CN111763290A - 一种早强型聚羧酸减水剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土外加剂领域，公开一种早强型聚羧酸减水剂，以重量份计，本发明的早强型聚羧酸减水剂包括分子量为4000的长侧链聚醚单体240～300份、不饱和酸19～22.5份、双氧水1～1.2份、还原剂0.3～0.5份、分子量调节剂1～1.3份、功能型单体18～23.5份、水400～500份，其中自制早强功能单体8～10份、丙烯酰胺5～7份、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙烯磺酸1～1.5份、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵4～6份。本发明的早强型聚羧酸减水剂含有多种功能性官能团，能够显著提高混凝土的早期强度，对后期强度不影响，用于钢筋混凝土及预制构件，加快模具周转，提高生产效率，比常规早强剂具有更高的减水率、不含硫酸根离子、反应温度低、节约环保。
Description
技术领域
本发明属于混凝土外加剂领域，具体涉及一种早强型聚羧酸减水剂。
背景技术
近年来，随着我国高铁、地铁等的飞速发展和装配式建筑的大力推广，实行建筑构件的工厂预制和装配化施工，成为建筑业的发展的必然趋势。聚羧酸减水剂作为混凝土中最为重要的外加剂，而普通聚羧酸减水剂在道路、桥梁和预制构件生产中不能瞒足早期强度高这一性能。在预制混凝土生产中，不仅要求聚羧酸减水剂有较好的分散作用，还要求聚羧酸减水剂具有很好的提高早期强度，以此来提高模板周转速率，增加生产效率。普通聚羧酸减水剂具有延缓水泥水化，而且在温度减低环境下早期强度起来缓慢，这一问题就可以用早强型聚羧酸减水剂来解决。
目前，可以通过两个方法来提高早期强度，一种是在聚羧酸减水剂中复配有机无机早强剂，这种方法存在相容性差、掺量高，引入的一些无机盐离子对混凝土后期强度有不利影响；另一种方法是直接合成早强型减水剂，该方法目前有关报道不多，而且效果不明显，合成过程大多是高温反应。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是为了提供一种早强型聚羧酸减水剂，能够有效提高混凝土早期强度，合成工艺简单。
具体的：
一种早强型聚羧酸减水剂，它包括以下重量份的组分：长侧链聚醚单体240～300份、不饱和酸单体18～22.5份、马来酸三乙醇胺酯单体8～10份、丙烯酰胺5～6份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸1～1.5份、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵6～8份，所述的分子量为4000长侧链聚醚单体、不饱和酸单体、马来酸三乙醇胺酯单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵在氧化还原体系中共聚后得到早强型聚羧酸减水剂。
所述长侧链聚醚单体是分子量为4000的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚
所述不饱和酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐中的一种或两种。
所述马来酸三乙醇胺酯包括以下制备步骤：将马来酸酐与三乙醇胺按摩尔比1:2混合均匀，加入占马来酸酐和三乙醇胺总质量3%的对甲苯磺酸，120℃下反应4小时，得到马来酸三乙醇胺酯。
所述长侧链聚醚单体、不饱和酸单体、马来酸三乙醇胺酯单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸、基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵在氧化还原体系中共聚的具体步骤为:（1）将重量份的不饱和单体、马来酸三乙醇胺酯单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与水混合后制得浓度为55%～60%的溶液A，（2）将还原剂和链转移剂与水混合得到浓度为2%-2.5%的溶液B，（3）将长侧链聚醚单体在20℃搅拌溶解于水中得到浓度为50%～55%的溶液C，完后向溶液C中加入氧化剂，5min后向溶液C中分 别滴加溶液A和溶液B进行聚反应，溶液A在3h内匀速滴完，溶液B在3.5h内匀速滴完，(4)然后在30℃下保温1h后补水。
所述的氧化还原体系中的氧化剂为双氧水、过硫酸铵、过硫酸钾中的任意一种或几种混合，所述还原剂为L-抗坏血酸、吊白块、亚硫酸氢钠中的一种或两种。
所述氧化剂的用量为单体总量的0.36%～0.45%。
所述氧化剂和还原剂的摩尔比为4.4：1-8.5:1
所述链转移剂为巯基乙酸、3-巯基丙酸、巯基乙醇、次亚磷酸钠中的一种或两种，所述链转移剂占单体总量的0.39%～0.45%。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明所提供的早强型聚羧酸减水剂是短主链，长侧链的分子结构，所用的聚醚是长侧链，高分子量。长侧链聚羧酸对水泥的早期水泥水化有促进作用，具有早强的性能。
