CN103965414A - 一种早强型聚羧酸系减水剂、合成工艺及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种减水率高，早强效果好的聚羧酸系减水剂、合成工艺及使用方法。该减水剂的合成原料为异丁烯醇聚氧乙烯醚(HPEG)，丙烯酸(AA)，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，双氧水(H₂O₂)，抗坏血酸(VC)，巯基乙酸(TGA)，碱和水。合成步骤为：将AA和AMPS与水混合，配制成45%-65%的溶液A料；然后，将TGA和VC与水混合，配制成2%-5%的溶液B料；HPEG与水混合，配制成45%-65%的HPEG水溶液，向反应釜内加入HPEG水溶液，搅拌升温使其完全溶解。待温度升至(40-45)℃，加入H₂O₂，同时滴加溶液A料和溶液B料。控制溶液A料的滴加时间为(2-3)h，溶液B料的滴加时间为(2-3)h。滴加完毕后，恒温(1-2)h；待反应物冷却，调节pH值至6-8，即得所需产物。本发明工艺简单，产品性能稳定，具有良好的市场前景。

Description

一种早强型聚羧酸系减水剂、合成工艺及使用方法

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种早强型聚羧酸系减水剂、合成工艺及使用方法。

背景技术

作为第三代减水剂，聚羧酸系减水剂以其减水率高，保坍性好，收缩率低和环保等一系列优势，受到国内外减水剂行业和混凝土行业的推崇，并投入大量精力就其作用机理，分子结构与性能之间的关系，性能的提升，品种系列化及应用技术等方面开展研究工作。然而，我国在聚羧酸系减水剂研究方面的起步较晚，市场上聚羧酸系减水剂产品的品种单一，无法满足工程多样化的需求。当前，住宅产业化的推行力度正在加强，预制钢筋混凝土构件的需求量与日俱增，对混凝土减水剂的促凝和早强效果提出了新要求，以期通过混凝土的超早强，实现提前拆模，加快模板周转速度，尽早起吊运输和安装，或者构件制备工艺中减少甚至免去蒸汽养护费用，达到节省成本和节能降耗减排的多重效果。但普通型聚羧酸系减水剂通常会显著延缓水泥的水化，尤其是在低温条件下，掺加聚羧酸系减水剂的混凝土其早期强度发展缓慢，通常1d抗压强度仅能达到设计强度的15%-25%，3d抗压强度也只能达到设计强度的40%左右，致使普通型聚羧酸系减水剂难以满足预制钢筋混凝土构件的生产要求。除了预制钢筋混凝土构件外，铁路，公路，地铁，地下混凝土结构渗漏修复和快速加固等诸多特殊工程，都需要早强性能突出的减水剂。

目前，提高聚羧酸系减水剂早强性能的技术途径主要有两个：一是将普通型聚羧酸系减水剂与早强组分进行复配；二是从分子结构优化角度出发，设计合成本身具有早强效果的聚羧酸系减水剂。普通型聚羧酸系减水剂与早强组分复配而成的产品存在掺量大和组分间相容性差等问题，难以推广应用。因此，合成一种减水率高，早强效果好的聚羧酸系减水剂具有重大的经济，环境和社会意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减水率高，早强效果好，合成工艺简单，产品性能稳定的早强型聚羧酸系减水剂、合成工艺及使用方法。

本发明提出的一种早强型聚羧酸系减水剂，其合成原料为异丁烯醇聚氧乙烯醚，丙烯酸，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，双氧水，抗坏血酸，巯基乙酸，碱和水，各组分的质量比为：

异丁烯醇聚氧乙烯醚 100

丙烯酸 4-10

2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 2-6

双氧水 0.80-2.50

抗坏血酸 0.08-0.25

巯基乙酸 0.25-0.55

碱 0.75-1.50

水 100-250。

各组分较佳的质量比为：

异丁烯醇聚氧乙烯醚 100

丙烯酸 5-8

2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 3-5

双氧水 1.00-2.00

抗坏血酸 0.10-0.20

巯基乙酸 0.30-0.50

碱 0.80-1.20

水 150-200。

本发明中，所述异丁烯醇聚氧乙烯醚，其相对分子质量为2400-5400。

本发明中，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钙中的一种。

本发明提出的一种早强型聚羧酸系减水剂的合成工艺，其具体合成步骤为：

(1) 将丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸按比例与水混合，配制成质量百分数为45%-65%的溶液A料；

(2) 将巯基乙酸和抗坏血酸按比例与水混合，配制成质量百分数为2%-5%的溶液B料；

(3) 将异丁烯醇聚氧乙烯醚与水混合，配制成质量百分数为45%-65%的异丁烯醇聚氧乙烯醚水溶液；

(4) 向反应釜内加入配制好的异丁烯醇聚氧乙烯醚水溶液，搅拌升温使其完全溶解。待温度升至(40-45)℃，加入H₂O₂，并同时滴加溶液A料和溶液B料；控制滴加速度，使溶液A料的滴加时间为(2-3)h，溶液B料的滴加时间为(2-3)h，滴加完毕后，恒温(1-2)h；

