其应用。该减水剂是由农作物秸秆水解粉料和普通淀粉混合物通过酯化-醚化改性，再与不饱和聚醚大单体和不饱和羧酸等小单体接枝共聚而成。该减水剂是一种具有生物质基减水剂和聚羧酸减水剂性能的复合型混凝土减水剂，是生物质基减水剂和聚羧酸减水剂性能的进一步耦合互补，克服了秸秆-淀粉生物质基减水剂的减水率不高但缓凝效果较差、常规聚羧酸减水剂的减水率高而又超缓凝效果的优缺点，具有减水率较高而缓凝效果适中的特点，工艺连续紧凑、易于实施操作、秸秆-淀粉改性效果好、成本低、防沉淀和易于工业化。
但总的来说，现有技术中的聚羧酸或改性聚羧酸减水剂仍然存在适应性问题，减水率仍然有待提高，导致水泥浆体难以获得较好的工作性能。同时大多数仍处于产品研发和工业化生产为主的阶段，对于聚羧酸系高性能减水剂的综合性能的研究工作还不够深入、细致，经验积累相对较少；同行之间缺乏真诚交流的氛围，基本靠自己在试验和应用过程中摸索和总结；这在一定的程度上影响聚羧酸系高性能减水剂的推广应用和发展。
在现有技术基础上，本发明提供了一种透水砖用减水剂及其应用。
发明内容
针对上述问题，本发明目的在于提供一种透水砖用减水剂及其应用。本发明的减水剂不仅可以明显提高净浆的流动度，使水泥浆体获得更佳的工作性能；同时获得了更高的减水率。
为实现上述目的，一方面，本发明采取以下技术方案：一种透水砖用减水剂，其特征在于，所述减水剂由甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸和具有中链脂肪烷基的阳离子丙烯酰胺单体在引发剂存在下反应得到。
根据本发明所述的减水剂，其中，所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚选自平均分子量Mn为1200-3600道尔顿。
优选地，述甲基烯丙基聚氧乙烯醚选自平均分子量Mn为1800-3000道尔顿。
根据本发明所述的减水剂，其中，具有中链脂肪烷基的阳离子丙烯酰胺单体由甲基丙烯酸二甲氨乙酯与具有中链脂肪烷基的卤代烃进行季铵化反应得到。
根据本发明所述的减水剂，其中，所述中链脂肪烷基选自8-16个碳原子的直链或支化烷基。
优选地，所述中链脂肪烷基选自10-14个碳原子的直链或支化烷基。
根据本发明所述的减水剂，其中，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸和具有中链脂肪烷基的阳离子丙烯酰胺单体的摩尔比为10：(24-28)：(2-6)。
优选地，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸和具有中链脂肪烷基的阳离子丙烯酰胺单体的摩尔比为10：(25-27)：(3-5)。
根据本发明所述的减水剂，其中，所述引发剂选自过硫酸铵。
根据本发明所述的减水剂，其中，所述引发剂的加入量为所有单体总量的1.4-3.0wt％。
优选地，所述引发剂的加入量为所有单体总量的1.8-2.6wt％。
根据本发明所述的减水剂，其中，所述反应温度为75-95℃；反应时间为2-10h。
优选地，所述反应温度为80-90℃；反应时间为4-8h。
另一方面，本发明提供了一种减水剂乳液，包含根据本发明所述的减水剂，且固含量为10-30wt％。
优选地，所述减水剂乳液的固含量为15-25wt％。
又一方面，本发明提供了一种根据本发明所述的减水剂或根据本发明所述的减水剂乳液在制备透水砖中的用途。
在该用途中，作为透水砖的混合料配方，按照每单位体积dm3计算，P.I 42.5硅酸盐水泥380-480g；粉煤灰80-140g；强化建筑集料1200-1430g；减水剂乳液18-30g；拌合水100-160g。
作为透水砖的制备方法，按照本领域技术人员的常规方法实施。
与现有技术相比，本发明的减水剂(乳液)不仅可以明显提高净浆的流动度，使水泥浆体获得更佳的工作性能；同时获得了更高的减水率。
具体实施方式
在下文中，对本发明的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本发明，并能够实施本发明。在不违背本发明原理的情况下，不同实施例中的特征可进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
下列实施例仅仅是阐释本发明的实施方式，而非限制发明的保护范围。
实施例1
称取100mmol甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAM)和100mmol月桂基氯(DDC)，加入80mL丙酮和5mmol对苯二酚，在50℃条件下搅拌反应24h，冷却结晶、过滤，无水乙醚洗涤3次、无水乙酸乙酯重结晶，室温真空干燥24h，得到白色晶体DMAMDDC，收率为87.4％。
