[发明专利]一种早强型聚羧酸减水剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂，具体为一种早强型聚羧酸减水剂及其制备方法。

背景技术

随着近年来我国混凝土的发展，混凝土的各方面性能不断提高，对混凝土减水剂的要求也越来越高。减水剂是较重要的一种混凝土外加剂，按其减水率大小，可分为普通减水剂(以木质素磺酸盐类为代表)，高效减水剂(包括萘系、密胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族系等)和高性能减水剂(以聚羧酸系高效能减水剂为代表)。

聚羧酸减水剂，是以羧酸类接枝聚合物为主体的外加剂，一般是由含有端烯基的聚醚大单体和不饱和羧酸（盐）小单体水溶液共聚合而成，具有掺量低、减水率高、坍落度损失小、与水泥适应性强等优点，且可提高混凝土中粉煤灰、矿粉等混合材的用量，能大幅度节约水泥，还可配置高强、超高强混凝土。基于上述优点，聚羧酸减水剂被广泛用于高速铁路、桥梁、水利等要求高强度、高耐久性、高水泥适应性混凝土的工程中。

聚羧酸减水剂的使用在具有上述优点的同时，也暴露了许多问题，例如，普通型的聚羧酸减水剂会显著延缓水泥的水化，尤其在低温环境下，会造成混凝土的早期强度发展缓慢，这就限制了普通聚羧酸减水剂在寒冷环境的使用，也制约了其在预制构件中的应用。

目前，较为常用的混凝土早强剂主要有氯盐系、硫酸盐系、碳酸盐系、有机物系、矿物类及复合早强剂。现有的早强剂只能将混凝土3天、7天强度提高30%～60%，且易引入氯离子或碱金属，氯离子易引起钢筋锈蚀，碱金属含量过高易引起碱集料反应，两者均会导致结构损坏。

专利CN101205128B提供了一种早强型聚羧酸系高性能减水剂及其制造方法，该发明采用聚合度为37和54的烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯磺酸钠在氧化还原引发体系条件下五元共聚制备。由于烯丙基聚氧乙烯醚的活性相对较低，聚合反应完成后，在聚合溶液中有部分残留，会对最终聚合物的减水性能和混凝土性能带来不利影响。

专利CN101376576B提供了一种早强型聚羧酸系高性能减水剂及其制备工艺，该发明采用两种不同链节数的聚乙二醇单醚丙烯酸酯类大单体、(甲基)丙烯酸、烯丙基磺酸钠或甲基丙烯磺酸钠、聚醚丙烯酸酯类单体在氮气保护条件下，采取一次投料的方式进行共聚反应，由于(甲基)丙烯酸等单体活性较强，容易自聚，影响单体间的共聚效果，分子量难于控制，从而导致产品的性能下降。

综上所述，现有的聚羧酸减水剂，或因引入腐蚀性物质会对所施用的建筑结构造成破坏，或因聚合单体的种类、用量等选择不当，致使聚羧酸减水剂在使用过程中无法达到良好的效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种性能稳定、对水泥适应性强、超早强型且对环境无污染的早强型聚羧酸减水剂。

本发明还提供了一种所述减水剂的制备方法，该方法工艺简单、可操作性强、能耗低、价格低廉。

一种早强型聚羧酸减水剂，包括由A、B、C、D四种单体聚合形成的共聚物，所述四种单体的结构式如下：

1)单体A：

其中，R₁为-H或-CH₃，R₂为含2～4个碳原子的亚烷基，R₃为-H或-CH₃，n为30～100；

2)单体B：

其中，R₄为-H或-CH₃，m代表环氧乙烷链节数的平均加成摩尔数，m为15～70；

3)单体C：

式中R₅为-H，-CH₃，或-CH₂COOH；

4)单体D：

所述四种单体的重量百分比分别为：A：70%～80%，B：10%～22%，C：3%～9%，D：3%～5%；所述重量百分比以所述四种单体的重量之和为基准。

根据本发明的一实施方式，所述共聚物的重均分子量为10000～40000。

根据本发明的一实施方式，所述单体A的重均分子量为800～5000。

根据本发明的一实施方式，所述单体B的重均分子量为500～4000。

上述早强型聚羧酸减水剂的制备方法，包括将所述四种单体、引发剂及链转移剂加入溶剂中，通过溶液聚合制得所述共聚物。

根据本发明的一实施方式，所述溶液聚合的反应温度为60℃～80℃。

根据本发明的另一实施方式，所述溶液聚合的反应时间为4～6小时。