一种高性能抗裂减缩型混凝土减水剂及其制备方法与流程

1.本发明属于混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种高性能抗裂减缩型混凝土减水剂及其制备方法。


背景技术：

2.在现代混凝土技术领域里，减水剂是改善混凝土拌和物流变性能的外加剂之一，已被当作混凝土除水泥、砂、石和水之外的第五组分。减水剂的应用可有效减少混凝土的水灰比，改善混凝土孔结构和密实程度，提高混凝土的强度和耐久性，对提高工程质量和使用寿命，降低工程成本，减少环境污染等方面具有重要意义。
3.常见的外加剂主要有木质素磺酸盐系、萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐系、聚羧酸(pc)系等。其中，聚羧酸减水剂是一类含羧基、醚基(酯基)、羟基及磺酸基等基团的梳形高分子表面活性剂，其因具有掺量低、减水率高、可设计性强及对环境友好等优点而成为运用最广泛的混凝土外加剂，是新型建筑支柱产业的重要产品。根据聚羧酸减水剂主链结构的不同可以将聚羧酸系高效减水剂产品分为两大类：一类以丙烯酸或甲基丙烯酸为主链，接枝不同侧链长度的聚醚。另一类是以马来酸酐为主链接枝不同侧链长度的聚醚。以此为基础，衍生了一系列不同特性的高性能减水剂产品。
4.目前，聚羧酸减水剂的合成温度大多在80-120℃，反应时间为3-8h，且配方一般较为复杂，需要添加中和剂进行酸碱度中和，生产成本较高。同时，生产过程中，过高的温度会导致分子运动加剧，使得合成的过程难以控制，产品的结构和纯度难以达到预期的设计效果，减水、抗裂、减缩效果和保坍性能不理想。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的首要目的是提供一种高性能抗裂减缩型混凝土减水剂及其制备方法，在简化配方工艺的同时保证减水剂的减水、抗裂、减缩等性能良好，且反应温度控制在较低温度，无需添加中和剂，从而降低生产成本，提高经济效益。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
7.一种高性能抗裂减缩型混凝土减水剂，其组分质量百分数为：
8.(a)不饱和聚醚单体占有总质量的50～55％；
9.(b)丙烯酸类小单体占有总质量的5～7％；
10.(c)引发剂占有总质量的0.1～0.2％；
11.(d)还原剂占有总质量的0.04～0.06％；
12.(e)链转移剂占有总质量的0.1～0.2％；
13.(f)其余为去离子水。
14.优选地，所述不饱和聚醚单体采用广东奥克化学有限公司生产的oxab-501b聚醚产品，化学名称为为烷撑烯基聚氧乙烯醚，其羟值为23～26mgkok/g，不饱和度≥0.37mmol/g，水含量≤5％。
15.优选地，所述丙烯酸类小单体为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯的一种或两种。
16.优选地，所述引发剂为双氧水。
17.优选地，所述还原剂为维生素c。
18.优选地，所述链转移剂为巯基乙酸。
19.一种高性能抗裂减缩型混凝土减水剂的制备方法，包括如下步骤：
20.(1)原料称取：按比例称取不饱和聚醚单体、丙烯酸类小单体、引发剂、还原剂、链转移剂、去离子水；
21.(2)底料配制：常温、常压下将不饱和聚醚单体用去离子水配制成浓度为50～70％的底料，并将温度调节至40
±
1℃；
22.(3)a液配制：常温、常压下将丙烯酸类小单体用去离子水配制成浓度为50～70％的a液；
23.(4)b液配制：常温、常压下将还原剂、链转移剂用去离子水配制成浓度为0.1～1.0％的b液；
24.(5)调配合成：在底料中加入引发剂后搅拌均匀，然后缓慢滴加a液和b液，滴加过程控制温度稳定，滴加完成后保温60～70min完成聚合；
25.(6)温度降至常温后，加去离子水稀释至设计浓度，即得到高性能抗裂减缩型混凝土减水剂。
26.优选地，步骤(4)中，b液的配置是指：在常温、常压的情况下往罐体中加入定量的去离子水，搅拌情况下加入还原剂和链转移剂，搅拌15min使溶液均匀，溶液浓度控制在0.01～0.05％。
27.优选地，步骤(5)中，引发剂的加入时间为a液、b液滴加前5min，加入时底料温度保持在40
±
1℃；
