本发明属于混凝土外加剂领域，具体涉及到一种清水混凝土化学外加剂。
背景技术：
清水混凝土是一次浇筑成型，表面不做任何人为装饰，直接以混凝土的原浇筑表面作为饰面层，与普通混凝土相比，其对外观质量的要求更高，需要混凝土表面平整光洁，色泽均匀一致，无明显可见气泡、外伤致损和污染现象。清水混凝土体现的是一种材料最本质的美感，随着国内绿色建筑的客观需求及人们环保意识的不断增强，清水混凝土的应用范围也逐渐由桥梁、厂房、机场等扩大到工业与民用建筑领域。然而，由于清水混凝土的表面不再添加饰面层，将直接接受各种气候条件和腐蚀介质的侵蚀，因此要长久保持建筑物的表观质感，这就对清水混凝土材料自身的耐候性和耐久性提出了更为严格的要求。
混凝土外加剂是指在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，是混凝土中不可或缺的组分，行业内通常将其称为混凝土的第五组分，绝大多数高性能混凝土制备的关键技术既是化学外加剂的开发。
清水混凝土常见的质量通病，如表观气泡多、色彩均匀性差、耐久性不良等除配合比设计不合理外，更为重要的是外加剂的质量问题。目前，市面上的一些清水混凝土外加剂产品，仅仅是在普通混凝土产品的基础上掺入了适量的消泡剂，存在与原材料的适应性差、对原材料及模板的质量和施工工艺要求高的问题，并且在脱模后，通常都要进行表观的二次修复处理，极大的限制了清水混凝土的大规模应用。因此，为平衡清水混凝土的内在需求与整体性能之间的矛盾，亟需开发出一种高性能清水混凝土化学外加剂。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种清水混凝土化学外加剂及其制备方法，可显著改善新拌清水混凝土的和易性及保塑性，降低清水混凝土模面的宏观缺陷，提高混凝土结构物的强度及耐久性。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种清水混凝土化学外加剂，由vpeg型聚羧酸减水剂、粘度调节剂、消泡剂、抗泥剂、缓凝剂、防腐剂、水复配而成，各组分按质量百分比计为vpeg型聚羧酸减水剂10.0％-13.0％、粘度调节剂0.8％-2.0％、消泡剂0.1％-0.3％、抗泥剂3.0％-7.0％、缓凝剂1.0％-3.5％、防腐剂0.03％-0.05％、水75.2％-84.2％。
按上述方案，所述vpeg型聚羧酸减水剂中各组分的质量百分比为：甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-马来酸酐-丙烯酸三元共聚物50％-80％、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯-马来酸酐-丙烯酸四元共聚物0％-30％、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯-丙烯酸三元共聚物10％-50％，各组分之和为100％。
按上述方案，所述粘度调节剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯-丙烯酸-丙烯酰胺三元共聚物。
按上述方案，所述消泡剂中各组分的质量百分比为：聚醚类0-100％、高碳醇聚醚酯类0-100％、聚醚改性硅类0-100％，各组分之和为100％。
按上述方案，所述抗泥剂为亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠中的一种。
按上述方案，所述缓凝剂中各组分的质量百分比为：白糖0-100％、葡萄糖酸钠0-100％、木质素磺酸钠0-100％、无机磷酸盐0-30％，各组分之和为100％。
按上述方案，所述防腐剂为异噻唑啉酮(卡松)。
本发明所述的清水混凝土化学外加剂的制备方法，包含以下步骤：
(1)配制vpeg型聚羧酸减水剂：按照vpeg型聚羧酸减水剂的质量百分比：甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-马来酸酐-丙烯酸三元共聚物50％-80％、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯-马来酸酐-丙烯酸四元共聚物0％-30％、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯-丙烯酸三元共聚物10％-50％，将三者依次加入到常温水中搅拌20-30min，直至搅拌均匀；
(2)按照所述清水混凝土化学外加剂各组分的质量百分比：vpeg型聚羧酸减水剂9.0％-13.0％、粘度调节剂0.8％-2.0％、消泡剂0.1％-0.3％、抗泥剂3.0％-7.0％、缓凝剂1.0％-3.5％、防腐剂0.03％-0.05％、去离子水75.2％-84.2％，在vpeg型聚羧酸减水剂中依次加入50％的去离子水、粘度调节剂、消泡剂、抗泥剂、缓凝剂、防腐剂和剩余50％的去离子水，在常温下搅拌30-40min，直至搅拌均匀即可得到所述清水混凝土化学外加剂。
本发明中，采用以甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(vpeg)作为大单体的聚羧酸减水剂，梳形分子的侧链分布较普通聚羧酸分子更为均匀，表现出减水剂的减水率和保塑性能更高，而且由于其独特的梳形分子结构，vpeg型减水剂在原材料质量波动的情况下会表现出更好的适应性。所述粘度调节剂具有丰富的支链结构和优异的吸附性能，相较于多数粘度调节剂通过引气来达到降粘的效果，本发明是通过粘度调节剂分子自身的多支链结构，使其在水泥颗粒表面的吸附厚度增加，降低屈服应力，应用在清水混凝土中可在不增加含气量的情况下降低拌合物的粘度，有利于气泡排出。所述消泡剂适用于混凝土的强碱环境，普通的消泡剂(如有机硅类)在消泡体系ph值达到11时即开始出现破乳、漂油等消泡减退现象，而本发明所述消泡剂具有极强的抗碱能力，具有消泡速度快、抑泡持久的特点，在清水混凝土中不仅可消除大小不均的有害气泡，还可保留改善混凝土工作性能的有益气泡，改善混凝土的内部孔结构和表观效果，提高混凝土的力学性能和耐久性。
