一種功能性醚類聚羧酸減水劑及其製備方法與流程
2023-05-27 01:18:21 7
本發明屬於建築材料技術領域，涉及一種功能性醚類聚羧酸減水劑及其製備方法。
背景技術：
目前隨著國內大量基礎設施的推進，針對高性能、高強度混凝土的需求量不斷擴大。而聚羧酸減水劑在高性能混凝土尤其是預製混凝土製品中的應用已成為提高混凝土工作性及強度指標的重要措施。與普通混凝土相比，預製混凝土製品對早期強度及強度發展率要求更高，以滿足較短時間內拆模養護的需要，從而提高模板的使用效率。同時，為加快低溫環境下的施工效率，也必須要求預製混凝土構件具有早強的性能。
一般早強混凝土往往採用傳統的外加劑產品如萘系減水劑、脂肪族減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑以及三聚氰胺系減水劑，但這些減水劑應用於預製混凝土構件生產時存在各種問題，其中最主要的是適應性差以及存在緩凝作用。使用早強型聚羧酸減水劑則可有效提高預製混凝土的早期強度，加快混凝土構件的拆模時間，提高生產效率，而且早強型聚羧酸減水劑的使用可有效提高粉煤灰和礦渣在混凝土中的摻量，降低普通矽酸鹽水泥使用量，實現超低的水膠比。儘管目前用於生產預製混凝土構件的聚羧酸減水劑的種類繁多，但各種減水劑在實際應用中都存在不同問題，例如摻量高、適應性差以及功能單一等。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種性能優異的功能性醚類聚羧酸減水劑及其製備方法，該聚羧酸減水劑適應性強，功能多樣，能夠明顯提高早期強度，尤其適用於管樁類預製混凝土製品，並且其製備方法工藝簡單，反應條件容易控制，對生產設備要求較低。
為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：
提供一種功能性醚類聚羧酸減水劑，它由以下重量百分含量的原料經水溶液自由基聚合反應製備得到：
所述改性聚醚大單體為數均分子量在1500～6000範圍內的甲基烯丙基聚氧乙烯醚、聚乙二醇單甲醚的一種或者兩種。
按上述方案，所述不飽和羧酸及其衍生物為丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸、富馬酸中的至少一種。
按上述方案，所述帶醯胺基團的不飽和單體為丙烯醯胺、n-羥甲基丙烯醯胺的一種或者兩種。
按上述方案，所述引發劑為過氧化氫、過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過氧化苯甲醯中的至少一種。
按上述方案，所述還原劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸氫鉀、硫酸亞鐵、吊白塊、維生素c中的至少一種。
按上述方案，所述鏈轉移劑是巰基乙醇、巰基乙酸、巰基丙醇、巰基丙酸、甲基丙烯磺酸鈉中的至少一種。
本發明還提供上述功能性醚類聚羧酸減水劑的製備方法，其包括以下步驟：將改性聚醚大單體和去離子水加入到反應釜中，打開攪拌器和電加熱，待大單體完全溶解後加入引發劑，10～20min後滴加由不飽和羧酸及其衍生物、帶醯胺基團的不飽和單體、鏈轉移劑與去離子水配成的a料，以及由還原劑與去離子水配成的b料，滴加時間控制在a料2.5～3h、b料3～3.5h，滴加結束後控制溫度老化1～2h，最後加鹼調節ph值至6～8，停止加熱降至室溫即得所述功能性醚類聚羧酸減水劑。
本發明還提供上述功能性醚類聚羧酸減水劑在管樁類預製混凝土製品中的應用。
本發明的有益效果在於：本發明製備的聚羧酸減水劑在混凝土使用過程中能夠表現出明顯的分散保持性，初期混凝土坍落度損失小，並能大幅提高混凝土早期強度，產品性能穩定，是一種具有多功能性的減水劑產品，尤其適用於管樁類預製混凝土製品，具有良好的市場應用前景；另外，本發明方法製備工藝相對簡單、反應條件易於控制、對生產設備要求較低、無汙染物排放，綠色環保，有利於節能減排和環境保護。
具體實施方式
為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合實施例對本發明作進一步詳細描述。下面所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例。基於本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例都屬於本發明的保護範圍。
本實施例所用奧克501、奧克608、奧克mpeg(數均分子量1500～6000)為武漢奧克化學有限公司生產。
實施例1
稱取165g改性聚醚大單體(奧克501)和200g去離子水加入到反應釜中，打開攪拌器和電加熱進行大單體的溶解，待大單體完全溶解後，加入6g過氧化氫溶液(濃度30wt％)，經過10～20min後滴加由16g丙烯酸、10g丙烯醯胺、0.8g巰基乙酸以及20g去離子水配成的a料和0.5g維生素c與60g去離子水配成的b料，滴加時間控制在a料2.5～3h、b料3～3.5h；a、b料滴加完成後，將溫度控制在40℃左右進行老化1～2h，最後加naoh水溶液調節產品的ph值至6～8，得到固含量為40％左右的功能性醚類聚羧酸減水劑。
