[发明专利]一种高适应性聚羧酸减水剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高适应性聚羧酸减水剂。本发明所述高适应性聚羧酸减水剂由摩尔比为1~5：1：0.1~0.3：0.05~0.2的羧酸单体A、高分子量聚醚大单体B、功能性聚阳离子大单体C与不饱和磷酸酯单体D进行自由基共聚反应制得。本发明的高适应性聚羧酸减水剂适用于砂石骨料含泥量高的地区，并且具有低掺量、高减水和高保坍的优点；本发明的高适应性聚羧酸减水剂的制备工艺简单，生产过程绿色环保、成本低。

技术领域

本发明涉及一种高适应性聚羧酸减水剂及其制备方法，属于混凝土外加剂技术领域。

背景技术

近年来，随着混凝土技术的发展，聚羧酸高性能减水剂的应用不断普及，以其掺量低、减水率高、保坍性能优、收缩低、节能环保等诸多优点，逐渐在众多工程中获得了广泛应用。但与此同时也暴露出一些问题，特别是砂石中含泥量对聚羧酸减水剂性能的发挥影响显著，从而导致混凝土流动度差，坍落度损失大，极大地制约了聚羧酸减水剂的推广与应用。而且国内建筑用砂石资源逐渐减少，一些含泥较高的砂石已经大规模用于建筑材料，砂石含泥量超标问题亟待解决。

在实际施工中，当砂石骨料的含泥量超标且影响混凝土工作性能时，一般采用冲洗砂石骨料的方法，但该方法会破坏砂石的级配且会产生大量污水污染环境；而采用超掺量的聚羧酸虽然能改善其混凝土的工作性能，但明显会提高单方混凝土的成本，还会造成混凝土离析严重、凝结时间过长等问题。

由于砂石骨料中的泥粉对聚羧酸减水剂的分散性能的影响十分显著，国内外专家学者都展开了一些列关于泥粉对聚羧酸减水剂性能影响的研究，目前被广泛认可的机理为泥粉的层状结构对聚羧酸减水剂的吸附作用。德国J.Plank教授认为粘土和聚羧酸减水剂之间既存在物理作用又存在化学作用，其中粘土通过物理作用将减水剂吸附其表面，而后通过化学作用将减水剂侧链或是整体吸附到其层间，从而使得和水泥颗粒作用的聚羧酸减水剂大量减少，引起混凝土性能显著下降。Magarotto教授从聚羧酸减水剂分子结构考虑，发现不同类型含有梳型侧链结构的聚羧酸减水剂对泥都非常敏感，这是由于泥粉中的粘土矿物质层间结构与聚羧酸减水剂的梳型侧链结构链接比较匹配，聚羧酸减水剂大部分以化学吸附的方式插层于粘土质矿物中而不是以电荷吸附的方式吸附于粘土矿物质的表面。国内王林教授则认为泥粉自身的吸附性与疏水基定向吸附共同作用及泥粉吸附的金属阳离子与聚羧酸减水剂的螯合作用是泥粉吸附聚羧酸减水剂的机理。

目前可以通过对聚羧酸结构设计，可以合成具有高适应性的聚羧酸减水剂。在合成此类高适应性聚羧酸减水剂时通常采取以下技术路线：将侧链尺寸增加、引入能够减少粘土吸附的功能基团、合成无PEO侧链的聚羧酸、降低聚羧酸主链电荷密度或延长聚醚侧链长度等。Plank教授提出合成不含有PEO侧链的聚羧酸减水剂，不采用大单体而直接使用丙烯酸及其羟基酯进行共聚制备了一种抗粘土型聚羧酸减水剂，具有较好的使用效果。国内肖斐等人通过在聚羧酸减水剂支链上引入抗粘土基团，从而减弱了聚羧酸减水剂支链上EO基团与粘土层间的氢键作用，合成的抑制粘土吸附型聚羧酸减水剂使砂浆和混凝土在含泥量在一定范围内时具有良好的的工作性能。中国专利CN102923989A中介绍了一种抗粘土型聚羧酸减水剂，该专利中使用了多乙烯多胺单体，主要是利用多乙烯多胺链吸附在粘土颗粒表面可起到屏蔽分散作用，但只测试了对一种类型的泥土，抗泥性能是否具有普适性有待检验。中国专利CN102358763A制备了一种抑制粘土副作用的外加剂，本质上属于一种小分子调节剂，但是减水率有限，应用中也需要与减水剂进行复配。但复配方法解决骨料含泥量问题时不但会带来成本大幅提高，还会发生有机无机组分的相容性、储存稳定性等问题。中国专利CN102617811A介绍了一种两性乙烯基聚合物混凝土抗泥剂的制备方法，再用先酯化后聚合的方法，在分子结构中引入了阳离子基团，得到一种抗泥剂，但该方法酯化和聚合温度较高，不利于工业化应用，更由于引入了含有氯离子的乙烯基单体，必然会导致钢筋的锈蚀。

发明内容