一种超缓凝型聚羧酸系减水剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种超缓凝型聚羧酸系减水剂、其制备方法及应用，该超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备方法包括：步骤1，氯化2‑羟乙基三甲铵与马来酸酐在催化剂作用下共聚制备一种接枝共聚物；步骤2，羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚、不饱和羧酸、(甲基)丙烯酸羟烷基酯、多元醇与接枝共聚物在氧化‑还原体系和链转移剂作用下低温制备超缓凝型聚羧酸系减水剂。将本发明专利技术所制备的超缓凝型聚羧酸系减水剂用于凝结时间要求较长的钢管自密实混凝土中，既可省去复配缓凝剂的工序，提高生产效率，又能使产品更加均匀、稳定，还能改善钢管混凝土的工作性能和延缓凝结时间，显著提高钢管混凝土各龄期的强度，同时能够有效地改善钢管混凝土的体积稳定性。

A super retarding Polycarboxylic Water Reducer and its preparation method and Application

The invention relates to a super retarding polycarboxylic acid water reducer, its preparation method and application. The preparation method of the super retarding polycarboxylic acid water reducer includes: step 1, copolymerization of 2 hydroxyethyl trimethylammonium chloride and maleic anhydride under catalyst to prepare a graft copolymer; step 2, hydroxybutyl vinyl polyoxyethylene ether, unsaturated carboxylic acid and (methyl) hydroxyalkyl acrylate. Ultra-retarded polycarboxylic water reducer was prepared by polyols and graft copolymers under the action of oxidation-reduction system and chain transfer agent at low temperature. The super retarding polycarboxylic acid water reducer prepared by the invention can be used in steel tube self-compacting concrete with long setting time requirement. It can not only omit the process of compounding retarder, improve production efficiency, but also make the product more uniform and stable. It can also improve the working performance of concrete filled steel tube and retard setting time, and significantly improve the strength of concrete filled steel tube at all ages. The volume stability of concrete filled steel tube is effectively improved.

【技术实现步骤摘要】
一种超缓凝型聚羧酸系减水剂及其制备方法和应用
本专利技术属于建筑材料中的混凝土外加剂
，具体涉及一种超缓凝型聚羧酸系减水剂，特别涉及该种减水剂的制备方法及在自密实钢管混凝土中的应用。
技术介绍
