丙烯酸酯单体、聚丙烯酰胺水溶液及用两者制备的水泥注浆外加剂的制作方法

丙烯酸酯单体、聚丙烯酰胺水溶液及用两者制备的水泥注浆外加剂
1.技术要点：
2.本发明属于水泥添加剂技术领域，具体为丙烯酸酯单体、聚丙烯酰胺水溶液及用两者制备的水泥注浆外加剂，本发明作用硅酸盐水泥后提高水泥的流动度，在水下不分散并具有提高强度和早强。迅速将裂缝和空洞中的水通道堵塞。


背景技术：

3.目前水泥注浆采用的聚合氯化铝法和聚丙烯酰胺法或硅酸钠法等水下混凝土浇筑，砂浆或纯水泥注浆的缺陷在于缓凝，强度不理想，絮凝效果不好，水泥在水中与骨料离析、跑浆严重等。本发明作用硅酸盐水泥后提高了水泥浆的流动度和水下不分散絮凝效果，并提高了水泥浆混凝土在水下的强度，达到早强。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种水泥注浆外加剂及其制备方法，以解决上述背景技术中所提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.丙烯酸酯单体，包括按照质量份数计的如下组份：丙烯酸丁酯10
‑
25份，甲基丙烯酸1
‑
10份，丙烯腈1
‑
10份，丙烯酸异辛酯5
‑
25份，丙烯酰胺0.5
‑
5份，聚乙二醇醚speg1
‑
5份，烷基酚聚氧乙烯醚0.2
‑
2份，十二烷基硫酸钠0.1
‑
1份，过硫酸铵0.01
‑
0.1份，去离子水40
‑
60份。
7.所述的丙烯酸酯单体的制备方法，包括如下步骤：
8.步骤一、备料
9.按照所述质量份数，将所述过硫酸铵配制成质量百分含量为5～8％的水溶液，得过硫酸铵水溶液备用；
10.将所述丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯腈和丙烯酸异辛酯，混合成混合单体备用；
11.用所述丙烯酰胺总量8～12倍的去离子水将丙烯酰胺溶解，得丙烯酰胺水溶液备用；
12.步骤二、第一次反应
13.按照所述质量份数计，将所述去离子水、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠，和三分之一量的过硫酸铵水溶液加入至反应器中并搅拌，然后将所述聚乙二醇醚speg加入至反应釜中，搅拌均匀，接着将步骤一所得混合单体总量的5～8％加入至反应釜内，搅拌均匀后升温至80～85℃保温，得预乳化反应体系；
14.步骤三、第二次反应
15.当步骤二所得预乳化反应体系出现蓝光后，开始同时滴加剩余的所述混合单体和丙烯酰胺水溶液，得到聚丙烯酸酯乳液。
16.所述的聚丙烯酸酯乳液的制备方法，步骤三中在滴加过程中，滴加时间为5～6h，
然后保温1～2h后降至常温，用氨水将滴加完后的反应体系的ph值调至8～9。
17.优选的，调节完ph值2h后再次测ph值，如果ph值低于8，则用氨水再次调节ph值至8～9。
18.聚丙烯酰胺水溶液，包括按照质量份数计的如下组份：丙烯酰胺5
‑
10份，甲叉双丙烯酰胺0.1
‑
1份，去离子水50
‑
100份，过硫酸铵0.01
‑
0.1份，亚硫酸氢钠0.01
‑
0.1份。
19.所述的聚丙烯酰胺水溶液的制备方法，包括如下步骤：
20.s1、制备丙烯酰胺胶体
21.按照所述质量份数，依次将所述去离子水、丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺加入反应器中，升温至45～50℃后，将所述过硫酸铵和亚硫酸氢钠加入反应器内，升温至56～62℃并恒温，得丙烯酰胺胶体；
22.s2、制备聚丙烯酰胺胶体水溶液
23.将s1所得丙烯酰胺胶体静置18～24h后，用反渗透水对所得丙烯酰胺胶体稀释成2
‑
4％固含量的聚丙烯酰胺胶体水溶液。
24.水泥注浆外加剂，包括权利要求1所述的聚丙烯酸酯乳胶和权利要求5所述的聚丙烯酰胺水溶液，所述的聚丙烯酸酯乳胶和所述的聚丙烯酰胺水溶液的质量比为1
‑
5份：10份，将两者按照所述质量比混合后即得水泥注浆外加剂。
25.作为优选的，甲叉双丙烯酰胺由山东鲁西化工有限公司生产。
26.有益效果：
27.本发明制得的水泥注浆外加剂在和水泥、石英粉和减水剂混合后，即在实际使用中，注浆水泥强度由龄期变化，在7天到90天之间，其强度具有先上升、中间约有下降、后期再升的特点，解决了注浆水泥在水中塌落度及流平，强度也能满足水泥砂浆c20
‑
c30以上。聚丙烯酰胺水溶液中由于加入了甲叉双丙烯酰胺，使分子链的架桥联的机械能力大大提高，絮凝效果明显增强，速度增快，在聚丙烯酸酯乳液的作用下，其整体的交连具有连续性和流动性，使注浆水泥不但絮凝效果好，而且密实性也得以提高，对注浆水泥的后期强度提供了保障。
具体实施方式