另外，本发明加入所述缓凝剂可有效控制清水混凝土拌合物的凝结时间，改善工作性能的经时损失；加入所述抗泥剂，可有效抑制砂石含泥对外加剂掺量及混凝土拌合物综合性能的影响，降低外加剂对砂石质量波动的敏感性。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：
(1)本发明所述清水混凝土化学外加剂产品的减水率高，在不增加胶材用量的情况下，可明显改善清水混凝土拌合物的粘聚性及和易性，30℃条件下3小时内工作性能无损失，4小时内坍落/扩展度可达90％初始值；混凝土拌合物表面基本无可见气泡；外加剂掺量随砂石质量波动的变化不明显。
(2)采用本发明所述清水混凝土化学外加剂产品，清水混凝土的模面颜色均匀、无可见气泡，强度、耐久性等指标满足标准要求。
(3)本发明所述清水混凝土化学外加剂产品生产工艺简单，不需要复杂的生产设备，成品有效期达半年以上。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
本发明提供一种清水混凝土化学外加剂，由vpeg型聚羧酸减水剂、粘度调节剂、消泡剂、抗泥剂、缓凝剂和防腐剂、水复合而成，具体配方见表1(以质量百分比计)，各组分之和满足100％。各原料组分均能从市场购买获得，或者采用相应的制备方法获得原料组分也可以。
表1
备注：表1以及后续表2中，v-1—甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-马来酸酐-丙烯酸三元共聚物；v-2—甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯-马来酸酐-丙烯酸四元共聚物；v-3—甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯-丙烯酸三元共聚物。
表1以及后续表2中，所述vpeg型聚羧酸减水剂中的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-马来酸酐-丙烯酸三元共聚物的聚合度在25-30之间，分子量在3万-5万之间，三种单体甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、马来酸酐和丙烯酸的质量百分比为93％、1％、6％；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯-马来酸酐-丙烯酸四元共聚物的聚合度在25-30之间，分子量在3万-5万之间，四种单体甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、丙烯酸羟乙酯、马来酸酐、丙烯酸的质量百分比为93％、3％、1％、3％；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚-丙烯酸羟乙酯-丙烯酸三元共聚物的聚合度在25-30之间，分子量在3万-5万之间，三种单体甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸的质量百分比为92％、4％、4％。
表1以及后续表2中，所述粘度调节剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯-丙烯酸-丙烯酰胺三元共聚物，聚合度在80-100之间，分子量在15万-20万之间，三种单体乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酰胺的质量百分比为2％、32％、66％。
表1以及后续表2中，所述消泡剂中的聚醚类消泡剂为东莞某厂家生产，型号df1587，白色或微黄色液体，有效物质含量98％，ph值6.5-8.5；所述消泡剂中的高碳醇聚醚酯为东莞某厂家生产，型号df470，白色液体，有效物质含量98％，ph值6.5-8.5；所述消泡剂中的聚醚改性硅为东莞某厂家生产，白色粉状，有效物质含量98％，ph值7.0-8.0。
表1以及后续表2中，所述防腐剂为异噻唑啉酮(卡松)，主要由5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(cmi)和2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(mi)组成，有效物质含量2.5％，分子量115.16。
实施例1-5
本发明的实施例需按配比准确称量各种原料，称量误差须小于1％。实施例1-5所述清水混凝土化学外加剂，由vpeg型聚羧酸减水剂、粘度调节剂、消泡剂、抗泥剂、缓凝剂和防腐剂复合而成，各组分的质量百分比见表2。
表2
为了更好的说明本发明的实施效果，选择市售清水混凝土化学外加剂与实施例1-5所述的清水混凝土化学外加剂进行对比试验。c0是国内某知名品牌清水混凝土化学外加剂，有效固含量(即减水剂母液固含)14.6％；c1-c5是按实施例1-5配制出的清水混凝土化学外加剂，有效固含量在10.0-13.0％之间。以c40清水混凝土为例，在相同配合比条件下，采用50l卧式混凝土强制搅拌机，搅拌时间3分钟，控制拌合物的坍落度/扩展度为220/550±10mm，且各组拌合物不得出现离析、泌水现象，力学性能和耐久性能试块严格按照相关标准成型，构件成型采用50×50×25cm的木模，并用铁夹固定。对比结果见表3。
表3
由表3可知，与c0制备的c40清水混凝土相比，采用本发明所述外加剂c1-c5制备的c40清水混凝土的粘聚性与和易性更好，拌合物表面几乎无可见气泡，与水泥基材的相容性更好。并且，当机制砂的mb值由0.6变化至3.0时，c0的掺量相应的由2.8％增加至4.1％，而c1-c5的掺量变化不明显，在同等波动条件下，最大增幅仅为0.2％，这将更有利于清水混凝土在实际生产中的质量控制。
而且，由表3可知，工作性能方面，在同等初始条件下，c0混凝土3h即出现明显损失，4h后完全丧失工作性能，相比之下c1-c5混凝土3h工作性能基本无损失，4h内坍落/扩展度可达90％初始值，表现出了更佳的保塑能力。在混凝土强度及耐久性方面，可以看出c1-c5较c0更佳，相关指标也满足标准要求。
从脱模效果上看，c1-c5构件颜色均匀一致，模面基本无气泡，c0构件模面的颜色也较为均匀，但出现了少量气泡。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。