CN101774779B

CN101774779B - 一种梳形聚磺酸结构小坍落度混凝土保塑剂

Info

Publication number: CN101774779B
Application number: CN2010100179850A
Authority: CN
Inventors: 段国荣; 黄国泓; 龚英; 李爱梅
Original assignee: NANJING R&D HIGH TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING R&D HIGH TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2030-01-19
Also published as: CN101774779A

Abstract

本发明涉及一种特别适合小坍落度混凝土使用的梳形聚磺酸结构保塑剂，以烯丙基聚醚、苯乙烯磺酸钠和烯丙基磺酸钠为原料，其中烯丙基聚醚平均分子量为400～1500，其投料量占原料总摩尔量的50％～92％；苯乙烯磺酸钠与烯丙基磺酸钠的摩尔比为1∶0.2～5。各原料单体水溶液混合均匀，升温到65～98℃，滴加引发剂过硫酸铵溶液，2～4小时内滴加完毕，保温1小时，冷却至40℃以下，加液碱中和，出料得本保塑剂梳形聚磺酸结构聚合物。本聚合物在结构上综合了萘系及聚羧酸系两种减水剂的优点，可实现坍落度在7～9cm的小坍落度混凝土的良好保塑性，同时与萘系及聚羧酸系两种减水剂具有很好的物理及化学相溶性。

Description

一种梳形聚磺酸结构小坍落度混凝土保塑剂

技术领域：

本发明涉及一种能使混凝土保持良好塑性的减水剂，特别是一种梳形聚磺酸结构小坍落度混凝土保塑剂，属于混凝土添加剂领域。

背景技术

混凝土坍落度损失是混凝土施工中一个重要指标，坍落度损失过大会影响施工质量。混凝土坍落度损失的大小与混凝土含水量有关，而一定的含水量又是确保混凝土具有一定的和易性和流变性的前必要条件。高效减水剂可以较好地分散水泥颗粒，具有减水和缓凝的作用，即减小混凝土的加水量，同时又不影响和易性及流变性。萘系减水剂是目前混凝土行业中使用最广泛的减水剂品种；萘系减水剂对提高建筑物的质量和使用寿命、降低能耗、节省水泥及减少环境污染等方面都起着重要的作用。但是萘系减水剂对混凝土坍落度损失的控制能力不够理想。聚羧酸减水剂是常用的减水剂之一，它在控制混凝土坍落度损失方面具有一定的优越性，但它仅对大流动性混凝土能体现良好保塑性，而对于小坍落度混凝土则很难实现保塑效应，而且存在对水泥适应性差的问题，其掺量对混凝土的状态很敏感，实际应用中很难调节，而且聚羧酸减水剂的成本高昂。

如何有效控制坍落度损失是进一步推广应用高效减水剂和开发混凝土新技术必须解决的一大难题。

发明内容：

本发明的目的是针对目前尚难解决的小坍落度混凝土保塑性问题，提供一种对水泥适应性强、减水效果好，并对小坍落度混凝土也能保持良好塑性的梳形聚磺酸结构小坍落度混凝土保塑剂。

本发明混凝土保塑剂是含梳形聚磺酸结构的聚合物，由以下方法制得：

以烯丙基聚醚(简称APEG)、苯乙烯磺酸钠和烯丙基磺酸钠为原料，投料量为：烯丙基聚醚占原料总摩尔量的50％～92％，优选为70％～90％；苯乙烯磺酸钠与烯丙基磺酸钠的摩尔比为1∶0.2～5，优选为1∶0.5～2；

将烯丙基聚醚配成50～70％水溶液，苯乙烯磺酸钠和烯丙基磺酸钠分别配成20～30％水溶液，混合搅拌均匀，升温到65～98℃后，滴加引发剂过硫酸铵溶液，过硫酸铵用量为原料投料总重量的1～2％，控制引发剂在2～4小时内滴加完毕，再继续保温1小时，冷却至40℃以下，用液碱中和至pH值6.5～7.0，出料得式(2)梳形聚磺酸结构的聚合物，即为本发明保塑剂；

