多元酸鹽高效減水劑和合成工藝的製作方法
2023-06-21 07:38:26 1
專利名稱：多元酸鹽高效減水劑和合成工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多元酸鹽高效減水劑和合成工藝。
背景技術：
從1935年木質素磺酸鹽減水劑研製成功並開始推廣應用以來，外加劑的發展已有60餘年的歷史。外加劑的成功應用給混凝土技術的發展帶來了一次真正的革命，因為外加劑的應用不僅能夠影響混凝土在新拌階段的是共性，而且能夠從微觀、亞微觀層次上改善硬化混凝土體的結構，從而使得人們可以藉助於摻加外加劑的手段對混凝土進行改性，以滿足其在施工性能、力學性能和耐久性能等方面的各種要求。在過去的60餘年中，混凝土技術不斷進步，以羥羧酸鹽為原料的減水劑(第一代產品)的減水率在5％左右，以木質素磺酸鹽類混凝土減水劑(第二代產品)的減水率在10％左右。密胺類和萘系類減水劑(第三代)的減水率達20％左右。當把這些外加羈絆和入混凝土中，靜電斥力作用會減小水的用量。但這幾類減水劑，特別是萘系的高校減水劑具有坍落度損失大等缺點，因此開發一種減水率更大，並且坍落度損失小的新型減水劑具有非常重要的意義。
針對傳統混凝土減水劑減水率小，坍落度損失大等缺陷。國外推出了以聚羧酸鹽為材料製成的減水劑。其最主要的優點包括30％-40％的高減水率，使水泥及膠凝材料的性能達最佳狀態；幾乎不緩凝而維持混凝土的坍落度，以往緩凝過長這一缺陷通常是因摻加減水劑而造成的；能同各種類型的水泥、火山灰以及其他外摻劑配合使用；能提高用以替代波特蘭水泥的粉煤灰及磨細礦渣的摻加量。
摻量低、坍落度損失小以及能同其他外摻劑配合使用僅僅是新型聚合物減水劑是其優點的一部分；此外，通過使用新型聚羧酸鹽減水劑還可以製備出流平混凝土，這種混凝土具有極佳的流動性，無需振搗，僅通過重力便可使混凝土密實。
由於聚羧酸鹽類減水劑具有如此多的優點，本發明力圖採用國內開發合成的此類減水劑來改善混凝土各種物理力學性能，並研究國產聚羧酸鹽類減水率與水泥的適應性。
國外對聚羧酸鹽減水劑進行了較為深入的研究，並在工程中獲得應用。但國內對此類減水劑的合成和應用技術缺乏較系統的研究，所以，本發明人採用國產合成的聚羧酸鹽減水劑對混凝土改性。研究國產的此類減水劑對混凝土各種物理力學性能影響和國產聚羧酸鹽類減水給與水泥的適應性是本發明要探索的主要問題之一。
發明內容
本發明的目的是提供一種多元酸鹽高效減水劑，即聚羧酸鹽減水劑。
本發明的另一目的是提供上述聚羧酸鹽減水劑的合成工藝。
本發明的聚羧酸鹽減水劑具有如下結構式 其中，n＝8-10，m＝20-25，p＝11-14，q＝20-24。其平均分子量為20000-25000。
本發明的多元酸高效減水合成工藝是先將含雙鍵的丙烯酸、乙烯基單體，用氧化還原體系作引發劑，進行自由基共聚反應，生成帶枝鏈的聚合物，然後對聚合物進行磺化反應。在反應中選擇可與丙烯酸單體進行共聚的乙烯基單體，將該單體引入大分子後又可在中溫條件下進行磺化反應，引入磺酸基。
本發明的多元酸高效減水劑合成方法如下所述在70-100℃和水存在下，聚氧化乙烯、丙烯酸和甲基丙烯酸的單體進行縮聚和酯化反應1-5小時；再加入丙烯酸磺酸鈉和氧化還原體系引發劑或含有氧化還原體系引發劑的水溶液，在70-100℃溫度下反應1-5小時；或者必要時再用稀鹼調節至PH＝6-7，所述稀鹼是一價或二價金屬的氫氧化物。如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰等。
