一种装配式建筑部件用共聚物减水剂及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于建筑材料技术领域，更具体的涉及一种装配式建筑部件用共聚物减水剂及其制备方法。


背景技术：

[0002]
装配式结构(prefabricated concrete structure)是装配式混凝土结构的简称，是以预制构件为主要受力构件经装配，连接而成的混凝土结构。装配式钢筋混凝土结构是我国建筑结构发展的重要方向之一。与现浇施工工法相比，装配式结构有利于绿色施工，因为装配式施工更能符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求。装配式预制构建混凝土对减水剂要求较高，传统减水剂因其缓凝、引气等特点，显著延缓了水泥的水化，影响混凝土早期强度的发展。
[0003]
现有技术1(徐忠洲，等：早强型聚羧酸高性能减水剂的合成及应用研究，新型建筑材料，2019年第2期第57-60页)公开了一种早强型聚羧酸高性能减水剂，以高侧链聚合度的甲基烯丙基聚氧乙烯醚(hpeg-4000)、丙烯酸(aa)、丙烯酰胺(am)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)为聚合单体，在h
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2-vc氧化还原引发下，利用自由基聚合反应合成了一种早强型聚羧酸高性能减水剂，该减水剂通过混凝土应用性能对比及在装配式预制构件中的应用结果表明，早强型聚羧酸减水剂zqpc-i具有较高的减水率和良好的工作性能，可有效促进水泥水化，大幅提高混凝土的早期强度。福建省建筑科学研究院在现有技术2中公开了一种装配式混凝土构件专用减水剂(福建建材，2018年第3期，第14-16页)，其制备出c35梁装配式混凝土专用减水剂。采用该减水剂制备c35梁装配式混凝土，具有良好的工作性能：初始坍落度160mm，30min坍落度仍达140mm，不泌水，粘聚性良好，完全满足施工工艺要求。同时，制备的混凝土含气量适当，能有效减少装配式混凝土表观缺陷的产生。
[0004]
广州市建筑科学研究院有限公司为了解决装配式混凝土中聚羧酸减水剂导致预制混凝土拌合物工作性损失大的技术难题和增强预制混凝土的早期强度，实现免蒸养条件下8h内拆模，提高预制混凝土构件的生产效率的问题分别采用了两种技术方案cn 108586673 a和cn 110540621 a，其分别采用了不同单体制备出了聚羧酸减水剂，无法在同一减水剂体系中实现上述两种效果，而且该专利中原料含有胺类单体价格较为昂贵。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是克服现有技术中聚羧酸减水剂无法满足装配式建筑部件的综合性能的要求，减水剂成本高不利于商业化推广的缺陷，本发明通过分子设计和工艺优化，研发出超高性能共聚物减水剂，满足装配式建筑部件高触变性、高扩展性、超早强性能的综合性能要求。
[0006]
本发明是通过如下技术方案实现上述目的的，一种装配式建筑部件用共聚物减水剂，所述共聚物减水剂以芳基乙烯基苯酚聚氧乙烯醚和丙烯基封端的聚乙二醇为大单体，以丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸钠小单体在水溶液体系下通过自由基共聚所得。
[0007]
优选的，所述芳基乙烯基苯酚聚氧乙烯醚为二苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚或三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚；所述二苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚可以选自上海阿拉丁生化科技股份有限公司产品编号为p196252(浊点61℃)，所述三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚分子中含有16-50个氧乙烯单元(又称环氧乙烷结构单元)，例如可以选择商业化的罗地亚产的s/40。芳基乙烯基苯酚聚氧乙烯醚属于一种非离子表面活性剂，通常用作乳化剂或者染色助剂，本发明首次采用芳基取代的乙烯基聚氧乙烯醚作为聚羧酸减水剂的单体，发现其替代传统聚氧乙烯醚可以使制备出的减水剂可以缩短混凝土的凝结时间，提高其早期强度。
[0008]
优选的，所述丙烯基封端的聚乙二醇为丙烯基-三聚乙二醇-丙烯基；所述苯基乙烯基苯酚聚氧乙烯醚与丙烯基封端的聚乙二醇的重量配比为1:0.5-2.0，进一步优选为1:1.2-1.5；
[0009]
优选的，所述丙烯酸可以采用甲基丙烯酸或者其它类似物替代。
[0010]
优选的，所述芳基乙烯基苯酚聚氧乙烯醚为s/40，所述丙烯基封端的聚乙二醇为丙烯基-三聚乙二醇-丙烯基，按照重量比计算，苯基乙烯基苯酚聚氧乙烯醚：丙烯基封端的聚乙二醇：丙烯酸：丙烯酰胺：甲基丙烯磺酸钠＝1:1.2-1.5：7.0-9.0：0.2-0.4：0.5-0.8。
[0011]