實施例2
稱取150g改性聚醚大單體(奧克608)和200g去離子水加入到反應釜中，打開攪拌器和電加熱進行大單體的溶解，待大單體完全溶解後，加入5.5g過氧化氫溶液，經過10～20min，同時滴加由14g丙烯酸、10g富馬酸、8gn-羥甲基丙烯醯胺、1.4g巰基乙酸以及20g去離子水配成的a料和0.8g維生素c與60g去離子水配成的b料，滴加時間控制在a料2.5～3h、b料3～3.5h；a、b料滴加完成後，將溫度控制在40℃左右進行老化1～2h，最後加naoh水溶液調節產品的ph值至6～8，得到固含量為40％左右的功能性醚類聚羧酸減水劑。
實施例3
稱取180g改性聚醚大單體(奧克mpeg)和200g去離子水加入到反應釜中，打開攪拌器和電加熱進行大單體的溶解，待大單體完全溶解後，加入3g過硫酸銨，經過10～20min，同時滴加由12g丙烯酸、6gn-羥甲基丙烯醯胺、1.2g巰基丙酸以及20g去離子水配成的a料和0.8g維生素c與60g去離子水配成的b料，滴加時間控制在a料2.5～3h、b料3～3.5h；a、b料滴加完成後，將溫度控制在75℃左右進行老化1～2h，最後加naoh水溶液調節產品的ph值至6～8，得到固含量為40％左右的功能性醚類聚羧酸減水劑。
實施例4
稱取170g改性聚醚大單體(奧克501)和200g去離子水加入到反應釜中，打開攪拌器和電加熱進行大單體的溶解，待大單體完全溶解後，加入4g過硫酸鉀，經過10～20min，同時滴加由13.5g甲基丙烯酸、8g順丁烯二酸、8g丙烯醯胺、1.5g巰基丙酸以及20g去離子水配成的a料和1.2g維生素c與60g去離子水配成的b料，滴加時間控制在a料2.5～3h、b料3～3.5h；a、b料滴加完成後，將溫度控制在60℃左右進行老化1～2h，最後加naoh水溶液調節產品的ph值至6～8，得到固含量為40％左右的功能性醚類聚羧酸減水劑。
實施例5
稱取164g改性聚醚大單體(奧克501)和200g去離子水加入到反應釜中，打開攪拌器和電加熱進行大單體的溶解，待大單體完全溶解後，加入3.8g過硫酸鈉，經過10～20min，同時滴加由18g丙烯酸、14g丙烯醯胺、1.3g巰基乙酸以及20g去離子水配成的a料和0.9g過硫酸銨與60g去離子水配成的b料，滴加時間控制在a料2.5～3h、b料3～3.5h；a、b料滴加完成後，將溫度控制在55℃左右進行老化1～2h，最後加乙二胺和去離子水調節產品的ph值至6～8，得到固含量為40％左右的功能性醚類聚羧酸減水劑。
實施例6
對上述實施例1～5所得功能性醚類聚羧酸減水劑進行相應的水泥淨漿、砂漿以及混凝土試驗，實例檢測結果如下：
1、水泥淨漿流動度效果
淨漿流動度試驗參照gb/t8077-2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行，對照例使用某外加劑公司現售性能較優的聚羧酸減水劑，各淨漿流動性測定試驗均在相同的條件下進行，所選用的基準水泥為普通矽酸鹽水泥。
以上外加劑(減水劑)的固含量都為40％。
從上述表格中可以看出，本發明合成的五種功能性醚類聚羧酸減水劑與某外加劑公司現售性能較優的聚羧酸減水劑相比具有更好的初始淨漿流動度和1h淨漿流動度。
2、膠砂力學性能的測定
水泥砂漿力學性能參照gb/t17671-1999《水泥膠砂強度(iso法)》進行，對照例使用某外加劑公司現售性能較優的聚羧酸減水劑，膠砂配合比為：水泥：450g、標準砂：1350g、水：147.3g、40％固含的聚羧酸減水劑：4.5g，水泥膠砂試驗均在相同的條件下進行的，所選用的基準水泥為普通矽酸鹽水泥(亞東po·42.5)。
從上述表格中可以看出：本發明合成的五種功能性醚類聚羧酸減水劑與某外加劑公司現售性能較優的聚羧酸減水劑相比，有明顯提高各齡期水泥膠砂強度的效果。
3、混凝土性能測定
混凝土減水率、坍落度及經時變化量以及力學性能的測定依照gb8076-2008《混凝土外加劑》和gb/t50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》以及gb/t50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法》進行，試驗中混凝土抗壓試件的尺寸為150mm×150mm×150mm。
c45混凝土配合比為：水泥：粉煤灰：礦粉：砂：大石子：小石子：水：成品減水劑＝325：125：80：760：750：280：180：5.76，成品減水劑摻量為膠材(水泥+粉煤灰+礦粉)的1.6wt％，成品減水劑的配比為：按質量份，9份聚羧酸減水劑+2份葡萄糖酸鈉+0.03份引氣劑k12，其中水泥為亞東p·o42.5水泥，粉煤灰為ⅱ級灰，混凝土性能結果如下所示。
由上表可以看出：本發明合成的五種功能性醚類聚羧酸減水劑在混凝土應用中減水、保坍、各齡期強度上都優於某外加劑公司現售性能較優的聚羧酸減水劑，特別在混凝土早期強度上有很大的提高。