專利名稱：多元酸鹽高效減水劑和合成工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多元酸鹽高效減水劑和合成工藝。
背景技術(shù)：
從1935年木質(zhì)素磺酸鹽減水劑研制成功并開始推廣應(yīng)用以來，外加劑的發(fā)展已有60余年的歷史。外加劑的成功應(yīng)用給混凝土技術(shù)的發(fā)展帶來了一次真正的革命，因?yàn)橥饧觿┑膽?yīng)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(jié)構(gòu)，從而使得人們可以借助于摻加外加劑的手段對(duì)混凝土進(jìn)行改性，以滿足其在施工性能、力學(xué)性能和耐久性能等方面的各種要求。在過去的60余年中，混凝土技術(shù)不斷進(jìn)步，以羥羧酸鹽為原料的減水劑(第一代產(chǎn)品)的減水率在5％左右，以木質(zhì)素磺酸鹽類混凝土減水劑(第二代產(chǎn)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(dá)20％左右。當(dāng)把這些外加羈絆和入混凝土中，靜電斥力作用會(huì)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(diǎn)，因此開發(fā)一種減水率更大，并且坍落度損失小的新型減水劑具有非常重要的意義。
針對(duì)傳統(tǒng)混凝土減水劑減水率小，坍落度損失大等缺陷。國(guó)外推出了以聚羧酸鹽為材料制成的減水劑。其最主要的優(yōu)點(diǎn)包括30％-40％的高減水率，使水泥及膠凝材料的性能達(dá)最佳狀態(tài)；幾乎不緩凝而維持混凝土的坍落度，以往緩凝過長(zhǎng)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(xì)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(yōu)點(diǎn)的一部分；此外，通過使用新型聚羧酸鹽減水劑還可以制備出流平混凝土，這種混凝土具有極佳的流動(dòng)性，無需振搗，僅通過重力便可使混凝土密實(shí)。
由于聚羧酸鹽類減水劑具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明力圖采用國(guó)內(nèi)開發(fā)合成的此類減水劑來改善混凝土各種物理力學(xué)性能，并研究國(guó)產(chǎn)聚羧酸鹽類減水率與水泥的適應(yīng)性。
國(guó)外對(duì)聚羧酸鹽減水劑進(jìn)行了較為深入的研究，并在工程中獲得應(yīng)用。但國(guó)內(nèi)對(duì)此類減水劑的合成和應(yīng)用技術(shù)缺乏較系統(tǒng)的研究，所以，本發(fā)明人采用國(guó)產(chǎn)合成的聚羧酸鹽減水劑對(duì)混凝土改性。研究國(guó)產(chǎn)的此類減水劑對(duì)混凝土各種物理力學(xué)性能影響和國(guó)產(chǎn)聚羧酸鹽類減水給與水泥的適應(yīng)性是本發(fā)明要探索的主要問題之一。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)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(fā)明的聚羧酸鹽減水劑具有如下結(jié)構(gòu)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(fā)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(fā)劑，進(jìn)行自由基共聚反應(yīng)，生成帶枝鏈的聚合物，然后對(duì)聚合物進(jìn)行磺化反應(yīng)。在反應(yīng)中選擇可與丙烯酸單體進(jìn)行共聚的乙烯基單體，將該單體引入大分子后又可在中溫條件下進(jìn)行磺化反應(yīng)，引入磺酸基。
本發(fā)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(jìn)行縮聚和酯化反應(yīng)1-5小時(shí)；再加入丙烯酸磺酸鈉和氧化還原體系引發(fā)劑或含有氧化還原體系引發(fā)劑的水溶液，在70-100℃溫度下反應(yīng)1-5小時(shí)；或者必要時(shí)再用稀堿調(diào)節(jié)至PH＝6-7，所述稀堿是一價(jià)或二價(jià)金屬的氫氧化物。如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰等。
本發(fā)明中，所述的引發(fā)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。
采用本發(fā)明的工藝時(shí)，推薦先將聚氧化乙烯加熱溶解，然后與丙烯酸、甲基丙烯酸進(jìn)行聚合和酯化反應(yīng)。
采用本發(fā)明的合成工藝，方法簡(jiǎn)便，原料易得。本發(fā)明的多元酸高效減水劑不僅對(duì)各種水泥有良好的適應(yīng)性，當(dāng)摻量為0.3％水泥量時(shí)，減水率35％以上；而且混凝土坍落度損失2小時(shí)小于10％。
具體實(shí)施例方式
通過下述實(shí)施例將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容實(shí)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(jìn)行縮聚和酯化反應(yīng)。引入長(zhǎng)枝鏈和羥基，以改善混凝土的經(jīng)時(shí)性。1-2小時(shí)后，加入7-8g丙烯酸磺酸鈉，加完后，繼續(xù)攪拌5-30分鐘，使反應(yīng)物混合均勻。加入氧化還原體系引發(fā)劑或含有30％引發(fā)劑的水溶液，該引發(fā)劑為0.04-0.05g過硫酸銨0.03-0.04g硫酸亞鐵，控制反應(yīng)溫度-80℃，進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)，反應(yīng)1-5小時(shí)，呈現(xiàn)出棕色稠狀液體。檢查pH值，用0.1-1N氫氧化鈉調(diào)節(jié)至pH＝6-7，得最后成品。
實(shí)施例2 多元酸高效減水劑的性能根據(jù)試驗(yàn)要求和目的，確定各種摻量聚羧酸鹽減水劑進(jìn)行混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)和耐久性試驗(yàn)，測(cè)定方法和結(jié)果如下一.測(cè)定方法1、采用GB8077——2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》測(cè)定聚羧酸鹽減水劑的減水率和與各種水泥的適應(yīng)性。
2、混凝土坍落度和坍落度損失試驗(yàn)按照GB8076——1997《混凝土外加劑》進(jìn)行。
