一種早強型聚羧酸系高性能減水劑及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬混凝土外加劑制備領域，具體涉及一種早強型聚羧酸系高性能減水劑及 制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚羧酸系高性能減水劑作為繼木質素、萘系、脂肪族系和氨基磺酸鹽系等減水劑 之后研制生產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 水泥適應性好、收縮率小等優點，并且生產過程環保無污染，是環境友好型產品，目前已廣 泛應用于各工程領域。
[0003] 我國近幾年在聚羧酸系高性能減水劑的研究和應用方面發展迅速，應用也從重大 工程逐漸轉向民用工程，其用量不斷增大，已成為國內減水劑研究和開發的熱點，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時間，不利 于混凝土早期強度的提高和預制構件的快速脫模。在工程需要提高混凝土的早期強度、加 快工程進度時，不得不采用降低水膠比、提高水泥用量和加入復合型早強減水劑等途徑盡 快提高混凝土的早期強度。然而這將嚴重影響到混凝土的體積穩定性，增大開裂的風險。并 且，傳統的復合型早強減水劑中早強組分又以氯鹽和硫酸鹽居多，這不可避免的增加了堿 集料反應和鋼筋銹蝕的可能性，對混凝土的耐久性嚴重不利。醇胺類早強劑由于昂貴的價 格限制了其在實際工程中應用。聚羧酸系高性能減水劑分子結構設計具有較大的自由度， 其性能也有較大的發展空間，開發出一種能夠加快水泥早期水化，提高混凝土早期強度，并 對混凝土后期強度、耐久性無顯著影響的聚羧酸系高性能減水劑已成必然。
[0004] 具有早強功能的聚羧酸系高性能減水劑能加快混凝土早期強度的發展，并對混凝 土的后期強度和耐久性無影響，能夠安全有效地解決在較低的氣溫環境下，水泥水化緩慢， 混凝土早期強度過低及凍害的問題，并且加快了施工進度和模板周轉率，提高經濟效益，具 有很好的應用前景。本發明以此為出發點，通過選擇合適的引發體系，組成氧化還原體系， 引入特殊功能單體，得到一種早強型聚羧酸系高性能減水劑、其制備方法及使用方法。產品 性能優異，減水率高，早期強度發展迅速，混凝土 Id抗壓強度比可達185%~198%，3d抗壓強 度比可達176%~187%，且生產工藝具有節能降耗、綠色環保、簡化工藝、提高效率等一系列 優勢，具有一定的市場競爭力，有利于大規模生產和應用。
[0005] 本發明所述的早強型聚羧酸系高性能減水劑適用于各等級商品混凝土、高速鐵 路、高速公路、大型橋梁、預制構件、飛機場、港口建設等高品質混凝土中。特別適用于具有 早強要求的各種混凝土工程施工和低溫環境下的混凝土施工。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題在于克服現有聚羧酸系高性能減水劑早期強度發展 緩慢的缺陷，提供一種早強型聚羧酸系高性能減水劑及制備方法。本發明產品性能優異，減 水率高，早期強度發展迅速，混凝土 1 d抗壓強度比可達185%~198%，3d抗壓強度比可達176% ~187%，加快了工程施工進度和模板周轉率，提高經濟效益，且生產工藝具有節能降耗、綠 色環保、簡化工藝、提高效率等一系列優勢，具有一定的市場競爭力，有利于大規模生產和 應用。
[0007] 本發明提出的一種早強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]本發明中，所述雙氧水的濃度為30%。
[0010]本發明中，所述氫氧化鈉的濃度為30%。
[0011] 本發明中，所述水為去離子水。
[0012] 本發明中，所述丙烯酸為工業級產品；所述馬來酸酐為工業級產品;所述2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸為工業級產品;所述二水甲醛合次硫酸氫鈉為白色塊狀晶體。
[0013] 本發明提出的早強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。反應釜中溶液溫度升高至30 °C時，同時滴加溶液A和溶液B溶液，溶液A在3.0~3.5 小時內滴加完畢，溶液B在3.5~4.0小時內滴加完畢。聚合反應溫度為35 ± 2 °C，反應釜攪拌 電機勻速攪拌； 4) 滴加完畢后，保溫進行聚合反應1~2小時，聚合溫度為35 ± 2°C ; 5) 用氫氧化鈉調節pH值至5~7,同時補加占總用水量40%的水，混合均勻，即得最終產 品。
[0014] 本發明中，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-甲基丙磺酸發生聚合反應。聚合反應的產物在水泥-水漿體體系中吸附于水泥顆粒 表面，作為反應產物的側鏈的甲基烯丙基聚氧乙烯醚，在水溶液中伸展開來產生空間位阻 作用，保持水泥顆粒的分散性，而且較長的側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，對減水劑分子分散水泥顆粒起到促進作用，且酰胺基團可 促進水泥水化。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中起到 引發劑的作用，使各類大單體和小單體參與聚合反應。巰基乙酸、巰基丙酸作為鏈轉移劑， 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] 本發明的有益效果在于： 1)本發明提供了一種早強型聚羧酸系減水劑。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，可使水灰比 為0.29的水泥凈漿初始流動度為220mm~240mm。當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，新拌混凝土初始坍落度為200mm~220mm，減水率可達30%以上，混 凝土 1 d抗壓強度比可達185%~198%，3d抗壓強度比可達176%~187%，凝結時間明顯縮短。混 凝土初凝時間提前3小時左右，終凝時間提前1小時左右。
[0016] 2)本發明聚羧酸系減水劑的產品性能優異，減水率高;堿含量低;不含氯離子，對 鋼筋無銹蝕;產品適應性強，適應于多種規格、型號的水泥，冬季無結晶；且生產工藝具有節 能降耗、綠色環保、簡化工藝、提高效率等一系列優勢，具有一定的市場競爭力，有利于大規 模生產和應用。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合實施例對本發明做進一步說明，但并不因此將本發明限制在所述的實施 例范圍之中，在不背離本發明的技術解決方案前提下，對本發明所做的本領域普通技術人 員容易實現的任何改動或改變都將歸入本發明的權利要求范圍之內。
[0018] 實施例1 一種早強型聚羧酸系高性能減水劑，按重量比計：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、