（2）本发明中的马来酸三乙醇胺酯是由马来酸酐和三乙醇胺酯化而得，把具有早强作用的三乙醇胺接枝到聚羧酸分子量上，能够促进水泥的早期水化，提高早期强度。
（3）马来酸三乙醇胺酯制备工艺简单，反应周期短。
（4）改性功能单体中含有多种功能性基团，包括三元醇胺、酰胺基、磺酸基、酯基、阳离子季铵盐等等，多种早强基团协同协同作用，早强效果更好，同时能够使交联体系的空间位阻效应增加，促进混凝土凝结，同时不会腐蚀钢筋，对混凝土后期强度无不利影响。
（5）本发明的早强型聚羧酸减水剂可以提高混凝土早期强度、加快模具周转、提高生产效率，比常规的早强剂具有更高的减水率、更低的含气量、更高增加混凝土的早期强度，同时不含氯离子、硫酸根离子，不会腐蚀钢筋，也不会使混凝土开裂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，所述实施例仅为本发明的优选实施列而已，并非全部实施例，基于本发明中的 实施方式，本领域普通技术人员创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例早强型聚羧酸减水剂，它包括长侧链聚醚单体、不饱和酸单体、马来酸三乙醇胺酯、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，在配有搅拌器、温度计和滴加装置的四口烧瓶中，加入240份分子量为4000的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和水，在25℃下搅拌溶解后，加入1份双氧水，同时滴加A液（19份丙烯酸、8份马来酸三乙醇胺酯、5份丙烯酰胺、1份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸和6份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的混合水溶液）和溶液B(0.32份L-抗坏血酸和1份巯基乙酸的混合水溶液)，其中溶液A在3h内匀速滴加结束，溶液B在3.5h内匀速滴加完毕，滴加完后在30℃下保温1h后加适量的水得到40%的早强型聚羧酸减水剂。
本实施例中马来酸三乙醇胺酯包括以下制备步骤：将马来酸酐与三乙醇胺按摩尔比1:2混合均匀，加入占马来酸酐和三乙醇胺总质量3%的对甲苯磺酸，120℃下反应4小时，得到马来酸三乙醇胺酯。
实施例二
本实施例早强型聚羧酸减水剂，它包括长侧链聚醚单体、不饱和酸单体、马来酸三乙醇胺酯、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，在配有搅拌器、温度计和滴加装置的四口烧瓶中，加入240份分子量为4000的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和水，在25℃下搅拌溶解后，加入1.1份双氧水，同时滴加A液（19份丙烯酸、8份马来酸三乙醇胺酯、5份丙烯酰胺、1份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸和6份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的混合水溶液）和溶液B(0.32份L-抗坏血酸和1份巯基乙酸的混合水溶液)，其中溶液A在3h内匀速滴加结束，溶液B在3.5h内匀速滴加完毕，滴加完后在30℃下保温1h后加适量的水得到40%的早强型聚羧酸减水剂。
其中，所述马来酸三乙醇胺酯的制备步骤同实施例1。
实施例三
本实施例早强型聚羧酸减水剂，它包括长侧链聚醚单体、不饱和酸单体、马来酸三乙醇胺酯、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，在配有搅拌器、温度计和滴加装置的四口烧瓶中，加入240份分子量为4000的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和水，在25℃下搅拌溶解后，加入1.1份双氧水，同时滴加A液（19份丙烯酸、8份马来酸三乙醇胺酯、5份丙烯酰胺、1份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸和6份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的混合水溶液）和溶液B(0.32份L-抗坏血酸和1.1份巯基乙酸的混合水溶液)，其中溶液A在3h内匀速滴加结束，溶液B在3.5h内匀速滴加完毕，滴加完后在30℃下保温1h后加适量的水得到40%的早强型聚羧酸减水剂。
其中，所述马来酸三乙醇胺酯的制备步骤同实施例1
实施例四
