一种早强型聚羧酸减水剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种早强型聚羧酸减水剂及其制备方法和应用。早强型聚羧酸减水剂包括以下组分：聚羧酸高效减水剂母液、早强组分、消泡剂、速凝剂、氟硅酸盐；所述早强组分包括有机早强组分和无机早强组分，有机早强组分和无机早强组分的质量比为1:（0.8‑1.2）；所述聚羧酸高效减水剂母液包括以下重量份的原料：20‑45份甲氧基聚乙二醇、15‑20份1，2，4，5‑苯四酸酐、5‑14份甲基丙烯酸磺酸钠、15‑20份对甲苯磺酸、去35‑40份离子水、1‑5份阻聚剂、2.5‑5引发剂、1‑3份pH调节剂。本发明专利技术的早强型聚羧酸减水剂具有能提高混凝土的早期强度，且不影响混凝土的后期强度，提高混凝土抗冻性能的优点。

An early strength polycarboxylate water reducer and its preparation and Application

The invention discloses an early strength polycarboxylic acid water reducer and a preparation method and application thereof. The early strength polycarboxylate water reducer comprises the following components: polycarboxylate superplasticizer mother liquor, early strength component, defoamer, accelerator and fluorosilicate; the early strength component includes organic early strength component and inorganic early strength component, and the mass ratio of organic early strength component and inorganic early strength component is 1: (0.8-1.2); the polycarboxylate high efficiency water reducer mother liquor comprises the following raw materials by weight: 20 \u2011 45 parts of methoxy polyethylene glycol, 15 \u2011 20 parts of 1,2,4,5 \u2011 phthalic anhydride, 5 \u2011 14 parts of sodium methacrylate sulfonate, 15 \u2011 20 parts of p-toluenesulfonic acid, 35 \u2011 40 parts of ionic water, 1 \u2011 5 parts of polymerization inhibitor, 2.5 \u2011 5 initiator, 1 \u2011 3 parts of pH regulator. The early strength polycarboxylate water reducer of the invention has the advantages of improving the early strength of concrete, not affecting the later strength of concrete, and improving the frost resistance of concrete.

