CN102241489A - 一种超缓凝型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超缓凝型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法，所述超缓凝缓型聚羧酸系减水剂以烯丙基聚乙二醇(数均相对分子质量为600-2400)、丙烯酸甲酯、马来酸酐、木质素磺酸钠、蔗糖脂肪酸酯，在过硫酸铵的作用下直接合成，氢氧化钠中和而得。原材料价格低廉，产品性能稳定，具有良好的市场前景。

Description

一种超缓凝型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种超缓凝型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法。

背景技术

混凝土外加剂是现代混凝土不可缺少的组分，可按使用者的具体要求对混凝土性能进行合理改善。在混凝土中掺入适量缓凝型减水剂，可延长混凝土凝结时间，减少坍落度损失，保证混凝土正常施工，提高工作效率，并且硬化后混凝土强度增长良好，适合于需要较长时间停放、较长距离运输的混凝土，以及免振自密实混凝土、大体积混凝土、炎热天气施工的混凝土等。在预应力钢筋混凝土后张法灌浆材料中，要求的混凝土凝结时间甚至达到十余天，其配制需要掺加缓凝效果非常强的减水剂，称为超缓凝减水剂。

目前，由于市场上聚羧酸系减水剂对混凝土凝结时间影响较小，对于需要凝结时间较长的混凝土，则必须复配使用缓凝组分，但研究和实践均发现，聚羧酸系减水剂与常用的缓凝组分相容性较差，这为复配工作带来了很大难度。而传统的萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂等与缓凝组分具有较好的兼容性，这为聚羧酸系减水剂在特殊工程中的应用带来了一定阻力。

由于聚羧酸系减水剂与常用缓凝组分的复配效果差，有时还存在不相溶的情况，对于需要超缓凝的混凝土工程，难以采用聚羧酸系减水剂，市场亟需具有超缓凝特性的聚羧酸系减水剂。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于一种超缓凝型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法，旨在解决现有技术中所存在的问题。

本发明的技术方案如下：

一种超缓凝型聚羧酸系减水剂，其中，所述超缓凝型聚羧酸系减水剂的组成成分包括烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、木质素磺酸钠、蔗糖脂肪酸酯、过硫酸铵、氢氧化钠，各组分的重量比为：

烯丙基聚乙二醇              100

丙烯酸甲酯                  3-50

马来酸酐                    0.1-50 

木质素磺酸钠                5-20

蔗糖脂肪酸酯                0.5-20

过硫酸铵                    0.1-20

氢氧化钠                    3-20。 

所述的超缓凝型聚羧酸系减水剂，其中，所述烯丙基聚乙二醇的数均相对分子质量为600-2400。

所述的超缓凝型聚羧酸系减水剂，其中，所述超缓凝型聚羧酸系减水剂为淡黄色至茶色透明液体，固体含量为30%~65%。

上述的超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备方法，其中，包括以下步骤：

S100、准确称取各原材料，将烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、蔗糖脂肪酸酯依次溶于一定质量的去离子水中，加入反应釜，混合，搅拌均匀；

S200、向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管，加入过硫酸铵，在50~100℃下，反应4~8小时；

S300、向反应釜中加入木质素磺酸钠，在50~100℃下，继续反应0.5~2小时；

S400、待反应物冷却后，用氢氧化钠溶液调节pH值至6~8。

所述的超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备方法，其中，步骤S100中所述去离子水的加入量为烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、蔗糖脂肪酸酯总重量的1.5至2.5倍。

上述的超缓凝型聚羧酸系减水剂的使用方法，其中，在混凝土中掺入占水泥质量0.6%-1.5%的超缓凝型聚羧酸系减水剂。

有益效果：本发明所提供的超缓凝型聚羧酸系减水剂，其不需与其它缓凝组分复配，只要合成时调整单体比例和反应参数，就可得到缓凝时间在6小时至300小时，而减水率大于25%的聚羧酸系减水剂产品，极大地方便施工。同时本发明所需的原材料来源广泛，工艺简单，生产安全，可供外加剂生产厂生产，产品可广泛应用于铁路、桥梁、大坝、机场等重大工程和各种普通工程。