所说的原料中，烯丙基聚醚平均分子量为400～1500，结构式为：

L为8～34；优选为16～20。

所说烯丙基聚醚水溶液重量浓度为50～70％，所说苯乙烯磺酸钠和烯丙基磺酸钠水溶液重量浓度分别为20～30％，引发剂过硫酸铵溶液浓度5～10％。

本发明所得梳形聚磺酸结构的聚合物化学结构式如下：

式中：R₁和R₂为磺酸或磺酸钠基团，

x、s、m为不确定正整数，与具体的聚合反应条件有关。

本发明保塑剂的梳形聚磺酸结构聚合物中，烯丙基聚醚的长侧链可提高聚合物的分散保持性，磺酸基团具有缓慢吸附水泥颗粒的特性，获得持续作用效应，从而获得良好的保塑性。本保塑剂聚合物对水泥颗粒的吸附速度同磺酸基团与聚氧乙烯长侧链的相对含量比例有关，聚合物分子的HLB值与苯乙烯磺酸钠和烯丙基磺酸钠的比例有关，制备时，可根据不同的水泥特性及混凝土施工要求的需要，对投料比例进行调整，从而获得最佳的吸附作用效果和保塑效应。

本发明的产品可以与现有市售的萘系减水剂、氨基磺酸系减水剂、脂肪族减水剂及其它聚羧酸系减水剂复合使用，不但能有效改善新拌混凝土坍落度损失，而且会增加传统减水剂的分散性能，同时不影响混凝土的凝结时间和早期强度；本发明保塑剂与其它传统的减水剂一样，可以与其它引气剂、缓凝剂、早强剂及消泡剂等各种外加剂复合使用，以提高混凝土的综合性能。本保塑剂聚合物在结构上吸取了萘系及聚羧酸系两种减水剂的优点，巧妙地解决了结构与性能之间的设计，实现了小坍落度混凝土(坍落度在7～9cm)的良好保塑性，同时也解决了与萘系及聚羧酸系两种减水剂的物理及化学相溶性问题，其优异的综合性价比也为其大规模推广提供了成本保证。

综上所述，本发明保塑剂具有以下的优越性：

1)本保塑剂聚合物中的活性吸附点都是磺酸基团，增加了其与萘系外加剂的相互匹配性。

2)本保塑剂聚合物中含有带有聚氧乙烯链段的长侧链，结构上又与聚羧酸系外加剂相似，增加了其与聚羧酸系外加剂的相互匹配性。

3)本保塑剂原材料来源丰富，综合性价比高，具有很强的市场竞争力。

4)本保塑剂最大特点是对于初始坍落度在7～9cm的低塑性混凝土具有很强的保塑性，这正好弥补了萘系外加剂的不足之处。

5)生产工艺简单，工艺参数可控性强，易于产品的大规模普及。

6)整个生产过程及原材料对环境无污染，符合环保要求。

附图说明

图1为本发明产品的制备工艺流程图。

具体实施方式：

实施例1

1)取平均分子量为1000的烯丙基聚醚(APEG1000)150g，配成50～70％的水溶液；苯乙烯磺酸钠222.73g，配成20～30％的水溶液，烯丙基磺酸钠64.8g，配成20～30％的水溶液；引发剂40g，配成5～10％的水溶液。以上均为重量百分浓度。

2)在APEG水溶液中，依次加入苯乙烯磺酸钠及烯丙基磺酸钠水溶液，再加入63g水搅拌均匀，升温到95℃，开始滴加引发剂溶液，控制引发剂的滴加速度在2小时左右，滴加完毕，继续保温1小时，然后冷却至40℃以下，加液碱中和，至pH值在7.0，出料，得本发明梳形聚磺酸保塑剂。

为比较本发明产品的应用性能，将本保塑剂、纯聚羧酸减水剂、萘系减水剂及含5％本保塑剂的聚羧酸减水剂(5％取代聚羧酸)、含5％本保塑剂的萘系减水剂(5％取代萘系)分别按0.2％的折固掺量(即纯外加剂与水泥的重量百分比)掺入混凝土中，然后进行性能测试，具体数据见表1。

表1掺有本发明保塑剂与其它减水剂的混凝土性能指标

从表1的数据可以看到，本发明保塑剂与传统的萘系减水剂相比，它们的初始减水率相当，但本发明保塑性(坍落度保留率)要比萘系产品好得多，而二者综合成本相当，这决定了本发明保塑剂在目前市场上具有优异的竞争力；从表1还表明，本发明产品对聚羧酸及萘系产品的应用性能没有很大影响，可完全相互兼容，从而进一步提高了本保塑剂的应用范围。