本發明中，所述的引發劑是過硫酸銨和硫酸亞鐵的混合物，其中聚氧化乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸磺酸鈉、過硫酸銨、硫酸亞鐵和水的摩爾比是1∶2-2.8∶0.4-0.6∶0.55-0.7∶0.002-0.003∶0.004-0.006。所述的水最好是蒸餾水。
採用本發明的工藝時，推薦先將聚氧化乙烯加熱溶解，然後與丙烯酸、甲基丙烯酸進行聚合和酯化反應。
採用本發明的合成工藝，方法簡便，原料易得。本發明的多元酸高效減水劑不僅對各種水泥有良好的適應性，當摻量為0.3％水泥量時，減水率35％以上；而且混凝土坍落度損失2小時小於10％。
具體實施例方式
通過下述實施例將有助於理解本發明，但並不限制本發明的內容實施例1 多元酸高效減水劑的合成工藝將水加入三口燒瓶中，加入140-150g聚氧化乙烯，邊攪拌邊升溫至80℃左右，直至聚氧化乙烯全部溶解。將7-9g丙烯酸、1.5-2.5g甲基丙烯酸，逐步加入上述溶液，緩慢升溫至90℃，在酸性條件下，進行縮聚和酯化反應。引入長枝鏈和羥基，以改善混凝土的經時性。1-2小時後，加入7-8g丙烯酸磺酸鈉，加完後，繼續攪拌5-30分鐘，使反應物混合均勻。加入氧化還原體系引發劑或含有30％引發劑的水溶液，該引發劑為0.04-0.05g過硫酸銨0.03-0.04g硫酸亞鐵，控制反應溫度-80℃，進行自由基聚合反應，反應1-5小時，呈現出棕色稠狀液體。檢查pH值，用0.1-1N氫氧化鈉調節至pH＝6-7，得最後成品。
實施例2 多元酸高效減水劑的性能根據試驗要求和目的，確定各種摻量聚羧酸鹽減水劑進行混凝土物理力學性能試驗和耐久性試驗，測定方法和結果如下一.測定方法1、採用GB8077——2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》測定聚羧酸鹽減水劑的減水率和與各種水泥的適應性。
2、混凝土坍落度和坍落度損失試驗按照GB8076——1997《混凝土外加劑》進行。
3、混凝土抗壓強度、抗折強度測定採用GBJ81——85《普通混凝土力學性能試驗方法》進行。抗壓強度試件為100*100*100MM，抗折強度試件為100*100*450mm，標準養護至(8小時、12小時、1天、7天、28天)測試其強度。以確定其早強作用和增加效應。
4、混凝土碳化試驗按照GBJ82——85普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法中快速碳化試驗進行。採用100*100*300MM長方體試件，標準養護26天，在60度溫度烘箱內48小時去處。試驗步驟如下(1)試塊除兩個相對的長方形側面外，其餘四個面均用石蠟密封。在側面上順長度方向用鉛筆以10mm間距畫出平行線，以預估碳化深度的測量點。
(2)將試塊放入碳化箱內，各試塊經受碳化的表面之間的間距至少不小於50mm。徐徐充入CO2氣體，使箱內的CO2濃度保持在20+3％，相對溼度為70+5％。碳化試驗在20+2度的溫度下進行。
(3)碳化達到預定齡期(3、7、14、28和56天)取出，在壓力機上垂直於碳化面劈裂，每次切除約50mm左右。用石蠟將破型後試塊的切斷面封好，再放入碳化箱內至下一個齡期。
(4)將切除所保的試塊隨即噴上濃度為1％的酒精酚酞濃度30秒鐘後，按照預估的測量點測出各點的碳化深度。如果測點處有骨料，則取該顆粒兩側處碳化深度的平均值做為該點的深度值(測量精確至1mm)。