28.下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明，但不限制本发明的保护范围。
29.聚乙二醇醚聚醚speg购自茂名佳化化学有限公司；
30.甲叉双丙烯酰胺购自山东鲁西化工有限公司。
31.实施例1
32.丙烯酸酯单体，包括按照质量份数计的如下组份：丙烯酸丁酯10份，甲基丙烯酸1份，丙烯腈1份，丙烯酸异辛酯5份，丙烯酰胺0.5份，聚乙二醇醚speg1份，烷基酚聚氧乙烯醚0.2
‑
2份，十二烷基硫酸钠0.1份，过硫酸铵0.01份，去离子水40份。
33.丙烯酸酯单体的制备方法，包括如下步骤：
34.步骤一、备料
35.按照所述质量份数，将所述过硫酸铵配制成质量百分含量为5％的水溶液备用；
36.将所述丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯腈和丙烯酸异辛酯，混合成混合单体备用；
37.用所述丙烯酰胺总量8倍的去离子水将丙烯酰胺溶解备用；
38.步骤二、第一次反应
39.按照所述质量份数计，将所述去离子水、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠，和三分之一量的过硫酸铵水溶液加入至反应器中并搅拌，然后将所述聚乙二醇醚speg加入至反应釜中，搅拌均匀，接着将步骤一所得混合单体总量的5％加入至反应釜内，搅拌均匀后升温至80℃保温，得预乳化反应体系；
40.步骤三、第二次反应
41.当步骤一反应体系出现蓝光后，开始同时滴加剩余的所述混合单体和丙烯酰胺水溶液，滴加时间为5h，然后保温1h后降至常温，用氨水将滴加完后的反应体系的ph值调至8～9，48
‑
72h后，再次测ph值，如果ph值低于8，则用氨水再次调节ph值至8，即得到聚丙烯酸酯乳液。
42.聚丙烯酰胺水溶液，包括按照质量份数计的如下组份：丙烯酰胺5份，甲叉双丙烯酰胺0.1份，去离子水50份，过硫酸铵0.01份，亚硫酸氢钠0.01份。
43.聚丙烯酰胺水溶液的制备方法，包括如下步骤：
44.s1、制备丙烯酰胺胶体
45.按照所述质量份数，依次将所述去离子水、丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺加入反应器中，升温至45℃后，将所述过硫酸铵和亚硫酸氢钠加入反应器内，升温至56℃并恒温，得丙烯酰胺胶体；
46.s2、制备聚丙烯酰胺胶体水溶液
47.将s1所得丙烯酰胺胶体静置18h后，用反渗透水对所得丙烯酰胺胶体稀释成2％固含量的聚丙烯酰胺胶体水溶液。
48.水泥注浆外加剂，包括所述的聚丙烯酸酯乳胶和所述的聚丙烯酰胺水溶液，所述的聚丙烯酸酯乳胶和所述的聚丙烯酰胺水溶液质量比为1份：10份，将两者按照质量比混合后即得水泥注浆外加剂。
49.实施例2
50.丙烯酸酯单体，包括按照质量份数计的如下组份：丙烯酸丁酯20份，甲基丙烯酸8份，丙烯腈7份，丙烯酸异辛酯17份，丙烯酰胺3.1份，聚乙二醇醚speg 2份，烷基酚聚氧乙烯醚1.2份，十二烷基硫酸钠0.6，过硫酸铵0.08份，去离子水51份。
51.丙烯酸酯单体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
52.步骤一、备料
53.按照所述质量份数，将所述过硫酸铵配制成质量百分含量为5％的水溶液备用；
54.将所述丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯腈和丙烯酸异辛酯，混合成混合单体备用；
55.用所述丙烯酰胺总量10倍的去离子水将丙烯酰胺溶解备用；
56.步骤二、第一次反应
57.按照所述质量份数计，将所述去离子水、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠，和三分之一量的过硫酸铵水溶液加入至反应器中并搅拌，然后将所述聚乙二醇醚speg加入至反应釜中，搅拌均匀，接着将步骤一所得混合单体总量的8％加入至反应釜内，搅拌均匀后升温至83℃保温，得预乳化反应体系；
58.步骤三、第二次反应
59.当步骤一反应体系出现蓝光后，开始同时滴加剩余的所述混合单体和丙烯酰胺水
溶液，滴加时间为6h，然后保温1.5h后降至常温，用氨水将滴加完后的反应体系的ph值调至9，2h后，再次测ph值，如果ph值低于8，则用氨水再次调节ph值至9，即得到聚丙烯酸酯乳液。
60.聚丙烯酰胺水溶液，包括按照质量份数计的如下组份：丙烯酰胺6份，甲叉双丙烯酰胺0.7份，去离子水67份，过硫酸铵0.07份，亚硫酸氢钠0.06份。
61.聚丙烯酰胺水溶液的制备方法，包括如下步骤：
62.s1、制备丙烯酰胺胶体
