專利名稱：一種堿礦渣水泥混凝土減水劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及混凝土外加劑技術領域,屬于節能環保新材料。具體涉及一種混凝土減水劑及其化學制備方法，該減水劑適用于堿礦渣水泥混凝土，能有效提高其綜合性能。
背景技術：
面對日益嚴峻的全球溫室氣體危害，減少二氧化碳的排放已經成為全人類共同努力的目標。然而，目前僅水泥工業排放的二氧化碳就占全球人類活動二氧化碳總排放量的5%，每噸普通硅酸鹽水泥的生產將會排放0.9噸的二氧化碳，而未來四十年人類對水泥的需求只增不減，若要實現國際能源署設定的到2050年全球二氧化碳總排放量減半的目標，水泥工業承受巨大壓力。尤 其是我們中國，因為中國市場的水泥產量占全球的一半，而且會繼續保持這一水平直到2030年。但值得慶幸的是，人們已經發現一種新型水泥一堿礦渣水泥，在不久的將來有望取代普通硅酸鹽水泥。堿礦渣水泥是利用工業副產品和廢渣為原材料制備的膠凝水泥才料，它不僅生成過程中排放的二氧化碳只有普通水泥的10%，而且相比而言其綜合性能比普通水泥更優越。美國在70年代末研制出的派拉蒙特水泥(PyramentCement)，波蘭研制的“F-水泥”，和澳大利亞于2006年推出的“E-Crete ”產品就是這類堿礦渣水泥典型的代表。減水劑(又叫塑化劑)，它不僅能夠影響混凝土在新拌階段的工作性，而且能與水泥水化產物作用，從微觀、亞微觀層次上對混凝土體結構進行改善，從而滿足混凝土在施工性能、物理力學性能等方面的要求，因此減水劑的使用是提高混凝土強度、改善性能、減少水泥用量及節省能耗等方面的有效措施。有人將減水劑對混凝土的改性及改進工藝等方面的成果歸納為水泥應用科學技術發展史上的第三次重大突破，由此可見減水劑在混凝土工業中的重要地位。根據減水劑的發展階段，有木質素磺酸鈉減水劑、萘系減水劑和目前廣泛使用的聚羧酸系減水劑。聚羧酸系減水劑作為新一代減水劑，能有效降低普通硅酸鹽水泥混凝土的需水量，然而在堿礦渣水泥混凝土中效果甚微，甚至起到反作用，根據其作用機理和堿礦渣水泥的結構特性，可以對其化學結構進行修飾和改進，能在堿礦渣水泥混凝土中起到很好的效果。國內外很多研究單位都在從事堿礦渣水泥減水劑的研究，并取得了一定的進展，但是仍然沒有成型的商業化產品。在中國，該領域的研究起步較晚，目前尚無此類專利，中國市場也無此類產品。
發明內容
本發明的目的就是提出一種工藝合理、操作簡單的合成方法制備能適用于堿礦渣水泥混凝土的減水劑，以填補目前中國市場的空白。該減水劑能有效降低新拌堿礦渣混凝土的初始粘度，提高混凝土的流動性和工作性，并減少水泥的用量，提高混凝土強度。本發明中減水劑的化學分子結構式如下:
權利要求
1.一種適用于堿礦渣水泥混凝土的減水劑，其化學分子結構式如下:
2.權利要求1所述減水劑，其特征在于:所述聚乙二醇聚合度m為22或者43;所述單體N，N-二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯和聚乙二醇單甲醚(甲基)丙烯酸酯的摩爾百分比a和b分別為20%和80% ;所述最終聚合物的分子量范圍為10000 20000。
3.一種適用于堿礦渣水泥混凝土的減水劑，其合成的技術方案包括以下步驟: (1)大分子單體制備:將聚乙二醇單甲醚和丙烯酸(或甲基丙烯酸)加入到反應容器中，再分別加入阻聚劑對苯二酚、催化劑濃硫酸和溶劑四氫呋喃攪拌均勻，待所有組分溶解后，澄清的透明溶液加熱至60°C進行酯化反應，保持反應12 18小時；結束后，真空旋轉蒸發抽去溶劑四氫呋喃，得到白色固體用正己烷洗滌之后真空低溫干燥備用； (2)聚合反應:配制聚乙二醇單甲醚(甲基)丙烯酸酯、N，N-二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯、偶氮二異丁腈和巰基乙醇的混合四氫呋喃溶液，密閉反應釜，加熱至60°C，攪拌，聚合反應10 12小時，結束后降低反應溫度至室溫； (3)季胺鹽化反應:向聚合結束后的反應釜中加入定量的甲基碘，室溫攪拌反應4小時；反應結束后，真空旋轉蒸發除去溶劑四氫呋喃，得到固體粉末，加入水配制所需濃度的溶液，即得減水劑產品。
4.權利要求3所述減水劑，其特征在于:大分子單體可以是聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯，也可以是聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯；另外一種單體可以是N，N- 二甲基胺乙基丙烯酸酯，也可以是N，N- 二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯.
5.權利要求3所述減水劑，其特征在于:所述聚合反應中的各組分添加量的摩爾比為:聚乙二醇單甲醚(甲基)丙烯酸酯:N，N-二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯:偶氮二異丁腈:巰基乙醇=40: 10: 5:1。
6.權利要求3所述減水劑，其特征在于:所述聚合反應中反應溫度宜控制在60°C左右。
7.權利要求3所述減水劑，其特征在于:所述季胺鹽化反應中，甲基碘的添加量為N，N- 二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯的2倍摩爾量。
8.權利要求3所述減水劑，其特征在于:所述最終減水劑產品為重量百分比50%的水溶液。
全文摘要
本發明涉及一種適應于堿礦渣水泥混凝土的新型減水劑以及它的制備方法。該減水劑能有效降低新拌堿礦渣混凝土的初始粘度，提高混凝土的流動性和工作性，并減少水泥的用量，提高混凝土強度。制備過程先以聚乙二醇單甲醚和(甲基)丙烯酸為主要原料合成聚乙二醇單甲醚(甲基)丙烯酸酯大分子單體，然后將該單體和N，N-二甲基胺乙基(甲基)丙烯酸酯、偶氮二異丁腈、巰基乙醇混合共聚，共聚結束后，加入甲基碘繼續反應，終止反應再純化即制得本發明的新型堿礦渣混凝土減水劑。本發明確定了各個原料種類和配比、引發劑和鏈轉移劑用量、共聚反應溫度和時間等工藝參數和條件。反應條件溫和，所需設備簡單，利于工業化批量生產。
文檔編號C08F4/04GK103073674SQ20121036415
公開日2013年5月1日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者徐江濤 申請人:徐江濤