28.优选地，步骤(5)中，a液与b液同时开始滴加，a液的滴加时间为180
±
10min，b液的滴加时间为210
±
10min，且a液、b液均以先慢后快的方式滴加，滴加的速度趋势相同。
29.优选地，步骤(5)中，当b液滴加完成后开始计算保温时间，保温过程要求温度控制在40～45℃。
30.优选地，步骤(5)中，所述a液、b液的滴加使用蠕动泵滴加，滴加过程中每30min确认液位是否符合要求，不符合的即时调整蠕动泵变频，使得调整后的滴加时间符合要求。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
32.1、本发明中采用氧化还原体系共聚体系，其引发聚合速度快，可以在较低温度(40～45℃)下引发聚合，有效节约了生产能耗；
33.2、本发明采用公司自产的oxab-501聚醚作为反应大单体，其具有分子量分布窄、杂质含量低、聚合反应活性高的特点，所合成的减水剂保坍性能突出，适应性好，综合性能优越；
34.3、本发明中的引发剂(双氧水)直接在底料中加入，在双氧水这个过氧类引发剂中加上还原剂，通过氧化-还原反应产生自由基可降低分解活化能，从而使聚合反应在较低的温度下进行，有利于节省能源，同时改善聚合物的性能；
35.3、本发明中小单体、还原剂、链转移剂通过先慢后快的滴加方式加入，反应过程温度稳定，避免了温度过高导致引发剂分解速度快而引起的局部过渡聚合问题，反应更加充
分、稳定；通过链转移剂调节聚合物的分子量分布，方便对反应进行控制，同时适当缩短了反应时间；
36.4、本发明配方简单，未添加强酸或强碱物质，无需添加中和剂进行中和；选用的不饱和聚醚单体活性较高，在较低温度(40～45℃)下即可进行反应，且工艺简单，可控性强，从而有效降低了生产成本，有利于工业化生产。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.实施例1：
39.一种高性能抗裂减缩型混凝土减水剂，包括重量比如下的原料：
40.5540份不饱和聚醚单体(53.71％)，
41.658份丙烯酸类小单体(6.38％)，
42.17.8份引发剂(0.17％)，
43.5.6份还原剂(0.05％)，
44.16.2份链转移剂(0.16％)，
45.4078份去离子水(39.53％)。
46.具体地，所述不饱和聚醚单体采用广东奥克化学有限公司生产的oxab-501b聚醚产品，化学名称为为烷撑烯基聚氧乙烯醚，其羟值为23～26mgkok/g，不饱和度≥0.37mmol/g，水含量≤5。
47.具体的，所述丙烯酸类小单体为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯的组合，其中丙烯酸200份，丙烯酸羟乙酯458份。
48.具体的，所述引发剂为双氧水。
49.具体的，所述还原剂为维生素c。
50.具体的，所述链转移剂为巯基乙酸。
51.一种高性能抗裂减缩型混凝土减水剂的制备方法，包括如下步骤：
52.(1)原料称取：按重量比称取5540份oxab-501b聚醚、200份丙烯酸，458份丙烯酸羟乙酯，17.8份双氧水、5.6份维生素c、16.2巯基乙酸、4078份去离子水；
53.(2)底料配制：常温、常压下将5540份oxab-501b聚醚用去离子水配制成浓度为60％的底料，并将温度调节至40
±
1℃；
54.(3)a液配制：常温、常压下，往罐体中加入200份丙烯酸，458份丙烯酸羟乙酯、342份去离子水，搅拌10min至溶液均匀，制得浓度为65.80％的a液；
55.(4)b液配制：常温、常压下往罐体中加入980份去离子水，搅拌情况下加入5.6份维生素c、16.2份巯基乙酸，搅拌15min至溶液均匀，制得浓度为2.18％的b液；
56.(5)调配合成：底料温度控制在40
±
1℃，在底料中加入17.8份双氧水后搅拌均匀；
57.然后在加入双氧水5min内开始缓慢滴加a液和b液，a液与b液同时开始滴加，a液的滴加时间为180
±
10min，b液的滴加时间为210
±
10min，且a液、b液均以先慢后快的方式滴加，滴加的速度趋势相同；滴加过程控制温度在40～45℃；
58.当b液滴加完成后开始计算保温时间，保温时间为60～70min，保温过程将温度控制在40～45℃。
59.(6)温度降至常温后，加入余量的去离子水稀释至设计浓度，即得到高性能抗裂减缩型混凝土减水剂。
