專利名稱：一種堿礦渣水泥混凝土減水劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混凝土外加劑技術(shù)領(lǐng)域,屬于節(jié)能環(huán)保新材料。具體涉及一種混凝土減水劑及其化學(xué)制備方法，該減水劑適用于堿礦渣水泥混凝土，能有效提高其綜合性能。
背景技術(shù)：
面對(duì)日益嚴(yán)峻的全球溫室氣體危害，減少二氧化碳的排放已經(jīng)成為全人類共同努力的目標(biāo)。然而，目前僅水泥工業(yè)排放的二氧化碳就占全球人類活動(dòng)二氧化碳總排放量的5%，每噸普通硅酸鹽水泥的生產(chǎn)將會(huì)排放0.9噸的二氧化碳，而未來(lái)四十年人類對(duì)水泥的需求只增不減，若要實(shí)現(xiàn)國(guó)際能源署設(shè)定的到2050年全球二氧化碳總排放量減半的目標(biāo)，水泥工業(yè)承受巨大壓力。尤 其是我們中國(guó)，因?yàn)橹袊?guó)市場(chǎng)的水泥產(chǎn)量占全球的一半，而且會(huì)繼續(xù)保持這一水平直到2030年。但值得慶幸的是，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種新型水泥一堿礦渣水泥，在不久的將來(lái)有望取代普通硅酸鹽水泥。堿礦渣水泥是利用工業(yè)副產(chǎn)品和廢渣為原材料制備的膠凝水泥才料，它不僅生成過(guò)程中排放的二氧化碳只有普通水泥的10%，而且相比而言其綜合性能比普通水泥更優(yōu)越。美國(guó)在70年代末研制出的派拉蒙特水泥(PyramentCement)，波蘭研制的“F-水泥”，和澳大利亞于2006年推出的“E-Crete ”產(chǎn)品就是這類堿礦渣水泥典型的代表。減水劑(又叫塑化劑)，它不僅能夠影響混凝土在新拌階段的工作性，而且能與水泥水化產(chǎn)物作用，從微觀、亞微觀層次上對(duì)混凝土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，從而滿足混凝土在施工性能、物理力學(xué)性能等方面的要求，因此減水劑的使用是提高混凝土強(qiáng)度、改善性能、減少水泥用量及節(jié)省能耗等方面的有效措施。有人將減水劑對(duì)混凝土的改性及改進(jìn)工藝等方面的成果歸納為水泥應(yīng)用科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的第三次重大突破，由此可見減水劑在混凝土工業(yè)中的重要地位。根據(jù)減水劑的發(fā)展階段，有木質(zhì)素磺酸鈉減水劑、萘系減水劑和目前廣泛使用的聚羧酸系減水劑。聚羧酸系減水劑作為新一代減水劑，能有效降低普通硅酸鹽水泥混凝土的需水量，然而在堿礦渣水泥混凝土中效果甚微，甚至起到反作用，根據(jù)其作用機(jī)理和堿礦渣水泥的結(jié)構(gòu)特性，可以對(duì)其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾和改進(jìn)，能在堿礦渣水泥混凝土中起到很好的效果。國(guó)內(nèi)外很多研究單位都在從事堿礦渣水泥減水劑的研究，并取得了一定的進(jìn)展，但是仍然沒(méi)有成型的商業(yè)化產(chǎn)品。在中國(guó)，該領(lǐng)域的研究起步較晚，目前尚無(wú)此類專利，中國(guó)市場(chǎng)也無(wú)此類產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提出一種工藝合理、操作簡(jiǎn)單的合成方法制備能適用于堿礦渣水泥混凝土的減水劑，以填補(bǔ)目前中國(guó)市場(chǎng)的空白。該減水劑能有效降低新拌堿礦渣混凝土的初始粘度，提高混凝土的流動(dòng)性和工作性，并減少水泥的用量，提高混凝土強(qiáng)度。本發(fā)明中減水劑的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式如下:
權(quán)利要求
1.一種適用于堿礦渣水泥混凝土的減水劑，其化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式如下:
2.權(quán)利要求1所述減水劑，其特征在于:所述聚乙二醇聚合度m為22或者43;所述單體N，N-二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯和聚乙二醇單甲醚(甲基)丙烯酸酯的摩爾百分比a和b分別為20%和80% ;所述最終聚合物的分子量范圍為10000 20000。