具体实施方式

本发明提供一种超缓凝型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出的超缓凝型聚羧酸系减水剂，是以烯丙基聚乙二醇(数均相对分子质量为600-2400)、丙烯酸甲酯、马来酸酐、木质素磺酸钠、蔗糖脂肪酸酯、过硫酸铵、氢氧化钠为组分，各组分的重量比为：

烯丙基聚乙二醇              100

丙烯酸甲酯                  3-50

马来酸酐                    0.1-50 

木质素磺酸钠                5-20

蔗糖脂肪酸酯                0.5-20

过硫酸铵                    0.1-20

氢氧化钠                    3-20。

本发明的超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备方法如下：

S100、准确称取各原材料，将烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、蔗糖脂肪酸酯依次溶于一定质量的去离子水中，加入反应釜，混合，搅拌均匀； 

S200、向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管，加入过硫酸铵，在50~100℃下，反应4~8小时；

S300、向反应釜中加入木质素磺酸钠，在50~100℃下，继续反应0.5~2小时；

S400、待反应物冷却后，用氢氧化钠溶液调节pH值至6~8。

步骤S100中去离子水的加入量为烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、蔗糖脂肪酸酯总重量的1.5至2.5倍。

步骤S400中所用的氢氧化钠溶液是将按比例称取的氢氧化钠溶于水中配制而成的。

本发明的超缓凝型聚羧酸系减水剂中，烯丙基聚乙二醇带有PEO侧链，产生物理的空间阻碍作用，防止水泥颗粒凝聚，保持分散性，对产品的塑化效果起到关键作用。丙烯酸甲酯和马来酸酐能进一步增强产品的减水效果，且丙烯酸甲酯的存在能加强减水剂在水泥颗粒表面的锚固力。蔗糖脂肪酸酯含有较多羟基，能增强产品对水泥水化的延缓作用，随着其含量的增加，产品的缓凝作用增强。过硫酸铵为引发剂，可使各单体参与聚合反应。氢氧化钠用来调节pH值。引入木质素磺酸钠的目的，在于改善产品在水泥颗粒表面的吸附性能，增强其适应性，另外，木质素磺酸钠的存在有助于改善混凝土的和易性，提高保水性，减少泌水。

本发明的超缓凝型聚羧酸系减水剂为淡黄色至茶色透明液体，固体含量为30%~65%，在混凝土中掺入占水泥质量0.6%-1.5%的该产品，使混凝土具有很大的坍落度，而且用水量减少25%-40%，28天抗压强度提高130%-160%，更重要的是，混凝土的凝结时间延长6小时至300小时，满足工程的特殊施工要求。

本发明所需的原材料来源广泛，工艺简单，生产安全，可供外加剂生产厂生产，产品广泛应用于铁路、桥梁、大坝、机场等重大工程和各种普通工程。

实施例1

一种超缓凝型聚羧酸系减水剂，原材料组成如下：烯丙基聚乙二醇(数均相对分子质量为600)100，丙烯酸甲酯3，马来酸酐0.1，木质素磺酸钠5，蔗糖脂肪酸酯0.5，过硫酸铵0.1，氢氧化钠8。合成工艺为：（1）准确称取各原材料，将烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、蔗糖脂肪酸酯依此溶于一定质量的去离子水中，加入反应釜，混合，搅拌均匀；（2）向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管，加入过硫酸铵，在50℃下反应8小时；（3）向反应釜中加入木质素磺酸钠，在70℃下继续反应0.5小时；（4）待反应物冷却后，用氢氧化钠溶液调节pH值至6~8。掺入占水泥质量1.0%的该产品，混凝土坍落度达21cm，减水率为25%，初凝凝结时间延长6小时，28天抗压强度比为135%。

