專利名稱：混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于混凝土預(yù)制構(gòu)件用的超早強(qiáng)型超塑化劑，這種超塑化劑在不延緩水泥凝結(jié)時間的前提下，不但能能夠顯著提高混凝土早期強(qiáng)度，而且具有優(yōu)異的坍落度保持能力，屬混凝土外加劑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
混凝土預(yù)制構(gòu)件是《建材工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)品。十一五期間，我國混凝土預(yù)制樁、排水管、壓力管和電桿等傳統(tǒng)預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)量保持了較快增長。與此同時國家一大批基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程對混凝土制品技術(shù)水平和質(zhì)量要求越來越高，促進(jìn)了混凝土與水泥制品行業(yè)新技術(shù)、新產(chǎn)品的快速發(fā)展，例如用于城市地鐵和過江隧道建設(shè)的關(guān)鍵部件混凝土盾構(gòu)管片、直徑達(dá)4米的高工壓大口徑鋼筒混凝土輸水管(PCCP) 、強(qiáng)度等級達(dá)到C80以上的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力(PHC)管樁、高速客運(yùn)專線取代軌枕的混凝土無砟道板、大型預(yù)制混凝土梁，體現(xiàn)建筑文化與生態(tài)和諧的各種裝飾混凝土及制品等。隨著住宅產(chǎn)業(yè)化的持續(xù)升溫，預(yù)制混凝土裝配整體式結(jié)構(gòu)施工技術(shù)由于其綠色、環(huán)保施工方式逐漸受到青睞，已經(jīng)被住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部列入了建筑業(yè)10項新技術(shù)之一?？梢灶A(yù)見，未來幾年混凝土預(yù)制構(gòu)件領(lǐng)域必將迎來新一輪的發(fā)展熱潮。預(yù)制混凝土雖然在生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、施工綠色化等方面同現(xiàn)澆混凝土相比顯示出了明顯的優(yōu)勢，但在節(jié)能減排、耐久性等方面也面臨著很大的壓力。混凝土預(yù)制構(gòu)件的共同特點(diǎn)是混凝土高強(qiáng)、早強(qiáng)，為了提高預(yù)制混凝土的早期強(qiáng)度，國內(nèi)外的主要技術(shù)途徑主要有改變水泥組成或細(xì)度、外加早強(qiáng)外加劑、以及熱養(yǎng)護(hù)制度等方法，但目前這些技術(shù)都或多或少存在著不同的缺陷。I)基于水泥組成或細(xì)度調(diào)控的早強(qiáng)技術(shù)目前為了提高混凝土早期強(qiáng)度，制造商不得不采用超細(xì)水泥和改變水泥礦物組成。水泥的細(xì)度越細(xì)，其早期水化速度越快，早期強(qiáng)度越高，但混凝土施工性能差、收縮大、易開裂。京津客運(yùn)專線曾采用高標(biāo)號超細(xì)水泥(比表面積達(dá)到600m2/kg)的德國技術(shù)方案生產(chǎn)板式無碴軌道板，該技術(shù)存在施工性能差、生產(chǎn)效率低、成本高的缺陷，難以適應(yīng)我國高速鐵路建設(shè)的需要。此外，還可通過調(diào)整水泥礦物相組成生產(chǎn)快硬硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽超早強(qiáng)水泥以及氟鋁酸鹽快凝快硬水泥等特種水泥來提高早期強(qiáng)度，但早期水化熱高、早期干縮率大，且后期強(qiáng)度及性能呈現(xiàn)下降；2)基于外加早強(qiáng)劑的早強(qiáng)技術(shù)早強(qiáng)外加劑在建材領(lǐng)域已經(jīng)有多年的應(yīng)用歷史，其應(yīng)用技術(shù)也較全面，但仍有一些技術(shù)問題難于解決。無機(jī)早強(qiáng)劑雖然早強(qiáng)效果較好，但摻量較高，并且混凝土后期強(qiáng)度倒縮嚴(yán)重，混凝土干燥收縮大，不利于混凝土耐久性，堿金屬鹽類早強(qiáng)劑還會增大混凝土堿-集料反應(yīng)的風(fēng)險，其使用越來越受制約。相對而言有機(jī)類早強(qiáng)劑使用起來比較安全可靠，但其摻加量難以控制，使用不當(dāng)容易造成混凝土嚴(yán)重緩凝和混凝土強(qiáng)度下降，而且其高昂的價格影響了其在混凝土行業(yè)的應(yīng)用；3)基于養(yǎng)護(hù)工藝調(diào)控的早強(qiáng)技術(shù)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中廣泛采用熱養(yǎng)護(hù)工藝提高早期強(qiáng)度，加快模板周轉(zhuǎn)速度。C50以上的地鐵管片、混凝土預(yù)制梁、混凝土管等預(yù)制構(gòu)件主要采用40-60°C下的蒸汽養(yǎng)護(hù)，蒸汽養(yǎng)護(hù)是這一類預(yù)制構(gòu)件的主要能耗環(huán)節(jié)。