【技术实现步骤摘要】
一种早强型聚羧酸减水剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及混凝土外加剂
，更具体地说，它涉及一种早强型聚羧酸减水剂及其制备方法和应用。
技术介绍
混凝土当今世界上用量最大的人工建筑材料。混凝土外加剂是在拌制混凝土拌合前或拌合过程中掺入用以改善混凝土性能的物质，能有效地改善混凝土的性能，成为混凝土中不可或缺的材料。聚羧酸系高性能减水剂因具有分散性好，减水率高，掺量低，坍落度保持性强，收缩率低，生产过程无“三废”产生，绿色环保等优点，倍受人们的广泛关注。现有技术中，申请号为CN201310239189.5的中国专利技术专利文件中一种聚羧酸型高保坍减水剂的常温合成方法，将包括不饱和聚氧乙烯醚、丙烯酸、马来酸酐和自来水的底料投入反应釜中，搅拌至溶解，底料溶解后投入氧化剂溶液，搅拌至完全溶解后同时滴加事先配置好的A料和B料，A料2-3小时滴加完，B料较A料迟30-45分钟滴加完，B料滴完后继续反应1-2小时，加自来水稀释并用液碱中和至pH为6，即得。现有的这种聚羧酸高保坍减水剂的主链能吸附于水泥颗粒表面，形成牢固的吸附层，由聚氧乙烯侧链呈绒毛状伸展在水溶液中，形成强烈的空间位阻作用，使水泥颗粒得到显著的分散作用，从而使混凝土拥有良好的工作性能和力学性能，然而，这种聚羧酸高保坍减水剂会显著延缓水泥的水化，使得混凝土的早期强度发展缓慢。现有技术中，申请号为CN201510599278.X的中国专利申请公开了一种具有保坍功能的早强型聚羧酸减水剂，该聚羧酸减水剂通过如下方法制备而成：(Ⅰ)水性自由基共聚反应：通过5％-12％单体a，73％-89％分子量M＝2000-5000的改性型低泡早强聚醚单体b，和6％-15％单体c在50℃-70℃水溶液中发生共聚反应得到共聚反应物，单体a、单体b、单体c的总量按重量计为100％；(Ⅱ)中和反应：在共聚物中加入pH值调节剂进行中和反应，将共聚物的pH值调至6.8-7.2。现有的这种具有保坍功能的早强型聚羧酸减水剂的制备工艺复杂，同时影响混凝土后期强度。因此，需研发一种提高混凝土早期强度且不影响后期强度的早强型聚羧酸减水剂是需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种早强型节省时间减水剂，其具有能提高混凝土的早期强度，且不影响混凝土的后期强度的优点。本专利技术的第二个目的在于提供一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法，其具有制备工艺简单的优点。本专利技术的第三个目的在于提供一种早强型聚羧酸减水剂的应用，其具有掺入量小，能提高混凝土早期强度，而不影响后期强度的优点。为实现上述第一个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种早强型聚羧酸减水剂，包括以下重量份的组分：15-30份聚羧酸高效减水剂母液、3-15份早强组分、0.2-0.6份消泡剂、5-9份速凝剂、1-5份氟硅酸盐；所述早强组分包括有机早强组分和无机早强组分，有机早强组分和无机早强组分的质量比为1:(0.8-1.2)；所述聚羧酸高效减水剂母液包括以下重量份的原料：20-45份甲氧基聚乙二醇、15-20份1，2，4，5-苯四酸酐、5-14份甲基丙烯酸磺酸钠、15-20份对甲苯磺酸、35-40份去离子水、1-5份阻聚剂、2.5-5引发剂、1-3份pH调节剂。通过采用上述技术方案，由于采用聚羧酸高效减水剂母液能大幅度减少混凝土内的游离水，降低水胶比，从而增强混凝土的抗压强度，选用有机早强组分和无机早强组分相互协同使用，能尽快提高早期强度，并对混凝土的后期强度也有比较明显的提高，氟硅酸盐水解产物与氢氧化钙反应，产生覆盖在水泥水化产物上的晶体物质，随着水化进行，覆盖物质被破坏，水化速度加快，早期强度提高，且氟硅酸盐能增强化学粘结力，与速凝剂混合使用，使混凝土的水化反应和化学反应同时进行，加快混凝土凝结，增强混凝土粘结力，形成早期的叠加作用，使早强性能大大提升。使用甲氧基聚乙二醇与1,2,4,5-苯四酸酐等物质反应制备聚羧酸高效减水剂母液，聚羧酸高效减水剂分子链呈梳形结构，且主链的短侧链长，主侧链上带有活性基团，通过空间位阻作用，使聚羧酸高效减水剂具有较高的减水性能、保坍性能和流动性。进一步地，所述聚羧酸高效减水剂母液由以下方法制成：(1)酯化：将甲氧基聚二醇加入反应釜中，加热搅拌至充分融化，温度为80-105℃，加入1，2，4，5-苯四酸酐、阻聚剂、对甲基苯磺酸，升温至120-130℃，搅拌并保温5-7h，得到酯化大分子单体；(2)聚合：将制备得到的酯化大分子单体加热融化，将甲基丙烯酸磺酸钠、引发剂和去离子水混合均匀，滴加到酯化大分子单体中，在4-5h滴加完毕，升温至100-120℃，保温2-3h；(3)中和：将聚合后的产物自然冷却到60℃以下，边搅拌边加入pH调节剂，调节pH为6-7，即得聚羧酸高效减水剂母液。进一步地，所述有机早强组分由三乙醇胺、三异丙醇胺和甲酸钙按照1:(1-1.5):(3-3.5)的质量比混合制成；所述无机早强组分为质量比为(0.8-1.2):(1.2-1.5):(0.5-0.8)的硝酸钙、纳米碳酸钙和硅酸钙。通过采用上述技术方案，有机早强组分中三乙醇胺可与钙离子形成易溶于水的络合离子，提高水泥颗粒表面的可溶性，阻碍C3A表面形成水化初期不渗透层，促进C3A和C4AF的溶解，加速其与石膏反应生成硫铝酸钙，同时也降低钙离子和铝离子的溶度，进一度促进C3S的水化，促进混凝土早期强度的增长，缩短混凝土的凝结时间，甲酸钙能改变混凝土中硅酸三钙的浓度，提高C3S的水化速度，提高钙离子浓度，使硅酸钙溶出速度快，有利于形成水泥石结构，从而使早期强度增加。无机早强组分中纳米碳酸钙掺入混凝土中可以起到超细微集料的作用，填充水泥熟料颗粒周围的间隙，使混凝土的结构更加密实，从而提高混凝土的强度，硝酸钙能促进水泥的水化，改善水化产物的结构，使砂浆结构趋于密实，硅酸钙能使纳米碳酸钙作为晶核生长，使硅酸钙以纳米碳酸钙为核心发展成网状结构，使混凝土内部更加密实，且纳米碳酸钙可以降低氢氧化钙在界面处的密集分布和定向排列，有助于改善界面的综合性能，纳米碳酸钙还能促进C3A与石膏反应生成钙矾石，钙矾石再与纳米碳酸钙反应生成碳铝酸钙，进一步提高混凝土的早期强度。将有机早强组分和无机早强组分复合使用，能改善单一早强组分的不足，并进一步提高早强组分的早强作用。进一步地，所述氟硅酸盐由氟硅酸钠、氟硅酸锌和氟硅酸镁按照(2-3):(1-1.5):(1.1-1.3)的质量比混合制成。通过采用上述技术方案，氟硅酸盐的掺量大，能产生促凝效果，加速混凝土的水化，并且氟硅酸盐水解产物与水泥水化产物氢氧化钙发生化学反应，生成晶体物质覆盖在水泥水化产物表面，阻止水化反应的迁移，随着水化的进行，覆盖层被破坏，水泥水化速度加快，由于氟硅酸盐本身水解会产生硅酸胶体，从而使得混凝土早期强度提高。进一步地，所述速凝剂由甲酰胺、三乙酸甘油酯、二甲基苯胺和过氧化苯甲酰按照1:(1.1-1.3):(0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：15-30份聚羧酸高效减水剂母液、3-15份早强组分、0.2-0.6份消泡剂、5-9份速凝剂、1-5份氟硅酸盐；/n所述早强组分包括有机早强组分和无机早强组分，有机早强组分和无机早强组分的质量比为1:（0.8-1.2）；/n所述聚羧酸高效减水剂母液包括以下重量份的原料：20-45份甲氧基聚乙二醇、15-20份1，2，4，5-苯四酸酐、5-14份甲基丙烯酸磺酸钠、15-20份对甲苯磺酸、35-40份去离子水、1-5份阻聚剂、2.5-5引发剂、1-3份pH调节剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：15-30份聚羧酸高效减水剂母液、3-15份早强组分、0.2-0.6份消泡剂、5-9份速凝剂、1-5份氟硅酸盐；
所述早强组分包括有机早强组分和无机早强组分，有机早强组分和无机早强组分的质量比为1:（0.8-1.2）；
所述聚羧酸高效减水剂母液包括以下重量份的原料：20-45份甲氧基聚乙二醇、15-20份1，2，4，5-苯四酸酐、5-14份甲基丙烯酸磺酸钠、15-20份对甲苯磺酸、35-40份去离子水、1-5份阻聚剂、2.5-5引发剂、1-3份pH调节剂。