实施例早强型聚羧酸减水剂，它包括长侧链聚醚单体、不饱和酸单体、马来酸三乙醇胺酯、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，在配有搅拌器、温度计和滴加装置的四口烧瓶中，加入240份分子量为4000的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和水，在25℃下搅拌溶解后，加入1.2份双氧水，同时滴加A液（19份丙烯酸、8份马来酸三乙醇胺酯、5份丙烯酰胺、1份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸和6份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的混合水溶液）和溶液B(0.32份L-抗坏血酸和1.1份巯基乙酸的混合水溶液)，其中溶液A在3h内匀速滴加结束，溶液B在3.5h内匀速滴加完毕，滴加完后在30℃下保温1h后加适量的水得到40%的早强型聚羧酸减水剂。
其中，所述马来酸三乙醇胺酯的制备步骤同实施例1。
将本发明实施例和对比例进行混凝土试验，其对比例为市售40%早强型聚羧酸减水剂。混凝土力学性能按照GB/T50080-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中规定的方法进行，混凝土试验结果如下表所示：
由上表可见，本发明的早强型聚羧酸减水剂可以明显提高混凝土的早期强度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，它包括重量份的组分：长侧链聚醚单体240～300份、不饱和酸单体19～22.5份、马来酸三乙醇胺酯单体8～10份、丙烯酰胺5～6份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸1～1.5份、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵6～8份、氧化剂1～1.2份、还原剂0.3～0.5份、水400～500份；长侧链聚醚单体、不饱和酸单体、马来酸三乙醇胺酯单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵在氧化还原体系中共聚后得到早强型聚羧酸减水剂。
2.根据权利要求1所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述长侧链聚醚单体为分子量4000的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚。
3.根据权利要求1所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述的不饱和酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述的马来酸三乙醇胺酯包括以下制备步骤:将马来酸酐与三乙醇胺按摩尔比1:2混合均匀，加入占马来酸酐和三乙醇胺总质量3%的对甲苯磺酸，120℃下反应4小时，得到马来酸三乙醇胺酯。
5.根据权利要求1所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述长侧链聚醚单体、不饱和酸单体、马来酸三乙醇胺酯、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵在氧化还原体系中共聚的步骤为：（1）将重量份的不饱和酸单体、马来酸三乙醇胺酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与水混合后制得浓度为55%～60%的溶液A，(2)将还原剂和链转移剂与水混合得到浓度为2%-2.5%的溶液B，（3）将长侧链聚醚单体在20℃搅拌溶解于水中得到浓度为50%～55%的溶液C，完后向溶液C中加入氧化剂，5min后向溶液C中分别滴加溶液A和溶液B进行聚反应，溶液A在3h内匀速滴完，溶液B在3.5h内匀速滴完，(4)然后在30℃下保温1h后补水。
6.根据权利要求5所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述的氧化还原体系中的氧化剂为双氧水、过硫酸铵、过硫酸钾中的任意一种或几种混合，所述还原剂为L-抗坏血酸、吊白块、亚硫酸氢钠中的一种或两种。
7.根据权利要求5所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述氧化剂的用量为单体总量的0.36%～0.45%。
8.根据权利要求7所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述氧化剂和还原剂的摩尔比为4.4：1-8.5:1。
9.根据权利要求5所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述链转移剂为巯基乙酸、3-巯基丙酸、巯基乙醇、次亚磷酸钠中的一种或两种，所述链转移剂占单体总量的0.39%～0.45%。
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