随着我国桥梁、隧道、水利等大型基础设施的兴起，对聚羧酸系减水剂的市场需求持续增长。与传统的高效减水剂相比，聚羧酸系减水剂由于其分子结构可设计性，近年来一直是混凝土减水剂的一大研究热点，目前已经通过往聚羧酸系减水剂分子结构中引入不同的功能单元，成功开发出高减水型聚羧酸系减水剂、保坍型聚羧酸系减水剂、低引气型聚羧酸系减水剂、早强型聚羧酸系减水剂和超缓凝型聚羧酸系减水剂等多种具有不同特殊功能的聚羧酸系减水剂。其中的超缓凝型聚羧酸系减水剂兼具缓凝和减水两项功能，特别适用于需要超长凝结时间的混凝土的配制，例如：大体积混凝土、炎热天气施工的混凝土、需要长时间停放或运输距离较长的混凝土。近年来，我国公路建设网迅速发展，我国复杂的地形地貌导致需要大量的桥梁建设。钢管混凝土是将混凝土灌注于钢管中，形成的一种组合结构材料，具有受压承载力高、抗变形能力强等优点，因而被广泛地应用于大跨度桥梁工程建设中。因此，钢管混凝土的应用将越来越受到人们的关注。目前钢管混凝土普遍采用自密实混凝土，以适应结构与施工的要求。自密实混凝土是借助于高效减水剂、塑化剂、增粘剂等外加剂及各种磨细矿物掺合料配制成的流动性好、抗分离性强、充填性优良的混凝土，该种混凝土拌合物将塑性、粘性、流动性、抗分离性达到了协调的统一，坍落度大于240mm，扩展度约为600mm～750mm。虽然自密实混凝土在许多工程中得到广泛应用，在运输和施工过程中仍存在坍落度损失大，混凝土易泌水、离析、收缩时易开裂等问题，使其耐久性变差。因此对于所用的混凝土原材料也提出了更高的要求。通常聚羧酸系减水剂对混凝土的凝结时间影响不是很大，因此在要求超长凝结时间时，一般的方法是复配大剂量缓凝剂，但在实际生产过程中，要将用量较大的缓凝剂均匀复配到减水剂中比较困难，搅拌时间较长，严重影响生产效率，且复配过多缓凝剂的聚羧酸系减水剂如静置一定时间，还会出现上、下层减水剂中含有的缓凝剂组分含量不同，在实际使用过程中常常会造成凝结时间偏差，使用起来较为不方便。另外有的缓凝剂如葡萄糖酸钠的复配容易引起混凝土产生泌水现象。有些特殊工程，要求混凝土可以在10余天内不发生凝结，一旦凝结后，强度又能像普通混凝土那样正常增长。为了区别常用的缓凝剂，通常人们把延缓凝结时间作用很强的缓凝剂称作“超缓凝剂”。混凝土超缓凝剂是90年代初出现的一个新的混凝土外加剂品种，它不仅能够长时间内(≥24h)任意调节混凝土的凝结时间，而且对混凝土的性能无负面影响，成为近年来外加剂技术研究的热点之一。与普通缓凝剂相比，超缓凝剂不仅能弥补凝结时间上的局限性，而且能够避免对混凝土后期强度的影响，拓宽混凝土的应用领域。超缓凝混凝土在大体积混凝土施工中，用以防止温度裂缝、冷接缝、控制坍落度损失有重要应用前景。超缓凝混凝土一方面要求混凝土早期有较长的凝结时间，另一方面，混凝土又必须具有足够的后期强度。配制超缓凝混凝土的关键是控制好混凝土的凝结时间，使用超缓凝剂是使混凝土具有超缓凝性能的主要手段。超缓凝剂本身不具有减水性能，因而需要与混凝土减水剂复配使用，以保证混凝土具有足够的塑性，凝结时间及后期强度。但在超缓凝剂与混凝土减水剂的复配使用过程中，经常遇到相容性不匹配的问题。现有技术中已有几种超缓凝型聚羧酸系减水剂。如CN102241489A公开了一种超缓凝型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法，该超缓凝聚羧酸系减水剂以烯丙基聚乙二醇、丙烯酸甲酯、马来酸酐、木质素磺酸钠、蔗糖脂肪酸酯在过硫酸铵的作用下直接合成，氢氧化钠中和而制得，原材料价格低廉，但是木质素磺酸钠反应活性较低，过量的游离木质素磺酸钠容易形成沉淀，在一定程度上影响产品的使用；又如CN102153711A公开了一种缓凝型聚羧酸系减水剂的制备方法，该专利通过将β-环糊精引入到聚羧酸系减水剂主链上以提高其缓凝效果，但是其合成过程中MPEG-MAA的制备时需要用到环己烷，有机溶剂的引入在提高了生产成本的同时，还会给生产带来一定的危险性，对环境也会造成一定的污染。混凝土的保坍时间和终凝时间紧密相关，保坍时间较长，凝结时间也会有所增加。如何协调这两个性能，是本领域的难点所在。要想配制保坍时间长的超缓凝混凝土拌合物，就要增加混凝土的初级坍落度和扩展度，但由于普通超缓凝剂不具有减水性能，为达到超缓凝的目标，就要提高超缓凝剂的掺量，增加成本，且如果超缓凝剂的掺量过高，会使混凝土的后期强度降低。钢管混凝土综合了混凝土和钢材的技术优势，其有效承载能力高，可增加建筑使用空间，抗震性能好、耐火能力强。但由于钢管内浇筑混凝土属于隐蔽工程，对浇筑施工质量有严格要求。钢管混凝土可采用人工浇筑法、泵送顶升法和高位抛落法等施工技术。人工浇筑法利用内部振捣器振捣密实，泵送顶升法对泵送设备要求高，这两种方法仅适用于结构形式较简单的混凝土工程。近年来，随着我国建筑技术的进步，高位抛落法的工程应用逐渐增多，尤其适用于高层建筑的钢管混凝土工程。高位抛落法所用的混凝土即为高抛免振捣混凝土，它具有高流动性、稳定性和抗离析性，利用高处下抛的动能实现流动自密实。