C80以上高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁或管片(PHC，PCCP)主要采用常壓與高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)合的兩段養(yǎng)護(hù)工藝，該工藝中高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)占據(jù)總養(yǎng)護(hù)能耗的90%以上，每生產(chǎn)1M3PHC管樁用于養(yǎng)護(hù)所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤達(dá)到40kg,同時排放二氧化碳30kg。蒸汽養(yǎng)護(hù)的混凝土構(gòu)件不但后期力學(xué)性能下降，而且構(gòu)件的耐久性降低。4)基于接枝共聚物分子結(jié)構(gòu)調(diào)控的超早強(qiáng)技術(shù)。最新研究證實接枝共聚物外加劑除可以賦予新拌混凝土高初始流動性和高工作性保持外，還可以采用現(xiàn)代分子裁剪技術(shù)賦予硬化混凝土超早強(qiáng)、低收縮，甚至滿足水化控制的要求等多種功能，水泥基材料超早強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展開辟了新的途徑。發(fā)明專利(EP1547986、US723287、EP2128110、ZL200710024394. 4,ZL200710024392. 5)采用超長側(cè)鏈聚醚的技術(shù)途徑，發(fā)明了提高混凝土早期強(qiáng)度的超早強(qiáng)型外加劑，雖然大幅度提高了混凝土早期強(qiáng)度，但聚醚側(cè)鏈長度的增加，加快了水泥早期水化，從而加劇了新拌混凝土早期的坍落度損失。隨著勞動力成本的增加，預(yù)制混凝土不但對早期強(qiáng)度有很高的要求，同時也要求混凝土實行泵送。綜上所述，采用傳統(tǒng)無機(jī)鹽或有機(jī)早強(qiáng)劑提高混凝土早期強(qiáng)度是不能令人滿意的，其摻量高，降低了混凝土后期強(qiáng)度；傳統(tǒng)水泥組成或細(xì)度調(diào)控的早強(qiáng)技術(shù)易收縮、開裂，混凝土耐久性不高；傳統(tǒng)高溫、高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)耗能高，不利于混凝土耐久性。這些傳統(tǒng)早強(qiáng)技術(shù)不能有效解決早強(qiáng)和高耐久的矛盾，不能滿足建筑業(yè)“節(jié)能、低碳、減排”的發(fā)展需求。而新型超早強(qiáng)型外加劑的早強(qiáng)效果令人滿意，但坍落度損失卻非常大。而采用復(fù)配保坍型外加劑或緩凝劑來提高其流動性保持性能，又劣化了混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的研究目的是研制能克服背景技術(shù)所述的那些缺點(diǎn)，生產(chǎn)技術(shù)相對簡單以及具有減水率高、早期增強(qiáng)效果好、流動性保持能力強(qiáng)的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑。申請人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，接枝共聚物側(cè)鏈長度是水泥水化速度的主要影響因素。側(cè)鏈越長，水泥水化越快，且長支鏈由于其強(qiáng)的空間位阻效應(yīng)導(dǎo)致共聚物優(yōu)異的分散性，也加快了水泥的水化，有利于混凝土早期強(qiáng)度的提高。申請人:經(jīng)研究驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過在主鏈上引入陽離子基團(tuán)，改善共聚物吸附行為，不但可以加快水泥早期水化，而且還可大幅度提升混凝土流動性保持能力。申請人:經(jīng)研究還發(fā)現(xiàn)，通過在主鏈上引入對水泥強(qiáng)堿性環(huán)境具有響應(yīng)的羥基酯類共聚單體，可進(jìn)一步提升新拌混凝土流動性保持能力?；谏鲜鲅芯?，本發(fā)明所述羧酸類接枝共聚物超塑化劑由單體a、單體b、單體c和單體d在水性介質(zhì)中發(fā)生自由基共聚反應(yīng)后加堿性化合物中和制備而成，其中單體a:單體b:單體c:單體d的摩爾比=1. 0:5. O 16. O: I. O 4. 0:2. O 6. O ；上述單體a用通式(I)表示
權(quán)利要求
1.一種混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于由單體a、單體b、單體c和單體d在水性介質(zhì)中發(fā)生自由基共聚反應(yīng)后加堿性化合物中和制備而成，單體a:單體b:單體c:單體d 的摩爾比為 I. 0:5. 0 16· O: I. 0 4· 0:2. 0 6· O ； 上述單體a用通式(I)表示
2.如權(quán)利要求I所述的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于通式(I)表示的單體a為聚亞烷基二醇單(甲基)丙烯酸酯單體時，是由烷氧基聚亞烷基二醇與(甲基)丙烯酸或與(甲基)丙烯酸酐的酯化合成物；或為(甲基)丙烯酸羥烷基酯與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷至少一種物質(zhì)的加成物，這些單體單獨(dú)使用或以兩種以上成份以任意比例的混合物形式使用。
3.如權(quán)利要求I所述的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于通式(2)表示的單體b為不飽和羧酸，選自丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸，或這些不飽和羧酸的單價金屬鹽、二價金屬鹽、銨鹽或有機(jī)胺鹽，這些單體單獨(dú)使用或以兩種以上任意比例的混合物形式使用。