(5)將所測碳化深度數值取平均值(精確0.1mm)，便測得該齡期的碳化深度。
5、混凝土氣滲試驗按照RILEM.TC.116-PCD步驟進行。每組兩塊，試塊採用直徑150mm，高度為50mm的圓柱體。養護時儘量減少試塊與外界環境的水分交換。養護在20度的室內進行。自然養護28天後，在105+5度的烘箱內烘乾後取出，立即將試塊密封保存。採用氮氣作為滲透氣體。滲透壓力分別為1.5bar、2.0bar、3.0bar(絕對壓力)。計算各壓力下的K，取平均值即得各配比混凝土的滲透係數K。
6、混凝土氯離子滲透性能採用ASTM建議的應用直流電快速法測定混凝土氯離子滲透性能。試件尺寸為直徑100MM、高度50mm的圓柱狀混凝土。
7、混凝土抗滲性能按照GBJ82——1985 普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行。試件尺寸為上下底直徑各為175mm和185mm，高度為150mm的園臺體，標準養護28天後裝機進行試驗。
8、快速法凍融循環試驗採用SD105-82規定進行。試件尺寸為100*100*400mm。當試件標準養護28天後進行300次凍融循環再測定其動態模量損失。
二.測定結果一、工作性聚羧酸鹽高效減水劑 萘系減水劑流動度 210 150摻量 1％ 1％二、強度(水泥用量480kg/m2，配合比相同)3天強度56mpa 49mpa7天強度68mpa 58mpa28天強度 81mpa 73mpa摻量皆為1％
權利要求
1.一種多元酸鹽高效減水劑，其具有如下結構式 其中，n＝8-10，m＝20-25，p＝11-14，q＝20-24。
2.如權利要求1所述的多元酸鹽高效減水劑，其特徵是該多元酸鹽高效減水劑平均分子量20000-25000。
3.如權利要求1所述的多元酸鹽高效減水劑的合成工藝，其特徵是在70-100℃和水存在下，聚氧化乙烯、丙烯酸和甲基丙烯酸的單體反應1-5小時；再加入丙烯酸磺酸鈉和含有引發劑的水溶液，在70-100℃溫度下反應1-5小時；或者再用或不用稀鹼調節至PH＝6-7；所述的引發劑是過硫酸銨和硫酸亞鐵，其中聚氧化乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸磺酸鈉、過硫酸銨和硫酸亞鐵的摩爾比是1∶2-2.8∶0.4-0.6∶0.55-0.7∶0.002-0.003∶0.004-0.006。
4.如權利要求3所述的多元酸鹽高效減水劑的合成工藝，其特徵是所述的稀鹼是0.001-5N的一價或二價金屬的氫氧化物。
5.如權利要求3所述的多元酸鹽高效減水劑的合成工藝，其特徵是所述的水是蒸餾水。
6.如權利要求3所述的多元酸鹽高效減水劑的合成工藝，其特徵是採用先將聚氧化乙烯加熱溶解，然後與丙烯酸、甲基丙烯酸進行反應。
全文摘要
本發明涉及一種多元酸鹽高效減水劑和合成工藝，系由含雙鍵的丙烯酸、聚氧化乙烯、甲基丙烯酸，用氧化還原體系作引發劑，進行自由基共聚反應，生成帶枝鏈的聚合物，然後對聚合物在中溫條件下進行磺化反應後獲得。該合成工藝簡便，原料易得，而且所得的多元酸高效減水劑對各種水泥有良好的適應性，當摻量為0.3％水泥量時，減水率35％以上，混凝土坍落度損失2小時小於10％。
文檔編號C04B40/00GK1530348SQ0311583
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月17日 優先權日2003年3月17日
發明者陳嘉林, 劉義興 申請人:上海澳申建築化學科技有限公司