一種早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬混凝土外加劑制備領(lǐng)域，具體涉及一種早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑及 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚羧酸系高性能減水劑作為繼木質(zhì)素、萘系、脂肪族系和氨基磺酸鹽系等減水劑 之后研制生產(chǎn)成功的第三代新型高性能減水劑，具有摻量低、減水率高、坍落度保持好、與 水泥適應(yīng)性好、收縮率小等優(yōu)點(diǎn)，并且生產(chǎn)過程環(huán)保無污染，是環(huán)境友好型產(chǎn)品，目前已廣 泛應(yīng)用于各工程領(lǐng)域。
[0003] 我國近幾年在聚羧酸系高性能減水劑的研究和應(yīng)用方面發(fā)展迅速，應(yīng)用也從重大 工程逐漸轉(zhuǎn)向民用工程，其用量不斷增大，已成為國內(nèi)減水劑研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，但是普通 的聚羧酸系高性能減水劑具有一定的緩凝作用和引氣性，延長了混凝土的凝結(jié)時(shí)間，不利 于混凝土早期強(qiáng)度的提高和預(yù)制構(gòu)件的快速脫模。在工程需要提高混凝土的早期強(qiáng)度、加 快工程進(jìn)度時(shí)，不得不采用降低水膠比、提高水泥用量和加入復(fù)合型早強(qiáng)減水劑等途徑盡 快提高混凝土的早期強(qiáng)度。然而這將嚴(yán)重影響到混凝土的體積穩(wěn)定性，增大開裂的風(fēng)險(xiǎn)。并 且，傳統(tǒng)的復(fù)合型早強(qiáng)減水劑中早強(qiáng)組分又以氯鹽和硫酸鹽居多，這不可避免的增加了堿 集料反應(yīng)和鋼筋銹蝕的可能性，對(duì)混凝土的耐久性嚴(yán)重不利。醇胺類早強(qiáng)劑由于昂貴的價(jià) 格限制了其在實(shí)際工程中應(yīng)用。聚羧酸系高性能減水劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較大的自由度， 其性能也有較大的發(fā)展空間，開發(fā)出一種能夠加快水泥早期水化，提高混凝土早期強(qiáng)度，并 對(duì)混凝土后期強(qiáng)度、耐久性無顯著影響的聚羧酸系高性能減水劑已成必然。
[0004] 具有早強(qiáng)功能的聚羧酸系高性能減水劑能加快混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展，并對(duì)混凝 土的后期強(qiáng)度和耐久性無影響，能夠安全有效地解決在較低的氣溫環(huán)境下，水泥水化緩慢， 混凝土早期強(qiáng)度過低及凍害的問題，并且加快了施工進(jìn)度和模板周轉(zhuǎn)率，提高經(jīng)濟(jì)效益，具 有很好的應(yīng)用前景。本發(fā)明以此為出發(fā)點(diǎn)，通過選擇合適的引發(fā)體系，組成氧化還原體系， 引入特殊功能單體，得到一種早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑、其制備方法及使用方法。產(chǎn)品 性能優(yōu)異，減水率高，早期強(qiáng)度發(fā)展迅速，混凝土 Id抗壓強(qiáng)度比可達(dá)185%~198%，3d抗壓強(qiáng) 度比可達(dá)176%~187%，且生產(chǎn)工藝具有節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、簡化工藝、提高效率等一系列 優(yōu)勢，具有一定的市場競爭力，有利于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明所述的早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑適用于各等級(jí)商品混凝土、高速鐵 路、高速公路、大型橋梁、預(yù)制構(gòu)件、飛機(jī)場、港口建設(shè)等高品質(zhì)混凝土中。特別適用于具有 早強(qiáng)要求的各種混凝土工程施工和低溫環(huán)境下的混凝土施工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有聚羧酸系高性能減水劑早期強(qiáng)度發(fā)展 緩慢的缺陷，提供一種早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑及制備方法。本發(fā)明產(chǎn)品性能優(yōu)異，減 水率高，早期強(qiáng)度發(fā)展迅速，混凝土 1 d抗壓強(qiáng)度比可達(dá)185%~198%，3d抗壓強(qiáng)度比可達(dá)176% ~187%，加快了工程施工進(jìn)度和模板周轉(zhuǎn)率，提高經(jīng)濟(jì)效益，且生產(chǎn)工藝具有節(jié)能降耗、綠 色環(huán)保、簡化工藝、提高效率等一系列優(yōu)勢，具有一定的市場競爭力，有利于大規(guī)模生產(chǎn)和 應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明提出的一種早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑，由甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙 烯酸、馬來酸酐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸鈉、雙氧水、過硫酸銨、L-抗壞血 酸、二水甲醛合次硫酸氫鈉、巰基乙酸、巰基丙酸、氫氧化鈉和水組成。各組成的重量比如 下： 甲基烯丙基聚氧乙烯醚 100 丙烯酸 5-10 馬來酸酐 5-10 2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 0-10 甲基丙烯磺酸鈉 0-5 雙氧水 1.1-2.5 過硫酸銨 0.5-2.8 L-抗壞血酸 0.05-0.25 二水甲醛合次硫酸氫鈉 0.05-0.25 巰基乙酸 0-0.5 巰基丙酸 0-0.5 氫氧化鈉 10-20 水 110-200; 所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚其分子量為4800。
