一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法
技术领域
本发明属于混凝土外加剂技术领域,具体涉及一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法。
背景技术
聚羧酸减水剂作为新一代的绿色、环保型高性能减水剂,与水泥相容性优良,且具有掺量低、减水率高、保坍性好等优点,目前已在工程领域得到广泛的应用。
随着铁路、公路、机场等基础设施建设项目的增加,以及国家目前大力推广的装配式建筑政策,工程上对预制构件的需求量不断增多,研究适用于预制混凝土,能够大幅度提高混凝土早期强度,加速模板周转的早强型聚羧酸减水剂具有广阔的市场前景。
目前,早强型聚羧酸减水剂的制备主要通过合成和复配两种方法进行。合成的方法主要对聚羧酸减水剂分子结构进行设计,在其分子链上引入具有早强功能的官能团,而复配的方法主要是将普通型号聚羧酸减水剂与有机或无机早强剂组分进行复配。
虽然通过复配的方法可以提高混凝土早期强度,但亦会带来诸多问题,如复配硫酸钠,会导致混凝土制品表面析碱反霜;复配亚硝酸钠,会影响与聚羧酸减水剂的相容性,且复配早强剂会降低着混凝土的后期强度,影响混凝土的耐久性能。
专利CN101475664公开了一种用于混凝土预制构件的接枝共聚聚羧酸盐高性能减水剂,具有早期强度发展快、质量稳定等特点。这种聚羧酸减水剂主要分两步制备。第一步酯化反应:在催化剂、阻聚剂、带水剂的作用下,甲氧基聚乙二醇与丙烯酸进行酯化反应,制得甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯大单体;第二步聚合反应:在引发剂作用下,甲氧基聚乙二醇、丙烯酸或其它种类的第三单体进行自由基共聚。采用酯化工艺生产聚羧酸减水剂对设备要求较高,工艺复杂,时间较长,并且带水剂有一定毒性,挥发性大,不利于环保。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法。能有效提高混凝土早期强度,对混凝土后期强度及耐久性亦无影响,生产工艺简单,对环境友好。
为实现上述目的,本发明是通过下述技术方案实现的:一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将聚醚单体和去离子水混合,搅拌均匀,并加热至30℃,然后加入引发剂,继续搅拌;
(2)将富马酸醇胺酯、丙烯酸、链转移剂、还原剂、去离子水混合,搅拌均匀,配成混合溶液,并将所述混合溶液滴加到步骤(1)中;
(3)滴加完毕,于30℃保温搅拌反应2~4小时,然后加入水调节体系固含量,得到早强型聚羧酸减水剂。
所述富马酸醇胺酯的制备方法为:将富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺混合均匀,并加入吩噻嗪,搅拌均匀,升温至110℃,进行回流反应5小时。
所述聚醚单体、丙烯酸、富马酸醇胺酯、引发剂、还原剂、链转移剂之间的质量比为100:5.5~13.0:5.0~12.5:0.6~1.6:0.05~0.25:0.25~1.0。
所述步骤(1)中,聚醚单体与去离子水的质量之比为1.5~2.0:1。
所述步骤(2)中,去离子水的质量为富马酸醇胺酯、丙烯酸、链转移剂、还原剂质量之和的3~5倍。
所述步骤(2)中,控制滴加速度,在3h内将混合溶液滴完,以控制聚合更加均匀的进行,所述早强型聚羧酸减水剂的固含量为40%。
所述富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺的摩尔比为1:1.6:0.4;所述吩噻嗪的质量为富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺总质量的0.04%。
所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、叔丁基过氧化氢中的一种或两种。
所述还原剂为硫酸亚铁、硫代硫酸钠、次亚磷酸钠、L-抗坏血酸中的一种或两种。
所述链转移剂为巯基丙酸、巯基乙酸、甲基丙烯磺酸钠、十二烷基硫醇中的一种或两种。
所述聚醚单体为HPEG、TPEG、APEG中的一种;所述的聚醚单体平均分子量为2400-6000。
本发明提供的早强型聚羧酸减水剂的制备方法中,各原料的作用如下:
聚醚单体:与丙烯酸、富马酸醇胺酯进行自由基共聚,在聚羧酸减水剂中作为支链,产生空间位阻作用,使减水剂具有良好的减水效果。
富马酸醇胺酯:与聚醚大单体、丙烯酸进行自由基共聚,在减水剂中作为主链。
丙烯酸:与聚醚单体、富马酸醇胺酯进行自由基共聚,在减水剂中作为主链,使聚羧酸减水剂分子主链上带有大量的羧基官能团,产生静电斥力作用,使减水剂具有良好的减水效果。
引发剂:在还原剂作用下产生自由基,引发单体聚合。
还原剂:能使引发剂在较低的温度下产生自由基,降低反应体系活化能,并以合适的速率引发单体聚合。
链转移剂:能使链增长自由基发生自由基转移的物质,可控制聚合物链长度,以调节聚合物的相对分子质量。
本发明提供的制备方法制备得到的聚羧酸减水剂,在水泥水化环境中,富马酸醇胺酯缓慢水解,释放出一乙醇胺与二乙醇单异丙醇胺,一乙醇胺较之传统的三乙醇胺及二乙醇胺,能更迅速的促进水泥水化,早强效果更好,且不会因为过掺而导致混凝土缓凝,影响混凝土的早期强度,在实际应用中掺量范围更广,二乙醇单异丙醇胺能有效的提高混凝土后期强度。
本发明与现有技术相比,具有以下主要优点:
1.本发明制备的聚羧酸减水剂减水率高,坍落度经时损失小,与水泥的适应性良好。
2.本发明制备的早强型聚羧酸减水剂,不但能快速的提高混凝土早期强度,还能提高混凝土后期强度,不影响混凝土耐久性能。掺量范围广。
3.本发明制备工艺简单,反应周期短,对环境友好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将260gHPEG-2400、100gHPEG-3000和200g去离子水,放入四口烧瓶中,搅拌均匀,升温至30℃,加入1g过硫酸钾和1.98g叔丁基过氧化氢;