3、混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度測(cè)定采用GBJ81——85《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。抗壓強(qiáng)度試件為100*100*100MM，抗折強(qiáng)度試件為100*100*450mm，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至(8小時(shí)、12小時(shí)、1天、7天、28天)測(cè)試其強(qiáng)度。以確定其早強(qiáng)作用和增加效應(yīng)。
4、混凝土碳化試驗(yàn)按照GBJ82——85普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法中快速碳化試驗(yàn)進(jìn)行。采用100*100*300MM長(zhǎng)方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)26天，在60度溫度烘箱內(nèi)48小時(shí)去處。試驗(yàn)步驟如下(1)試塊除兩個(gè)相對(duì)的長(zhǎng)方形側(cè)面外，其余四個(gè)面均用石蠟密封。在側(cè)面上順長(zhǎng)度方向用鉛筆以10mm間距畫出平行線，以預(yù)估碳化深度的測(cè)量點(diǎn)。
(2)將試塊放入碳化箱內(nèi)，各試塊經(jīng)受碳化的表面之間的間距至少不小于50mm。徐徐充入CO2氣體，使箱內(nèi)的CO2濃度保持在20+3％，相對(duì)濕度為70+5％。碳化試驗(yàn)在20+2度的溫度下進(jìn)行。
(3)碳化達(dá)到預(yù)定齡期(3、7、14、28和56天)取出，在壓力機(jī)上垂直于碳化面劈裂，每次切除約50mm左右。用石蠟將破型后試塊的切斷面封好，再放入碳化箱內(nèi)至下一個(gè)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秒鐘后，按照預(yù)估的測(cè)量點(diǎn)測(cè)出各點(diǎn)的碳化深度。如果測(cè)點(diǎn)處有骨料，則取該顆粒兩側(cè)處碳化深度的平均值做為該點(diǎn)的深度值(測(cè)量精確至1mm)。
(5)將所測(cè)碳化深度數(shù)值取平均值(精確0.1mm)，便測(cè)得該齡期的碳化深度。
5、混凝土氣滲試驗(yàn)按照RILEM.TC.116-PCD步驟進(jìn)行。每組兩塊，試塊采用直徑150mm，高度為50mm的圓柱體。養(yǎng)護(hù)時(shí)盡量減少試塊與外界環(huán)境的水分交換。養(yǎng)護(hù)在20度的室內(nèi)進(jìn)行。自然養(yǎng)護(hù)28天后，在105+5度的烘箱內(nèi)烘干后取出，立即將試塊密封保存。采用氮?dú)庾鳛闈B透氣體。滲透壓力分別為1.5bar、2.0bar、3.0bar(絕對(duì)壓力)。計(jì)算各壓力下的K，取平均值即得各配比混凝土的滲透系數(shù)K。
6、混凝土氯離子滲透性能采用ASTM建議的應(yīng)用直流電快速法測(cè)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?jié)B性能按照GBJ82——1985 普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。試件尺寸為上下底直徑各為175mm和185mm，高度為150mm的園臺(tái)體，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天后裝機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。
8、快速法凍融循環(huán)試驗(yàn)采用SD105-82規(guī)定進(jìn)行。試件尺寸為100*100*400mm。當(dāng)試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天后進(jìn)行300次凍融循環(huán)再測(cè)定其動(dòng)態(tài)模量損失。
二.測(cè)定結(jié)果一、工作性聚羧酸鹽高效減水劑 萘系減水劑流動(dòng)度 210 150摻量 1％ 1％二、強(qiáng)度(水泥用量480kg/m2，配合比相同)3天強(qiáng)度56mpa 49mpa7天強(qiáng)度68mpa 58mpa28天強(qiáng)度 81mpa 73mpa摻量皆為1％
權(quán)利要求
1.一種多元酸鹽高效減水劑，其具有如下結(jié)構(gòu)式 其中，n＝8-10，m＝20-25，p＝11-14，q＝20-24。
2.如權(quán)利要求1所述的多元酸鹽高效減水劑，其特征是該多元酸鹽高效減水劑平均分子量20000-25000。
3.如權(quán)利要求1所述的多元酸鹽高效減水劑的合成工藝，其特征是在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(yīng)1-5小時(shí)；再加入丙烯酸磺酸鈉和含有引發(fā)劑的水溶液，在70-100℃溫度下反應(yīng)1-5小時(shí)；或者再用或不用稀堿調(diào)節(jié)至PH＝6-7；所述的引發(fā)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(quán)利要求3所述的多元酸鹽高效減水劑的合成工藝，其特征是所述的稀堿是0.001-5N的一價(jià)或二價(jià)金屬的氫氧化物。
5.如權(quán)利要求3所述的多元酸鹽高效減水劑的合成工藝，其特征是所述的水是蒸餾水。
6.如權(quán)利要求3所述的多元酸鹽高效減水劑的合成工藝，其特征是采用先將聚氧化乙烯加熱溶解，然后與丙烯酸、甲基丙烯酸進(jìn)行反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)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(fā)劑，進(jìn)行自由基共聚反應(yīng)，生成帶枝鏈的聚合物，然后對(duì)聚合物在中溫條件下進(jìn)行磺化反應(yīng)后獲得。該合成工藝簡(jiǎn)便，原料易得，而且所得的多元酸高效減水劑對(duì)各種水泥有良好的適應(yīng)性，當(dāng)摻量為0.3％水泥量時(shí)，減水率35％以上，混凝土坍落度損失2小時(shí)小于10％。
文檔編號(hào)C04B40/00GK1530348SQ0311583
公開日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2003年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月17日
發(fā)明者陳嘉林, 劉義興 申請(qǐng)人:上海澳申建筑化學(xué)科技有限公司