[0008] 各組分較佳的重量比為： 甲基烯丙基聚氧乙烯醚 100 丙烯酸 5-10 馬來酸酐 5-10 2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 2-6 甲基丙烯磺酸鈉 0-5 雙氧水 1.1-2.3 過硫酸銨 1.1-2.3 L-抗壞血酸 0.08-0.25 二水甲醛合次硫酸氫鈉 0.08-0.25 巰基乙酸 0.21-0.43 巰基丙酸 0.21-0.43 氫氧化鈉 13-16 水 160-200。
[0009]本發(fā)明中，所述雙氧水的濃度為30%。
[0010]本發(fā)明中，所述氫氧化鈉的濃度為30%。
[0011] 本發(fā)明中，所述水為去離子水。
[0012] 本發(fā)明中，所述丙烯酸為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品；所述馬來酸酐為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品;所述2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品;所述二水甲醛合次硫酸氫鈉為白色塊狀晶體。
[0013] 本發(fā)明提出的早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑的制備方法，具體步驟如下： 1) 按原料重量比稱取甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、馬來酸酐、2-丙烯酰胺-2-甲基 丙磺酸、甲基丙烯磺酸鈉、雙氧水、過硫酸銨、L-抗壞血酸、二水甲醛合次硫酸氫鈉、巰基乙 酸、巰基丙酸、氫氧化鈉和水； 2) 將甲基烯丙基聚氧乙烯醚、雙氧水、過硫酸銨、甲基丙烯磺酸鈉和占總用水量30%的 水，投入聚合反應(yīng)釜中，攪拌均勻； 3) 將丙烯酸、馬來酸酐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和占總用水量10%的水配制成溶液 A，將L-抗壞血酸、二水甲醛合次硫酸氫鈉、巰基乙酸、巰基丙酸和占總用水量20%的水配制 成溶液B。反應(yīng)釜中溶液溫度升高至30 °C時(shí)，同時(shí)滴加溶液A和溶液B溶液，溶液A在3.0~3.5 小時(shí)內(nèi)滴加完畢，溶液B在3.5~4.0小時(shí)內(nèi)滴加完畢。聚合反應(yīng)溫度為35 ± 2 °C，反應(yīng)釜攪拌 電機(jī)勻速攪拌； 4) 滴加完畢后，保溫進(jìn)行聚合反應(yīng)1~2小時(shí)，聚合溫度為35 ± 2°C ; 5) 用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至5~7,同時(shí)補(bǔ)加占總用水量40%的水，混合均勻，即得最終產(chǎn) 品。
[0014] 本發(fā)明中，甲基烯丙基聚氧乙烯醚與丙烯酸、馬來酸酐、甲基丙烯磺酸鈉、2-丙烯 酰胺-2-甲基丙磺酸發(fā)生聚合反應(yīng)。聚合反應(yīng)的產(chǎn)物在水泥-水漿體體系中吸附于水泥顆粒 表面，作為反應(yīng)產(chǎn)物的側(cè)鏈的甲基烯丙基聚氧乙烯醚，在水溶液中伸展開來產(chǎn)生空間位阻 作用，保持水泥顆粒的分散性，而且較長的側(cè)鏈長度有助于提高水泥分散體系的早期水化 率。而分子主鏈上的丙烯酸、馬來酸酐、甲基丙烯磺酸鈉引入了羧基和磺酸基、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸引入了酰胺基團(tuán)，對(duì)減水劑分子分散水泥顆粒起到促進(jìn)作用，且酰胺基團(tuán)可 促進(jìn)水泥水化。雙氧水、L-抗壞血酸、二水甲醛合次硫酸氫鈉、過硫酸銨在聚合反應(yīng)中起到 引發(fā)劑的作用，使各類大單體和小單體參與聚合反應(yīng)。巰基乙酸、巰基丙酸作為鏈轉(zhuǎn)移劑， 控制了合成減水劑的分子量。氫氧化鈉用來中和減水劑溶液的pH值。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于： 1)本發(fā)明提供了一種早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑。其為無色至淡黃色透明液體，濃度為 40%左右。當(dāng)在水泥凈漿中所述減水劑的添加量為水泥重量的0.3%~0.35%時(shí)，可使水灰比 為0.29的水泥凈漿初始流動(dòng)度為220mm~240mm。當(dāng)在混凝土中所述減水劑的添加量為水泥 重量的〇. 40%~0.45%時(shí)，新拌混凝土初始坍落度為200mm~220mm，減水率可達(dá)30%以上，混 凝土 1 d抗壓強(qiáng)度比可達(dá)185%~198%，3d抗壓強(qiáng)度比可達(dá)176%~187%，凝結(jié)時(shí)間明顯縮短?；?凝土初凝時(shí)間提前3小時(shí)左右，終凝時(shí)間提前1小時(shí)左右。
[0016] 2)本發(fā)明聚羧酸系減水劑的產(chǎn)品性能優(yōu)異，減水率高;堿含量低;不含氯離子，對(duì) 鋼筋無銹蝕;產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)于多種規(guī)格、型號(hào)的水泥，冬季無結(jié)晶；且生產(chǎn)工藝具有節(jié) 能降耗、綠色環(huán)保、簡化工藝、提高效率等一系列優(yōu)勢，具有一定的市場競爭力，有利于大規(guī) 模生產(chǎn)和應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施 例范圍之中，在不背離本發(fā)明的技術(shù)解決方案前提下，對(duì)本發(fā)明所做的本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員容易實(shí)現(xiàn)的任何改動(dòng)或改變都將歸入本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
[0018] 實(shí)施例1 一種早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑，按重量比計(jì)：由甲基烯丙基聚氧乙烯醚100、丙烯 酸10、馬來酸酐5、2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5、甲基丙烯磺酸鈉0、雙氧水2.1、過硫酸銨 0.5、L-抗壞血酸0.23、二水甲醛合次硫酸氫鈉0.08、巰基乙酸0、巰基丙酸0.39、氫氧化鈉14 和水180組成。
[0019] 該減水劑合成步驟如下： 1)按前述重量比稱取甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、馬來酸酐、2-丙烯酰胺-2-甲基 丙磺酸、