实施例2

1)取烯丙基聚醚(APEG1000)150g，配成50～70％的水溶液；苯乙烯磺酸钠99g，配成20～30％的水溶液；烯丙基磺酸钠194.4g，配成20～30％的水溶液；引发剂47.76，配成5～10％的水溶液。以上均为重量百分浓度。

2)在APEG水溶液中，依次加入苯乙烯磺酸钠及烯丙基磺酸钠水溶液，再加入21g水搅拌均匀，升温到92℃，开始滴加引发剂溶液，控制引发剂的滴加速度在2小时左右，滴加完毕，继续保温1小时，然后冷却至40℃以下，加液碱中和至pH值在6.8，出料，得本发明梳形聚磺酸保塑剂。

实施例3

1)烯丙基聚醚(APEG1000)150g，配成50～70％的水溶液；苯乙烯磺酸钠148.49g，配成20～30％的水溶液；烯丙基磺酸钠97.2g，配成20～30％的水溶液；引发剂37.8g，配成5～10％的水溶液。以上均为重量百分浓度。

2)在APEG水溶液中，依次加入苯乙烯磺酸钠及烯丙基磺酸钠水溶液，搅拌均匀，升温到92℃，开始滴加引发剂溶液，控制引发剂的滴加速度在2小时左右，滴加完毕，继续保温1小时，然后冷却至40℃以下，加液碱中和，至pH值在6.5，出料，得本发明梳形聚磺酸保塑剂。

分别将实施例1、实施例2与实施例3制得的保塑剂按折固掺量0.2％(纯外加剂与水泥的重量百分比)加入混凝土中，混凝土中的水泥采用金宁羊水泥(P.II 42.5R)。混凝土的初始坍落度控制在7～9cm，2个小时后检测混凝土的坍落度保留率及相关指标性能，测定数据见对比表2。

表2a与b投料比不同对混凝土性能的影响

表中，a代表苯乙烯磺酸钠，b代表烯丙基磺酸钠。

从表2可见，改变苯乙烯磺酸钠与烯丙基磺酸钠的摩尔比，可以明显改变产品的性能，苯乙烯磺酸钠投料量在一定的范围内增加可以明显增加混凝土的初始减水性能，烯丙基磺酸钠投料量在一定的范围内增加，可以明显增加混凝土的保塑性能，而凝结时间及抗压强度没有受到明显的影响。因此，可以根据实际应用中的水泥及砂石料的具体特性来制定最佳配方，提高产品的谱适性。

Claims

1.一种梳形聚磺酸结构小坍落度混凝土保塑剂，其特征是由以下方法制得：

以烯丙基聚醚、苯乙烯磺酸钠和烯丙基磺酸钠为原料，投料量为：烯丙基聚醚占原料总摩尔量的50％～92％；苯乙烯磺酸钠与烯丙基磺酸钠的摩尔比为1∶0.2～5；

将烯丙基聚醚、苯乙烯磺酸钠和烯丙基磺酸钠分别配成水溶液，混合搅拌均匀，升温到65～98℃后，滴加引发剂过硫酸铵溶液，过硫酸铵用量为原料投料总重量的1～2％，控制引发剂在2～4小时内滴加完毕，保温1小时，冷却至40℃以下，用液碱中和至pH值6.5～7.0，出料得梳形聚磺酸结构的聚合物，即为保塑剂；

所说的原料烯丙基聚醚的平均分子量为400～1500，分子结构式为：

L为8～34。

2.根据权利要求1所述的梳形聚磺酸结构小坍落度混凝土保塑剂，其特征是L为16～20。

3.根据权利要求1所述的梳形聚磺酸结构小坍落度混凝土保塑剂，其特征是所说烯丙基聚醚占原料总摩尔量的70％～90％，苯乙烯磺酸钠与烯丙基磺酸钠的投料摩尔比为1∶0.5～2。

4.根据权利要求1或2或3所述的梳形聚磺酸结构小坍落度混凝土保塑剂，其特征是所说烯丙基聚醚水溶液重量浓度为50～70％，苯乙烯磺酸钠水溶液、烯丙基磺酸钠水溶液重量浓度分别为20～30％，引发剂过硫酸铵溶液的重量浓度为5～10％。