实施例2

一种超缓凝型聚羧酸系减水剂，原材料组成如下：烯丙基聚乙二醇(数均相对分子质量为1200)100，丙烯酸甲酯50，马来酸酐50，木质素磺酸钠20，蔗糖脂肪酸酯10，过硫酸铵20，氢氧化钠3。合成工艺为：（1）准确称取各原材料，将烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、蔗糖脂肪酸酯依此溶于一定质量的去离子水中，加入反应釜，混合，搅拌均匀；（2）向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管，加入过硫酸铵，在100℃下反应4小时；（3）向反应釜中加入木质素磺酸钠，在100℃下继续反应1.5小时；（4）待反应物冷却后，用氢氧化钠溶液调节pH值至6~8。掺入占水泥质量1.2%的该产品，混凝土坍落度达22cm，减水率为35%，初凝凝结时间延长300小时，28天抗压强度比为130%。

实施例3 

一种超缓凝型聚羧酸系减水剂，原材料组成如下：烯丙基聚乙二醇(数均相对分子质量为2400)100，丙烯酸甲酯20，马来酸酐30，木质素磺酸钠10，蔗糖脂肪酸酯20，过硫酸铵10，氢氧化钠20。合成工艺为：（1）准确称取各原材料，将烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、蔗糖脂肪酸酯依此溶于一定质量的去离子水中，加入反应釜，混合，搅拌均匀；（2）向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管，加入过硫酸铵，在80℃下反应6小时；（3）向反应釜中加入木质素磺酸钠，在80℃下继续反应2小时；（4）待反应物冷却后，用氢氧化钠溶液调节pH值至6~8。掺入占水泥质量0.6%的该产品，混凝土坍落度达22cm，减水率为40%，初凝凝结时间延长185小时，28天抗压强度比为138%。

实施例4

一种超缓凝型聚羧酸系减水剂，原材料组成如下：烯丙基聚乙二醇(数均相对分子质量为1800)100，丙烯酸甲酯50，马来酸酐0.1，木质素磺酸钠20，蔗糖脂肪酸酯15，过硫酸铵13，氢氧化钠12。合成工艺为：（1）准确称取各原材料，将烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、蔗糖脂肪酸酯依此溶于一定质量的去离子水中，加入反应釜，混合，搅拌均匀；（2）向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管，加入过硫酸铵，在100℃下反应6小时；（3）向反应釜中加入木质素磺酸钠，在50℃下继续反应0.5小时；（4）待反应物冷却后，用氢氧化钠溶液调节pH值至6~8。掺入占水泥质量1.5%的该产品，混凝土坍落度达22cm，减水率为38%，初凝凝结时间延长260小时，28天抗压强度比为160%。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种超缓凝型聚羧酸系减水剂，其特征在于，所述超缓凝型聚羧酸系减水剂的组成成分包括烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、木质素磺酸钠、蔗糖脂肪酸酯、过硫酸铵、氢氧化钠，各组分的重量比为：

烯丙基聚乙二醇              100

丙烯酸甲酯                  3-50

马来酸酐                    0.1-50 

木质素磺酸钠                5-20

蔗糖脂肪酸酯                0.5-20

过硫酸铵                    0.1-20

氢氧化钠                    3-20。

2.根据权利要求1所述的超缓凝型聚羧酸系减水剂，其特征在于，所述烯丙基聚乙二醇的数均相对分子质量为600-2400。

3.根据权利要求1所述的超缓凝型聚羧酸系减水剂，其特征在于，所述超缓凝型聚羧酸系减水剂为淡黄色至茶色透明液体，固体含量为30%~65%。

4.一种如权利要求1所述的超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、准确称取各原材料，将烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、蔗糖脂肪酸酯依次溶于一定质量的去离子水中，加入反应釜，混合，搅拌均匀；

S200、向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管，加入过硫酸铵，在50~100℃下，反应4~8小时；

S300、向反应釜中加入木质素磺酸钠，在50~100℃下，继续反应0.5~2小时；

S400、待反应物冷却后，用氢氧化钠溶液调节pH值至6~8。

5.根据权利要求4所述的超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备方法，其特征在于，步骤S100中所述去离子水的加入量为烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、蔗糖脂肪酸酯总重量的1.5至2.5倍。

6.一种如权利要求1所述的超缓凝型聚羧酸系减水剂的使用方法，其特征在于，在混凝土中掺入占水泥质量0.6%-1.5%的超缓凝型聚羧酸系减水剂。