63.按照所述质量份数，依次将所述去离子水、丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺加入反应器中，升温至50℃后，将所述过硫酸铵和亚硫酸氢钠加入反应器内，升温至60℃并恒温，得丙烯酰胺胶体；
64.s2、制备聚丙烯酰胺胶体水溶液
65.将s1所得丙烯酰胺胶体静置20h后，用反渗透水对所得丙烯酰胺胶体稀释成3％固含量的聚丙烯酰胺胶体水溶液。
66.水泥注浆外加剂，包括所述的聚丙烯酸酯乳胶和所述的聚丙烯酰胺水溶液，所述的聚丙烯酸酯乳胶和所述的聚丙烯酰胺水溶液质量比为3份：10份，将两者按照质量比混合后即得水泥注浆外加剂。
67.实施例3
68.丙烯酸酯单体，包括按照质量份数计的如下组份：丙烯酸丁酯25份，甲基丙烯酸10份，丙烯腈10份，丙烯酸异辛酯25份，丙烯酰胺5份，聚乙二醇醚speg 5份，烷基酚聚氧乙烯醚2份，十二烷基硫酸钠1份，过硫酸铵0.1份，去离子水60份。
69.丙烯酸酯单体的制备方法，包括如下步骤：
70.步骤一、备料
71.按照所述质量份数，将所述过硫酸铵配制成质量百分含量为5％的水溶液备用；
72.将所述丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯腈和丙烯酸异辛酯，混合成混合单体备用；
73.用所述丙烯酰胺总量12倍的去离子水将丙烯酰胺溶解备用；
74.步骤二、第一次反应
75.按照所述质量份数计，将所述去离子水、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠，和三分之一量的过硫酸铵水溶液加入至反应器中并搅拌，然后将所述聚乙二醇醚speg加入至反应釜中，搅拌均匀，接着将步骤一所得混合单体总量的8％加入至反应釜内，搅拌均匀后升温至85℃保温，得预乳化反应体系；
76.步骤三、第二次反应
77.当步骤一反应体系出现蓝光后，开始同时滴加剩余的所述混合单体和丙烯酰胺水溶液，滴加时间为6h，然后保温2h后降至常温，用氨水将滴加完后的反应体系的ph值调至9，2h后，再次测ph值，如果ph值低于8，则用氨水再次调节ph值值9，即得到聚丙烯酸酯乳液。
78.聚丙烯酰胺水溶液，包括按照质量份数计的如下组份：丙烯酰胺10份，甲叉双丙烯酰胺1份，去离子水100份，过硫酸铵0.1份，亚硫酸氢钠0.1份。
79.聚丙烯酰胺水溶液的制备方法，包括如下步骤：
80.s1、制备丙烯酰胺胶体
81.按照所述质量份数，依次将所述去离子水、丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺加入反应器中，升温至50℃后，将所述过硫酸铵和亚硫酸氢钠加入反应器内，升温至62℃并恒温，得
丙烯酰胺胶体；
82.s2、制备聚丙烯酰胺胶体水溶液
83.将s1所得丙烯酰胺胶体静置24h后，用反渗透水对所得丙烯酰胺胶体稀释成4％固含量的聚丙烯酰胺胶体水溶液。
84.水泥注浆外加剂，包括所述的聚丙烯酸酯乳胶和所述的聚丙烯酰胺水溶液，所述的聚丙烯酸酯乳胶和所述的聚丙烯酰胺水溶液质量比为5份：10份，将两者按照质量比混合后即得水泥注浆外加剂。
85.将上述实施例一至三获得的
86.实施例1
‑
3测试配方见表1；
87.实施例1
‑
3的测试结果见表2。
88.表1实施例1
‑
3的测试配方
[0089][0090][0091]
表2实施例1
‑
3的测试结果
[0092]
测试项目实施例1实施例2实施例3初凝时间(h)281610固化时间(h)724836坍落度实测值(mm)212730清水中絮凝外观无浑浊现象无浑浊现象无浑浊现象抗压强度7d(pma)26.3引38抗压强度28d(pma)25.129.436.9抗压强度90d(pma)28.031.239.6
[0093]
从上述的实施例测试结果可知，本发明用于水泥时虽然掺量不同，但变化很大。28天的强度有些下降，但后期90天的强度又开始上升。说明注浆水泥强度由龄期变化。在曲线表中的体现是先上升，中间约有下降，后期再升的特点，但总体不影响材料基本要求。本发明解决了注浆水泥在水中塌落度及流平，强度液能满足水泥砂浆c20
‑
c30以上。聚丙烯酰胺水溶液中由于加入了甲叉双丙烯酰胺，使分子链的架桥联的机械能力大大提高，絮凝效果明显增强，速度增快，在聚丙烯酸酯乳液的作用下，其整体的交连具有连续性和流动性，使注浆水泥不但絮凝效果好，而且密实性也得以提高，对注浆水泥的后期强度提供了保障。对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
[0094]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。