(5) 待反应物冷却，用碱溶液中和，调节pH值至6-8，即得所需产物。

本发明中，采用异丁烯醇聚氧乙烯醚作为聚醚单体，通过水溶液自由基聚合反应制得的产物，相较于普通型聚羧酸系减水剂，其侧链较长且侧链密度较小。这种分子结构具有较强的位阻分散效应，且能加速水泥的水化，提高混凝土早期强度。磺酸基可以与水泥浆体中的氢氧化钙反应形成沉淀物，反过来加速硅酸三钙和铝酸三钙的水化，增加水泥浆体中的CSH凝胶的数量；它们也会促进针状钙矾石的生成，对混凝土早期强度的发展具有加速作用。

本发明的合成产物为淡黄色透明溶液，溶液质量百分比为20%-60%。当混凝土中减水剂掺量(折固)为胶凝材料质量的0.16%-0.20时，该减水剂表现出优异的早强效果，同时具有较高的减水率，能满足较高的施工要求。

本发明制备的早强型聚羧酸系减水剂，其中异丁烯醇聚氧乙烯醚作为聚醚单体，同时，选用丙烯酸作为聚合反应中的不饱和酸，接枝具有早强功能官能团的单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，以双氧水和抗坏血酸作为引发剂，通过水溶液自由基聚合反应制得早强型聚羧酸系减水剂。该产品制备工艺简单，性能稳定，具有良好的市场应用前景。

本发明可供外加剂生产厂生产，并广泛应用于预制钢筋混凝土构件，铁路，公路，地铁，地下混凝土结构渗漏修复和快速加固等诸多特殊工程，是一种较为理想的早强型聚羧酸系减水剂。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，一种早强型聚羧酸系减水剂、合成工艺及使用方法，以相对分子量为2400的异丁烯醇聚氧乙烯醚，丙烯酸，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，双氧水，抗坏血酸，巯基乙酸，氢氧化钠和水为合成原料。各组分的质量比分别为：异丁烯醇聚氧乙烯醚取100，丙烯酸取4，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸取2，双氧水取0.80，抗坏血酸取0.08，巯基乙酸取0.25，氢氧化钠取0.75，水取100。采取如下步骤进行合成：按上述质量比称取原料；将丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸按比例与水混合，配制成质量百分数为45%的溶液A料；将巯基乙酸和抗坏血酸按比例与水混合，配制成质量百分数为2%的溶液B料；将异丁烯醇聚氧乙烯醚与水混合，配制成质量百分数为65%的异丁烯醇聚氧乙烯醚水溶液；向反应釜内加入上述所得的异丁烯醇聚氧乙烯醚水溶液，搅拌升温使其完全溶解，待温度升至45℃后，滴加先前所得的溶液A料和溶液B料，控制溶液A料滴加时间为2小时，溶液B料滴加时间为2.5小时；待溶液B料滴加完毕后，恒温反应1小时；反应物冷却后，用氢氧化钠溶液中和，调节pH值至6，即得所需产物(记为HPEG-1)。所得产物的混凝土坍落度保持性按照GB8076-2008《混凝土外加剂》标准规定的方法进行测试；混凝土抗压强度按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定的方法进行测试，试验所得结果见表1。其中减水剂掺量(折固)为胶凝材料质量的0.18%，混凝土配合比为m_c: m_s: m_G=360:800:1000，水灰比m_w/m_c为0.43。

实施例2，一种早强型聚羧酸系减水剂、合成工艺及使用方法，以相对分子量为4400的异丁烯醇聚氧乙烯醚，丙烯酸，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，双氧水，抗坏血酸，巯基乙酸，氢氧化钙和水为合成原料。各组分的质量比分别为：异丁烯醇聚氧乙烯醚取100，丙烯酸取5，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸取4，双氧水取1.35，抗坏血酸取0.15，巯基乙酸取0.40，氢氧化钙取0.80，水取150。采取如下步骤进行合成：按上述质量比称取原料；将丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸按比例与水混合，配制成质量百分数为65%的溶液A料；将巯基乙酸和抗坏血酸按比例与水混合，配制成质量百分数为3%的溶液B料；将异丁烯醇聚氧乙烯醚与水混合，配制成质量百分数为45%的异丁烯醇聚氧乙烯醚水溶液；向反应釜内加入上述所得的异丁烯醇聚氧乙烯醚水溶液，搅拌升温使其完全溶解，待温度升至40℃后，滴加先前所得的溶液A料和溶液B料，控制溶液A料滴加时间为2.5小时，溶液B料滴加时间为2.5小时；待溶液B料滴加完毕后，恒温反应1.5小时；反应物冷却后，用氢氧化钙溶液中和，调节pH值至7，即得所需产物(记为HPEG-2)。所得产物的混凝土坍落度保持性按照GB8076-2008《混凝土外加剂》标准规定的方法进行测试；混凝土抗压强度按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定的方法进行测试，试验所得结果见表1。其中减水剂掺量(折固)为胶凝材料质量的0.16%，混凝土配合比为m_c: m_s: m_G=360:800:1000，水灰比m_w/m_c为0.43。

