一種粘土抑制劑及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于混凝土減水劑助劑的制備領域，具體涉及一種抑制粘土副作用的粘土 抑制劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 近年來我國基礎設施工程建設規(guī)模巨大，高速鐵路、公路、大型橋梁、水電工程、城 鎮(zhèn)化建設高速推進，混凝土用量已占全球總量一半以上。然而，隨著工程建設的快速發(fā)展， 砂石集料消耗量巨大，優(yōu)質天然砂石資源日益匱乏；尤其是偏遠干旱地區(qū)，無法對砂石集料 進行有效清洗，使得部分地區(qū)的砂石集料含泥量逐漸增大。因此，機制砂逐漸在混凝土中得 到廣泛應用，同時也將大量微細的粘土質石粉、泥粉帶入到混凝土中，導致混凝土初始流動 性較差，流動度損失大，嚴重影響混凝土的新拌性能。
[0003] 大量工程經驗和研宄結果表明，砂石集料中的粘土質微粉對傳統(tǒng)木質素磺酸鹽減 水劑、脂肪族高效減水劑及萘系高效減水劑的影響相對較小，而對于聚羧酸高性能減水劑 的影響相對較大；一方面由于傳統(tǒng)減水劑的摻量較高，另一方面由于聚羧酸減水劑固有的 分子結構導致其對于粘土更為敏感。砂石集料中的粘土大多為層狀硅鋁酸鹽類礦物，一方 面容易吸水膨脹，導致混凝土中自由水減少，富余漿體量降低，從而降低了混凝土的流動 性；另一方面層狀結構比表面積大，且表面高價陽離子富集，大量吸附聚羧酸減水劑，導致 用于分散水泥顆粒的減水劑分子數量大幅度減少，繼而降低了減水劑的分散作用，混凝土 流動性變差。
[0004] 為了提高混凝土的流動性，目前常用的解決辦法是提高聚羧酸系減水劑的初始摻 量或采用多次摻加減水劑的途徑，但這樣不僅大幅度增加了施工成本，且多次添加操作不 方便、容易造成減水劑過摻，導致混凝土出現泌水離析，和易性變差，影響混凝土施工性能， 劣化混凝土耐久性。
[0005] 基于此，越來越多的研宄者開始關注如何提高聚羧酸系減水劑對粘土的適應性。 一方面，研宄者首先從改變聚羧酸分子結構入手：如CN102923989公開了一種抗粘土型聚 羧酸減水劑的制備方法，該減水劑由兩種不飽和聚氧乙烯單體、不飽和一元羧酸及其衍生 物單體、不飽和烯基磺酸鹽混合共聚，再采用多乙烯多胺中和而成；CN102875051公開了一 種能抵御粘土不利影響的聚羧酸減水劑，其由烯基聚氧乙烯聚氧丙烯單體、丙烯酸或甲基 丙烯酸、丙烯酰胺衍生物單體通過自由基共聚得到。然而，通過部分改變聚羧酸減水劑的共 聚單體，并不能從實質上改變粘土對聚羧酸的吸附，因為粘土對聚羧酸減水劑的吸附，主要 是粘土表面的羥基與聚羧酸減水劑側鏈聚氧乙烯醚鍵的強氫鍵作用所導致，而不飽和聚氧 乙烯單體是合成聚羧酸減水劑不可缺少的關鍵原料。同時，該類聚羧酸減水劑在含泥量較 高時減水劑的摻量也相當高，大幅度增加了成本。另一方面，研宄者也開始考慮采用助劑復 配的方案：如CN101798197A公開了一種抑制集料含泥量影響的控緩釋聚羧酸系減水劑，其 主要的方法是采用75?95份的聚羧酸減水劑與2?5份緩凝劑、5?25份緩釋劑進行物 理復配，從而降低了粘土對聚羧酸系減水劑的負面影響。通過助劑復配，不改變聚羧酸減 水劑本身分子結構與性能，靈活性更高，適用面更廣，然而大摻量的緩凝劑易造成混凝土凝 結時間延長，且容易導致含氣量上升，對后期強度造成不利影響。例如，CN102718430A報道 了一種摻聚羧酸系減水劑混凝土含泥量抑制劑的制備方法，其采用磷酸鹽類的泥土分散組 分、泥土吸附組分和離子絡合交換組分按一定比例進行物理混合，并將其與聚羧酸減水劑 一起摻入混凝土中，改善了聚羧酸減水劑的性能。但是其由于是小分子的化合物復配，摻量 明顯較高，性價比較低。
[0006] 因此，開發(fā)一種能有效降低骨料中粘土對減水劑分散性能產生副作用的抑制劑， 通過其與減水劑，尤其是聚羧酸減水劑進行復配使用，在一定的含泥量條件下，能有效降低 粘土的副作用，提高聚羧酸減水劑的初始分散能力和分散保持能力，提高混凝土流動性，對 促進低品位骨料及機制砂的應用，實現混凝土的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0007] 發(fā)明目的：為了克服上述現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種與聚羧酸 減水劑復配使用的粘土抑制劑極其制備方法，其解決的技術問題是：能在較高含泥量條件 下，有效保證或提高聚羧酸減水劑的初始分散能力和分散保持能力，同時不影響混凝土凝 結時間、含氣量、強度等其它性能。
