[发明专利]早强聚羧酸减水剂

说明书

技术领域

本发明属于一种聚羧酸高性能混凝土减水剂及其制备方法。

背景技术

与萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐等高效减水剂相比较，聚羧酸减水剂具有更为优异的性能，突出表现为掺量低、减水率高、新拌混凝土流动性及保坍性好、低收缩、增强潜力大、环境友好等特点，已成为近些年乃至今后发展与应用的方向。聚羧酸高性能减水剂已经成为混凝土外加剂最新产品的代表，其研究和应用得到了国内外专业技术人员和施工人员的高度重视。我国近几年在聚羧酸高性能减水剂的研究和应用方面取得了快速发展，应用也从重大工程逐渐向民用土木工程转移，其用量将会不断增加。但是，国内的聚羧酸高性能减水剂的品种相对单一，应用技术研究也不够充分，尚不能满足不同工程和不同地区对减水剂多样化要求。特别是具有早强功能的聚羧酸减水剂产品在混凝土预制构件和具有特殊要求的工程中具有很好的应用前景，目前在这方面的研究还相对较少。

实现聚羧酸外加剂早强功能的技术途径有两种，一种是合成聚合物本身具有较好的早强性能，另外一种是合成常规的聚羧酸减水剂，通过复配早强组分达到早强。目前，国内的基本都是通过聚羧酸减水剂和早强组分复配而成的。但传统无机盐类早强剂则会严重影响混凝土后期强度的发展，并且其氯离子含量或碱的含量高，不利于混凝土的耐久性。醇胺类有机早强剂虽然对混凝土的后期性能影响不大且没有氯离子，但其掺加量难以控制，容易造成混凝土严重缓凝和混凝土强度下降，且高昂的价格也影响了其在混凝土行业的应用。而蒸汽养护和微波养护则不利于环保、节能的要求。所以，通过合成聚合物的方法制得的早强聚羧酸减水剂是市场的需要，也是行业发展的需要。

国外对于早强聚羧酸减水剂的研究应用技术较为成熟，早在1998年Virginia DOT在修补洲际公路Broad dock Road Bridge时就使用了一种早强的硅酸盐水泥混凝土，只用了8小时就恢复通车了。Grace公司1998年采用丙烯酸单体、含有酰胺或酰亚胺的系统化合物等通过水溶液共聚而成的聚合物与硝酸钙等复合制得了一种具有早强作用的减水剂。意大利的T.Cerull利用甲氧基聚乙二醇与甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯聚合，生成了重均分子量大于15000的聚羧酸减水剂。在13℃养护14h，掺加该减水剂的混凝土强度可达到30MPa左右，这使得在20℃下生产混凝土预制构件时可以减少甚至取消蒸汽养护。

意大利马贝公司报道生产的纳米结构的超塑化剂(DynamonSP3粉末)可以使水泥水花的诱导期缩短，该变了早期水泥水化产物的结构形态和稳定性，加速水泥砂浆的凝结硬化，提高早期强度。其典型的结构特点就是聚合物分子的侧链较长，而主链相对较短。可见，通过合成具有长侧链结构的聚羧酸减水剂分子来提高混凝土早期强度的方法是较为普遍和可行的。

近几年来，日本触煤公司、瑞士西卡、德国的BASF公司、德固赛等跨国公司也相继研发出了早强性能优异的产品。2007年西卡公司发明了一种新的聚羧酸减水剂，其属于两性聚羧酸共聚物，由含有烯烃的酰胺化聚氧化乙烯化合物、丙烯酸及其盐和聚乙二醇丙烯酸酯共聚而成。其性能特点是能降低混凝土黏度，早强效果好，并且其分散能力随时间增长而增加，坍落度保持能力优异。

主要品牌有西卡的ViscoCrete-20HE系列、BASF的GleniumAce388Surete等。

最近几年，国内相关人员也认识到早强聚羧酸减水剂的必要性，很多人也都开始了早强聚羧酸减水剂的研究。国内也开始了通过有机合成的方法来制备早强聚羧酸减水剂的研究。比如，江苏省建筑科学院有限公司和江苏博特新材料有限公司的马存前、刘加平等人，在优化梳形共聚物分子结构和研究梳形共聚物分子结构对水泥早期水化性能影响规律的基础上，通过现代分子裁剪技术，开发出一种超早强聚羧酸减水剂PCA-V。混凝土试验结果表明，环境温度越低，添加PCA-V后的早强效果越明显。在4℃低温环境下，24h混凝土抗压强度相当于掺加普通PCA-I超塑化剂混凝土抗压强度的500％以上，30h抗压强度相当于掺PCA-I的480％。

福建科之杰新材料有限公司的郭鑫祺和厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司的于飞宇将丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯磺酸钠、不同的分子量的烯丙基聚乙二醇在水溶液中用自由基共聚的方法，合成了具有梳状结构的聚羧酸高性能减水剂并测试了该减水剂的应用性能；结果表明该减水剂具有较高的减水率，能较大幅度提高混凝土的早期强度，适用配置有早期强度要求的高性能混凝土。