3.一種適用于堿礦渣水泥混凝土的減水劑，其合成的技術(shù)方案包括以下步驟: (1)大分子單體制備:將聚乙二醇單甲醚和丙烯酸(或甲基丙烯酸)加入到反應(yīng)容器中，再分別加入阻聚劑對(duì)苯二酚、催化劑濃硫酸和溶劑四氫呋喃攪拌均勻，待所有組分溶解后，澄清的透明溶液加熱至60°C進(jìn)行酯化反應(yīng)，保持反應(yīng)12 18小時(shí)；結(jié)束后，真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)抽去溶劑四氫呋喃，得到白色固體用正己烷洗滌之后真空低溫干燥備用； (2)聚合反應(yīng):配制聚乙二醇單甲醚(甲基)丙烯酸酯、N，N-二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯、偶氮二異丁腈和巰基乙醇的混合四氫呋喃溶液，密閉反應(yīng)釜，加熱至60°C，攪拌，聚合反應(yīng)10 12小時(shí)，結(jié)束后降低反應(yīng)溫度至室溫； (3)季胺鹽化反應(yīng):向聚合結(jié)束后的反應(yīng)釜中加入定量的甲基碘，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)4小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑四氫呋喃，得到固體粉末，加入水配制所需濃度的溶液，即得減水劑產(chǎn)品。
4.權(quán)利要求3所述減水劑，其特征在于:大分子單體可以是聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯，也可以是聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯；另外一種單體可以是N，N- 二甲基胺乙基丙烯酸酯，也可以是N，N- 二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯.
5.權(quán)利要求3所述減水劑，其特征在于:所述聚合反應(yīng)中的各組分添加量的摩爾比為:聚乙二醇單甲醚(甲基)丙烯酸酯:N，N-二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯:偶氮二異丁腈:巰基乙醇=40: 10: 5:1。
6.權(quán)利要求3所述減水劑，其特征在于:所述聚合反應(yīng)中反應(yīng)溫度宜控制在60°C左右。
7.權(quán)利要求3所述減水劑，其特征在于:所述季胺鹽化反應(yīng)中，甲基碘的添加量為N，N- 二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯的2倍摩爾量。
8.權(quán)利要求3所述減水劑，其特征在于:所述最終減水劑產(chǎn)品為重量百分比50%的水溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適應(yīng)于堿礦渣水泥混凝土的新型減水劑以及它的制備方法。該減水劑能有效降低新拌堿礦渣混凝土的初始粘度，提高混凝土的流動(dòng)性和工作性，并減少水泥的用量，提高混凝土強(qiáng)度。制備過(guò)程先以聚乙二醇單甲醚和(甲基)丙烯酸為主要原料合成聚乙二醇單甲醚(甲基)丙烯酸酯大分子單體，然后將該單體和N，N-二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯、偶氮二異丁腈、巰基乙醇混合共聚，共聚結(jié)束后，加入甲基碘繼續(xù)反應(yīng)，終止反應(yīng)再純化即制得本發(fā)明的新型堿礦渣混凝土減水劑。本發(fā)明確定了各個(gè)原料種類和配比、引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑用量、共聚反應(yīng)溫度和時(shí)間等工藝參數(shù)和條件。反應(yīng)條件溫和，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，利于工業(yè)化批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C08F4/04GK103073674SQ20121036415
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者徐江濤 申請(qǐng)人:徐江濤