实施例3，一种早强型聚羧酸系减水剂、合成工艺及使用方法，以相对分子量为5400的异丁烯醇聚氧乙烯醚，丙烯酸，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，双氧水，抗坏血酸，巯基乙酸，氢氧化钠和水为合成原料。各组分的质量比分别为：异丁烯醇聚氧乙烯醚取100，丙烯酸取10，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸取6，双氧水取2.50，抗坏血酸取0.25，巯基乙酸取0.55，氢氧化钠取1.50，水取250。采取如下步骤进行合成：按上述质量比称取原料；将丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸按比例与水混合，配制成质量百分数为50%的溶液A料；将巯基乙酸和抗坏血酸按比例与水混合，配制成质量百分数为5%的溶液B料；将异丁烯醇聚氧乙烯醚与水混合，配制成质量百分数为50%的异丁烯醇聚氧乙烯醚水溶液；向反应釜内加入上述所得的异丁烯醇聚氧乙烯醚水溶液，搅拌升温使其完全溶解，待温度升至43℃后，滴加先前所得的溶液A料和溶液B料，控制溶液A料滴加时间为3小时，溶液B料滴加时间为2小时；待溶液B料滴加完毕后，恒温反应2小时；反应物冷却后，用氢氧化钠溶液中和，调节pH值至8，即得所需产物(记为HPEG-3)。所得产物的混凝土坍落度保持性按照GB8076-2008《混凝土外加剂》标准规定的方法进行测试；混凝土抗压强度按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定的方法进行测试，试验所得结果见表1。其中减水剂掺量(折固)为胶凝材料质量的0.20%，混凝土配合比为m_c: m_s: m_G=360:800:1000，水灰比m_w/m_c为0.43。

表1 实施例性能测试结果

Claims (6)

1.一种早强型聚羧酸系减水剂，其特征在于所述合成原料为异丁烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、双氧水，抗坏血酸、巯基乙酸、碱和水，各组分的质量比为：

异丁烯醇聚氧乙烯醚 100

丙烯酸 4-10

2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 2-6

双氧水 0.80-2.50

抗坏血酸 0.08-0.25

巯基乙酸 0.25-0.55

碱 0.75-1.50

水 100-250。

2.根据权利要求1所述的一种早强型聚羧酸系减水剂，其特征在于该减水剂的合成原料各组分的质量比为：

异丁烯醇聚氧乙烯醚 100

丙烯酸 5-8

2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 3-5

双氧水 1.00-2.00

抗坏血酸 0.10-0.20

巯基乙酸 0.30-0.50

碱 0.80-1.20

水 150-200。

3.根据权利要求1所述的一种早强型聚羧酸系减水剂，其特征在于所述异丁烯醇聚氧乙烯醚，其相对分子质量为2400-5400。

4.根据权利要求1所述的一种早强型聚羧酸系减水剂，其特征在于所述碱为氢氧化钠或氢氧化钙中的一种。

5.如权利要求1所述的一种早强型聚羧酸系减水剂的合成工艺，其特征在于具体步骤为：

(1) 将丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸按比例与水混合，配制成质量百分数为45%-65%的溶液A料；

(2) 将巯基乙酸和抗坏血酸按比例与水混合，配制成质量百分数为2%-5%的溶液B料；

(3) 将异丁烯醇聚氧乙烯醚与水混合，配制成质量百分数为45%-65%的异丁烯醇聚氧乙烯醚水溶液；

(4) 向反应釜内加入配制好的异丁烯醇聚氧乙烯醚水溶液，搅拌升温使其完全溶解；待温度升至(40-45)℃，加入H₂O₂，并同时滴加溶液A料和溶液B料；控制滴加速度，使溶液A料的滴加时间为(2-3)h，溶液B料的滴加时间为(2-3)h，滴加完毕后，恒温(1-2)h；

(5) 待反应物冷却，用碱溶液中和，调节pH值至6-8，即得所需产物。

6.如权利要求1所述的一种早强型聚羧酸系减水剂的使用方法，其特征在于施工应用时减水剂掺量(折固)为胶凝材料质量的0.16%-0.20%。