2.根据权利要求1所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述聚羧酸高效减水剂母液由以下方法制成：（1）酯化：将甲氧基聚二醇加入反应釜中，加热搅拌至充分融化，温度为80-105℃，加入1，2，4，5-苯四酸酐、阻聚剂、对甲基苯磺酸，升温至120-130℃，搅拌并保温5-7h，得到酯化大分子单体；
（2）聚合：将制备得到的酯化大分子单体加热融化，将甲基丙烯酸磺酸钠、引发剂和去离子水混合均匀，滴加到酯化大分子单体中，在4-5h滴加完毕，升温至100-120℃，保温2-3h；
（3）中和：将聚合后的产物自然冷却到60℃以下，边搅拌边加入pH调节剂，调节pH为6-7，即得聚羧酸高效减水剂母液。


3.根据权利要求1所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述有机早强组分由三乙醇胺、三异丙醇胺和甲酸钙按照1:（1-1.5）:（3-3.5）的质量比混合制成；
所述无机早强组分为质量比为（0.8-1.2）:（1.2-1.5）:（0.5-0.8）的硝酸钙、纳米碳酸钙和硅酸钙。


4.根据权利要求1所述的早强型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述氟硅酸盐由氟硅酸钠、氟硅酸锌和氟硅酸镁按照（2-3）:（1-1.5）:（1.1-1.3）的质量比混合制成。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王小清，孙治平，
申请(专利权)人：重庆腾治科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50