1H NMR图谱在δ＝0.74-0.92、1.22-1.38、1.60-1.86和3.26-3.45处出现多处质子共振峰，表明白色晶体由DMAM和DDC发生了季铵化反应。IR图谱在718cm-1、1382cm-1、1462cm-1、2850cm-1和2918cm-1处出现特征吸收峰，同样证实了季铵化反应结果。
实施例2
将10mmol甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400，平均分子量Mn取2400道尔顿)与60mL蒸馏水加到250mL的四颈烧瓶，通入氮气，加热至85℃，搅拌使得大分子单体HPEG-2400充分溶解。
将27mmol单体丙烯酸(AA)和3mmol阳离子单体DMAMDDC配成40mL混合单体溶液A以及600mg过硫酸铵(APS)配成的10mL溶液B在2h内缓慢滴加到烧瓶中，保温反应6h，反应结束后用饱和NaOH溶液调节pH＝7.0，并控制乳液固含量为20％，得到减水剂乳液。
将少量减水剂乳液干燥为固体，并置于玛瑙研钵中，加入红外灯干燥的粉末状溴化钾，研细混匀，粉末状样品采用KBr压片制样。IR图谱在722cm-1、1255cm-1、1297cm-1、1382cm-1、1468cm-1、1627cm-1、2874cm-1和2915cm-1、3468cm-1处出现特征吸收峰。
实施例3
将10mmol甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)与60mL蒸馏水加到250mL的四颈烧瓶，通入氮气，加热至85℃，搅拌使得大分子单体HPEG-2400充分溶解。
将25mmol单体丙烯酸(AA)和5mmol阳离子单体DMAMDDC配成40mL混合单体溶液A以及600mg过硫酸铵(APS)配成的10mL溶液B在2h内缓慢滴加到烧瓶中，保温反应6h，反应结束后用饱和NaOH溶液调节pH＝7.0，并控制乳液固含量为20％，得到减水剂乳液。
比较例1
将10mmol甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)与60mL蒸馏水加到250mL的四颈烧瓶，通入氮气，加热至85℃，搅拌使得大分子单体HPEG-2400充分溶解。
将30mmol单体丙烯酸(AA)配成40mL混合单体溶液A以及600mg过硫酸铵(APS)配成的10mL溶液B在2h内缓慢滴加到烧瓶中，保温反应6h，反应结束后用饱和NaOH溶液调节pH＝7.0，并控制乳液固含量为20％，得到减水剂乳液。
性能评价
减水剂性能评价采用检验混凝土外加剂专用基准水泥—P.I 42.5硅酸盐水泥(山东鲁城水泥有限公司)，符合GB/T 8076-2008《混凝土外加剂》附录A 要求控制。
净浆流动度试验按照GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行，误差控制在5mm范围内。具体试验方法是：称取水泥300g，倒入用湿布擦过的水泥净浆搅拌锅内，加入折固掺量0.3％的减水剂乳液及指定用量的拌合水，立即搅拌(拌合时，先将锅放在搅拌机的锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速搅拌120s，停15s，同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮入锅中间，接着高速搅拌120s停机)。将拌好的浆体快速注入水平位置玻璃板中的截锥体内，刮平，将截锥体垂直向上迅速提起，30s后用钢尺测量互相垂直方向的直径，取平均值为水泥净浆流动度(mm)。
水泥净浆减水率测试方法与测定净浆流动度测试一致，分别测得折固掺量0.3％的聚羧酸减水剂和不掺减水剂的水泥相同流动度下用水量W1和W0，两者用水量差与不掺减水剂用水量的百分比就是该减水剂的水泥净浆减水率，减水率的计算公式为η＝(W0-W1)/W0*100％。
结果参见表1。
表1
净浆流动度(mm)
净浆减水率(％)
实施例2
262.5
41.6
实施例3
257.5
40.9
比较例1
235
36.4
比较例1代表了传统的阴离子聚羧酸减水剂的化学结构。与比较例1相比，本发明实施例的减水剂不仅可以明显提高净浆的流动度，使水泥浆体获得更佳的工作性能；同时获得了更高的减水率。
应理解，本发明的具体实施方式仅用于阐释本发明的精神和原则，而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明的技术方案作出各种改动、替换、删减、修正或调整，这些等价技术方案同样落于本发明权利要求书所限定的范围。
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