60.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
61.1、本发明中采用氧化还原体系共聚体系，其引发聚合速度快，可以在较低温度(40～45℃)下引发聚合，有效节约了生产能耗；
62.2、本发明采用公司自产的oxab-501聚醚作为反应大单体，其具有分子量分布窄、杂质含量低、聚合反应活性高的特点，所合成的减水剂保坍性能突出，适应性好，综合性能优越；
63.3、本发明中的引发剂(双氧水)直接在底料中加入，在双氧水这个过氧类引发剂中加上还原剂，通过氧化-还原反应产生自由基可降低分解活化能，从而使聚合反应在较低的温度下进行，有利于节省能源，同时改善聚合物的性能；
64.3、本发明中小单体、还原剂、链转移剂通过先慢后快的滴加方式加入，反应过程温度稳定，避免了温度过高导致引发剂分解速度快而引起的局部过渡聚合问题，反应更加充分、稳定；通过链转移剂调节聚合物的分子量分布，方便对反应进行控制，同时适当缩短了反应时间；
65.4、本发明配方简单，未添加强酸或强碱物质，无需添加中和剂进行中和；选用的不饱和聚醚单体活性较高，在较低温度(40～45℃)下即可进行反应，且工艺简单，可控性强，从而有效降低了生产成本，有利于工业化生产。
66.实施例2：
67.一种高性能抗裂减缩型混凝土减水剂，包括重量比如下的原料：
68.5000份不饱和聚醚单体(51.81％)，
69.550份丙烯酸类小单体(5.70％)，
70.15份引发剂(0.16％)，
71.5份还原剂(0.05％)，
72.10份链转移剂(0.10％)，
73.4070份去离子水(42.18％)。
74.具体地，所述不饱和聚醚单体采用广东奥克化学有限公司生产的oxab-501b聚醚产品，化学名称为为烷撑烯基聚氧乙烯醚，其羟值为23～26mgkok/g，不饱和度≥0.37mmol/g，水含量≤5。
75.具体的，所述丙烯酸类小单体为丙烯酸羟乙酯；所述引发剂为双氧水；所述还原剂为维生素c；所述链转移剂为巯基乙酸。
76.一种高性能抗裂减缩型混凝土减水剂的制备方法，包括如下步骤：
77.(1)原料称取：按重量比例称取不饱和聚醚单体、丙烯酸类小单体、引发剂、还原剂、链转移剂、去离子水；
78.(2)底料配制：常温、常压下将不饱和聚醚单体用去离子水配制成浓度为50～70％的底料，并将温度调节至40
±
1℃；
79.(3)a液配制：常温、常压下，往罐体中加入丙烯酸类小单体、去离子水，搅拌10min
至溶液均匀，制得浓度为50～70％的a液；
80.(4)b液配制：常温、常压下往罐体中加入一定量的去离子水，搅拌情况下加入还原剂、链转移剂后，搅拌15min至溶液均匀，制得浓度为1.64％的b液；
81.(5)调配合成：底料温度控制在40
±
1℃，在底料中加入引发剂后搅拌均匀；
82.然后在加入双氧水5min内开始缓慢滴加a液和b液，a液与b液同时开始滴加，a液的滴加时间为180
±
10min，b液的滴加时间为210
±
10min，且a液、b液均以先慢后快的方式滴加，滴加的速度趋势相同；滴加过程控制温度在40～45℃；
83.当b液滴加完成后开始计算保温时间，保温时间为60～70min，保温过程将温度控制在40～45℃。
84.(6)温度降至常温后，加入余量的去离子水稀释至设计浓度，即得到高性能抗裂减缩型混凝土减水剂。
85.实施例3：
86.本实施例3与实施例2的不同之处仅在于：
87.一种高性能抗裂减缩型混凝土减水剂，包括重量比如下的原料：
88.6000份不饱和聚醚单体(53.35％)，
89.750份丙烯酸类小单体(6.67％)，
90.20份引发剂(0.18％)，
91.6份还原剂(0.05％)，
92.20份链转移剂(0.18％)，
93.4450份去离子水(39.57％)。
94.具体的，所述丙烯酸类小单体为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯的组合，其中丙烯酸250份，丙烯酸羟乙酯500份。
95.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、组合、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。