4.如權(quán)利要求I所述的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于通式(3)表示的陽離子單體c選自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨，甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨，甲基丙烯酰氧丙基二甲基芐基氯化銨，丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨，丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨，丙烯酰胺基丙基二甲基芐基氯化銨，甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨或甲基丙烯酰胺基丙基二甲基芐基氯化銨，這些單體單獨(dú)使用或以兩種以上任意比例的混合物形式使用。
5.如權(quán)利要求I所述的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于通式(4)表示的羥基酯類單體d是(甲基)丙烯酸羥烷基酯，選自丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯或甲基丙烯酸羥丙酯，這些單體單獨(dú)使用或以兩種以上任意比例的混合物形式使用。
6.如權(quán)利要求I所述的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于采用自由基水溶性引發(fā)劑引發(fā)自由基共聚反應(yīng)，引發(fā)劑選自水溶性過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉或過氧化氫，或其中兩種以上任意比例的混合物，其用量是a、b、c、d四種單體總摩爾數(shù)的I. O 6. 0%。
7.如權(quán)利要求I所述的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于利用聚合鏈轉(zhuǎn)移劑選擇控制共聚反應(yīng)形成的共聚物的分子量，聚合鏈轉(zhuǎn)移劑在共聚過程中的用量為a、b、c、d四種單體總摩爾的I. O 5. 0%。
8.如權(quán)利要求I所述的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于共聚反應(yīng)時單體總質(zhì)量濃度控制在25 50%，反應(yīng)時間控制在5 10小時。
9.如權(quán)利要求I所述的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于單體和引發(fā)劑溶液采取分開同時滴加的方式，單體混合液和引發(fā)劑滴加時間控制在2. O 6. O小時，共聚反應(yīng)在60 100°C下進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求I所述的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于共聚反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)產(chǎn)物中加入堿性化合物調(diào)整pH值為6. O 10. 0，所述的堿性化合物選擇氨水、碳酸氫氨、有機(jī)胺、單價金屬或二價金屬的氫氧化物或其碳酸鹽。
11.如權(quán)利要求I所述的混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，其特征在于其重均分子量在,20，000 - 100，000。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混凝土預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，由單體a、單體b、單體c和單體d在水性介質(zhì)中發(fā)生自由基共聚反應(yīng)后加堿性化合物中和制備而成，單體a:單體b:單體c:單體d的摩爾比為1.0:5.0~16.0:1.0~4.0:2.0~6.0；本發(fā)明的預(yù)制構(gòu)件用超塑化劑，與傳統(tǒng)的高效減水劑相比，該外加劑具有如下特點(diǎn)(1)能明顯改善水泥的早期水化，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度；(2)能夠極大的改善聚醚長側(cè)鏈帶來的坍落度損失問題，提高了混凝土的保坍能力，能夠滿足泵送管樁混凝土的要求；(3)在低摻量下表現(xiàn)出了突出的分散性能、分散保持能力以及增強(qiáng)效果，尤其是早期增強(qiáng)效果顯著，且無論是在常溫或低溫早期增強(qiáng)效果都十分顯著，并中后期強(qiáng)度也增長穩(wěn)定，有利于加快模板周轉(zhuǎn)，提高施工進(jìn)度。
文檔編號C04B24/26GK102910855SQ20121039673
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者冉千平, 劉金芝, 劉加平, 周棟梁, 楊勇, 張建綱 申請人:江蘇博特新材料有限公司, 江蘇蘇博特新材料股份有限公司, 江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司, 姜堰市博特新材料有限公司