这种混凝土具有优异的施工性能，适用于钢筋密集、形状特殊、振捣困难的结构以及工期紧、静音施工的工程，在降低劳动强度、改善施工环境的同时，还能避免出现蜂窝、空腔、脱黏等缺陷。对于高抛免振捣混凝土的配合比设计，关键是要确保拌合物具有足够的流动性和抗离析性，并通过补偿收缩的方法使硬化后的混凝土足够密实，以保证钢管与混凝土的共同工作。过去的钢管拱混凝土浇筑施工中，由于缺乏超长时间保持流动性混凝土配制技术，若采用倒灌顶升泵送施工工艺，往往无法一次性连续泵送，不仅施工效率低，甚至还可能出现泵压过大、泵管爆裂、钢管内混凝土密实度低等工程质量事故。倒灌顶升泵送施工工艺是目前世界上最先进的施工工艺之一。根据现有运输和泵送条件，如果由2台固定式混凝土输送泵从两端拱底同时泵送顶升，一次顶升到位，以每台泵泵送能力为30m3/h计算，每泵送一根桥拱，最快需4h～5h完成泵送。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术公开一种超缓凝型聚羧酸系减水剂、该种减水剂的制备方法及在自密实钢管混凝土中的应用。本专利技术通过分子结构设计，由兼具减水、缓凝、保坍功能的功能性单体共聚而成，最终得到的超缓凝型聚羧酸系减水剂的分子结构中含有大量的羟基、羧基等官能团，具有良好的减水性能和超缓凝作用，能够改善混凝土的和易性，且所述超缓凝型聚羧酸系减水剂与普通聚羧酸系减水剂有良好的相容性，可以复配使用，通过调节二者的比例，可以配制具有不同凝结时间要求的超缓凝混凝土。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案：一种超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1、接枝共聚物的制备：在容器中加入氯化2-羟乙基三甲铵及马来酸酐，加热至90℃～100℃溶解；加入催化剂并升温至120℃～140℃，并保温4h～6h；步骤2、超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备：将不饱和羧酸、(甲基)丙烯酸羟烷基酯、多元醇、还原剂和链转移剂、加入水中，配制成质量分数为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、接枝共聚物的制备：在容器中加入氯化2‑羟乙基三甲铵及马来酸酐，加热至90℃～100℃溶解；加入催化剂并升温至120℃～140℃，并保温4h～6h；步骤2、超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备：将不饱和羧酸、(甲基)丙烯酸羟烷基酯、多元醇、还原剂和链转移剂、加入水中，配制成质量分数为40％～60％的混合液；在容器中加入步骤1中制备的接枝共聚物、羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚及氧化剂；将容器加热至40℃～45℃，3h～4h内滴加混合液，滴加完毕后继续保温1h～2h；反应完毕后待反应产物冷却至室温，用碱性调节剂调节pH值为6～6.5，即得超缓凝型聚羧酸系减水剂。

【技术特征摘要】
1.一种超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、接枝共聚物的制备：在容器中加入氯化2-羟乙基三甲铵及马来酸酐，加热至90℃～100℃溶解；加入催化剂并升温至120℃～140℃，并保温4h～6h；步骤2、超缓凝型聚羧酸系减水剂的制备：将不饱和羧酸、(甲基)丙烯酸羟烷基酯、多元醇、还原剂和链转移剂、加入水中，配制成质量分数为40％～60％的混合液；在容器中加入步骤1中制备的接枝共聚物、羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚及氧化剂；将容器加热至40℃～45℃，3h～4h内滴加混合液，滴加完毕后继续保温1h～2h；反应完毕后待反应产物冷却至室温，用碱性调节剂调节pH值为6～6.5，即得超缓凝型聚羧酸系减水剂。2.一种超缓凝型聚羧酸系减水剂，其特征在于，按重量百分比，包括下述原料：3.根据权利要求2所述的超缓凝型聚羧酸系减水剂，其特征在于：所述催化剂为对甲苯磺酸或氨基磺酸。4.根据权利要求2所述的超缓凝型聚羧酸系减水剂，其特征在于：所述不饱和羧酸为丙烯酸或甲基丙烯酸中的一种以上。5.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国新，徐志峰，祝烨然，杨建峰，杜志芹，崔征，
申请(专利权)人：安徽瑞和新材料有限公司，南京瑞迪高新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34