(2)将0.475gL-抗坏血酸、0.0912g硫酸亚铁、0.7g巯基丙酸、0.66g十二烷基硫醇、38g丙烯酸、20g富马酸醇胺酯和250g去离子水搅拌均匀,配成混合溶液,并将所述混合溶液滴加到步骤(1)中,控制滴加速度,在3h内滴完;
(3)滴加完毕后,继续在30℃保温搅拌反应2h,加入184g水制得40%固含的早强型聚羧酸减水剂。
所述富马酸醇胺酯的制备方法为:将富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺按照摩尔比1:1.6:0.4混合均匀,并加入占富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺总质量的0.04%的吩噻嗪,搅拌均匀,升温至110℃,进行回流反应5小时,即可得到所述富马酸醇胺酯。
实施例2
一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将250gHPEG-2400、110gHPEG-5000和200g去离子水,放入四口烧瓶中,搅拌均匀,升温至30℃,加入1.4g过硫酸铵和2.76g双氧水;
(2)将0.74g硫代硫酸钠、0.142g硫酸亚铁、1.0g巯基丙酸、0.95g巯基乙酸、30g丙烯酸、28g富马酸醇胺酯和250g去离子水搅拌均匀,配成混合溶液,并将所述混合溶液滴加到步骤(1)中,控制滴加速度,在3h内滴完;
(3)滴加完毕后,继续在30℃保温搅拌反应2h后,加入187.5g水制得40%固含的早强型聚羧酸减水剂。
所述富马酸醇胺酯的制备方法为:将富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺按照摩尔比1:1.6:0.4混合均匀,并加入占富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺总质量的0.04%的吩噻嗪,搅拌均匀,升温至110℃,进行回流反应5小时,即可得到所述富马酸醇胺酯。
实施例3
一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将360gHPEG-3000和200g去离子水,放入四口烧瓶中,搅拌均匀,升温至30℃,加入1.75g过硫酸铵和3.45g叔丁基过氧化氢;
(2)将0.38g L-抗坏血酸、0.1g次亚磷酸钠、1.4g巯基乙酸、1.33g十二烷基硫醇、35g丙烯酸、35g富马酸醇胺酯和250g去离子水搅拌均匀,配成混合溶液,并将所述混合溶液滴加到步骤(1)中,控制滴加速度,在3h内滴完;
(3滴加完毕后,继续在30℃保温搅拌反应2h后,加入207.5g水制得40%固含的早强型聚羧酸减水剂。
所述富马酸醇胺酯的制备方法为:将富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺按照摩尔比1:1.6:0.4混合均匀,并加入占富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺总质量的0.04%的吩噻嗪,搅拌均匀,升温至110℃,进行回流反应5小时,即可得到所述富马酸醇胺酯。
实施例4
一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将255gHPEG-2400、85gHPEG-5000和200g去离子水,放入四口烧瓶中,搅拌均匀,升温至30℃,加入0.75g过硫酸铵和1.48g叔丁基过氧化氢;
(2)将0.38g L-抗坏血酸、0.073g硫酸亚铁、1.0g巯基丙酸、1.98g十二烷基硫醇、20g丙烯酸、40g富马酸醇胺酯和250g去离子水搅拌均匀,配成混合溶液,并将所述混合溶液滴加到步骤(1)中,控制滴加速度,在3h内滴完;
(3滴加完毕后,继续在30℃保温搅拌反应2h后,加入158.5g水制得40%固含的早强型聚羧酸减水剂。
所述富马酸醇胺酯的制备方法为:将富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺按照摩尔比1:1.6:0.4混合均匀,并加入占富马酸、一乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺总质量的0.04%的吩噻嗪,搅拌均匀,升温至110℃,进行回流反应5小时,即可得到所述富马酸醇胺酯。
比较例1
为市售早强型聚羧酸减水剂。
比较例2
一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,其他同实施例1,只是将其中的富马酸醇胺酯替换为丙烯酸三乙醇胺酯。
实施效果比较:
为了评价本发明的早强型聚羧酸减水剂的早强性能,参照GB 8076-2008《混凝土外加剂》及GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的相关规定,采用混凝土试验检测本产品的各项性能,包括初始坍落度、30min坍落度及1d、3d、28d抗压强度等性能参数。
表1混凝土配合比(kg/m3)
材料 |
水泥 |
石子1 |
石子2 |
砂子 |
水 |
用量 |
400 |
800 |
260 |
740 |
150 |
注:水泥为海螺水泥P.O42.5。
试验结果见下表2所示。
表2各实施例和比较例中的早强型聚羧酸减水剂的试验数据
由表2可见,与普通聚羧酸减水剂相比,本发明制得的早强型聚羧酸减水剂减水率和保坍性能基本一致,混凝土1天强度提高了26.5%-68.5%,28天强度也比其提高了6.8%-13.1%;与市售早强型聚羧酸减水剂和比较例2制备得到的早强型聚羧酸减水剂相比,本发明制备的早强型聚羧酸减水剂不但能大幅提高混凝土早期强度,亦能较好的提高混凝土后期强度。随着减水剂掺量的增加,混凝土亦有良好的早强效果,并且生产工艺简单,对环境友好。
上述参照实施例对一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法进行的详细描述,是说明性的而不是限定性的,可按照所限定范围列举出若干个实施例,因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改,应属本发明的保护范围之内。