[0008] 技術方案：本發(fā)明提供的一種粘土抑制劑，按純固體量計，由質量比為1?5:1〇 的有機陽離子化合物A和多元醇胺化合物B在常溫下均勻混合而成；
[0009] 所述有機陽離子化合物A的結構式如式I所示：
【主權項】
1. 一種粘土抑制劑，其特征在于：按純固體量計，由質量比為1?5:1的有機陽離子化 合物A和多元醇胺化合物B在常溫下均勻混合而成； 所述有機陽離子化合物A的結構式如式I所示：
所述多元醇胺化合物B的結構式如式II所示：
其中，m為1?5的整數；E0為氧化乙烯基，P0為氧化丙烯基；x，y分別為氧化乙烯基 和氧化丙稀基的重復單元數，1 <x+y< 25,且x:y= 2?10:1。
2. 根據權利要求1所述的一種粘土抑制劑，其特征在于：所述多元醇胺化合物B的分 子量為500?5000。
3. 權利要求1或2所述的一種粘土抑制劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 有機陽離子化合物A水溶液的制備：在10-60°C下，向多胺化合物水溶液中緩慢滴 加季胺化試劑水溶液，滴完后升溫至60?90°C保溫反應1?4h，即得； (2) 多元醇胺化合物B的制備：在烷氧基化催化劑存在下，多胺化合物與環(huán)氧乙烷、環(huán) 氧丙烷發(fā)生烷氧基化反應，即得； (3) 粘土抑制劑的制備：將有機陽離子化合物A水溶液和多元醇胺化合物B在常溫下 均勻混合均勻，即得。
4. 根據權利要求3所述的一種粘土抑制劑的制備方法，其特征在于：步驟⑴中，所述 多胺化合物結構式如式III所示：
其中，P為1?5的整數。
5. 根據權利要求3所述的一種粘土抑制劑的制備方法，其特征在于：步驟⑴中，所述 季胺化試劑為2, 3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨或3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨。
6. 根據權利要求3所述的一種粘土抑制劑的制備方法，其特征在于：步驟⑴中，所 述季胺化試劑與多胺化合物氮原子上所有活潑氫的總摩爾數相同；反應體系中，固含量為 30-60 %〇
7. 根據權利要求3所述的一種粘土抑制劑的制備方法，其特征在于：步驟⑵中，所述 烷氧基化催化劑包括金屬鉀、金屬鈉、萘鉀、萘鈉、氫化鉀、氫化鈉、烷基醇鉀、烷基醇鈉、氫 氧化鉀、氫氧化鈉；烷氧基化催化劑用量為烷氧基化后所得產物重量的0. 02?0. 2%;烷氧 基化的反應溫度為80?150°C，反應壓力為0? 1?0? 4MPa。
8.根據權利要求3所述的一種粘土抑制劑的制備方法，其特征在于：步驟⑵中，環(huán)氧 乙烷和環(huán)氧丙烷的摩爾比為2?10:1，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的總物質的量與多胺化合物的 物質的量之比為6?109:1。
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種粘土抑制劑，由質量比為1～5:1的有機陽離子化合物A和多元醇胺化合物B在常溫下均勻混合而成。本發(fā)明還提供了上述粘土抑制劑的制備方法及其在抑制粘土副作用中的應用。該粘土抑制劑制備工藝簡單、使用方便、成本低廉；其中含有的有機陽離子化合物和多元醇胺化合物協(xié)同作用，有效降低粘土對聚羧酸減水劑性能的負面影響。
【IPC分類】C04B24-12
【公開號】CN104556771
【申請?zhí)枴緾N201410535904
【發(fā)明人】冉千平, 楊勇, 劉加平, 劉浩, 周棟梁, 毛永琳
【申請人】江蘇蘇博特新材料股份有限公司, 南京博特新材料有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年10月11日