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种装配式建筑部件用共聚物减水剂的制备方法，包括如下步骤：
[0012]
1)将苯基乙烯基苯酚聚氧乙烯醚和丙烯基封端的聚乙二醇溶于水中，搅拌形成s1溶液；
[0013]
2)将丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸钠溶于水中，搅拌形成s2溶液；
[0014]
3)将水溶性的链转移剂和水溶性氧化还原引发剂体系中的还原组分，搅拌均匀得s3溶液；
[0015]
4)将s1溶液升温，然后加入水溶性氧化还原引发剂体系中的氧化剂成分搅拌2-20min，最后同时滴加s2和s3溶液，滴加结束后保温反应1-2h，调节ph至5.0-5.5得装配式建筑部件用共聚物减水剂母液。
[0016]
优选的，所述水溶性氧化还原引发剂体系为过氧化氢/l-抗坏血酸体系、过硫酸铵/l-抗坏血酸体系、或过硫酸铵/亚硫酸氢钠体系。所述水溶性氧化还原引发剂体系中氧化剂用量为单体总重量(大单体和小单体)的0.3-0.5wt％，所述水溶性氧化还原引发剂体系中还原剂的用量为单体总重量的0.1-0.2wt％。
[0017]
优选的，所述水溶性的链转移剂为巯基乙酸和/或巯基丙酸；所述水溶性的链转移剂的用量为大单体和小单体总重量的2-3wt％。
[0018]
优选的，所述调节ph用试剂为有机胺，如三乙醇胺、三乙胺、乙二胺等水溶性有机胺。
[0019]
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0020]
(1)本发明原料简单，除了芳基乙烯基苯酚聚氧乙烯醚价格较贵外，其余原料丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸钠均为市面上最为常规的原料，这也是最初减水剂分子设计时的目的，即生产具有成本竞争力的产品来满足装配式建筑部件所需的减水剂。
[0021]
(2)本发明首次采用芳基乙烯基苯酚聚氧乙烯醚制备减水剂，使制备出的混凝土
具有超早强性能，可实现免蒸养条件下8h内拆模，极大提高了装配式建筑部件的生产效率。
[0022]
(3)本发明在减水剂体系中引入了丙烯基封端的聚乙二醇，提高聚羧酸减水剂的工作性保持能力，使混凝土1h的拓展度保留率大于94％。
具体实施方式
[0023]
实施例1不饱和聚氧乙烯醚单体的筛选
[0024]
研发初期为设计出具有成本优势的装配式建筑部件用聚羧酸减水剂，研发人员以具有成本优势的丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸钠为单体，与不同种类的聚氧乙烯醚单体，制备出不同的减水剂，寻求满足装配式建筑部件用性能的减水剂。发明人筛选了烯丙基聚氧乙烯醚(分子量4000)，甲基烯丙基聚氧乙烯醚(分子量4000)，十八烯胺聚氧乙烯醚ne-1815，三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚(s/40)和二苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚(上海阿拉丁p196252)。
[0025]
按如下方法制备减水剂：
[0026]
物料配比，以丙烯酸的投料量为100g计算，制备方法中物料重量配比为：不饱和聚氧乙烯醚：丙烯酸：丙烯酰胺：甲基丙烯磺酸钠＝2.5：7.0：0.3：0.6；巯基乙酸的用量为所有单体重量的2wt％；l-抗坏血酸的用量为所有单体重量的0.1wt％，h
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的用量为所有单体重量的0.3wt％；
[0027]
1)将不饱和聚氧乙烯醚单体搅拌形成s1溶液；
[0028]
2)将丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸钠溶于水中，搅拌形成s2溶液；
[0029]
3)将巯基乙酸和l-抗坏血酸，搅拌均匀得s3溶液；
[0030]
4)将s1溶液升温，然后加入h
2
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溶液搅拌10min，最后同时滴加s2和s3溶液，滴加结束后保温反应1-2h，采用三乙胺调节ph至5.0-5.5得减水剂母液，加水稀释至质量浓度为35％-38wt％的无色液体。
[0031]
对制备出的减水剂按照国家标准《混凝土外加剂》(gb 8076-2008)的规定，将不同减水剂拌制混凝土，将混凝土成型，在环境温度为15℃下养护，测量混凝土试块，在不同龄期的抗压强度。
[0032]
混凝土的物料重量配比为：水泥380份，砂770份，石子1070份，水130份。所述的水泥采用普通硅酸盐水泥(pii 525r)；砂为河砂，细度模数2.9，含泥量1.0％；石子粒径5～25mm连续级配碎石，压碎指标7.0％。固定用水量，控制聚羧酸减水剂的掺量为水泥重量的0.50左右，不同减水剂获得的混凝土试验结果见表1。
[0033]
表1混凝土的工作性能及其抗压强度
[0034]
[0035][0036]
实验结果表明，本发明采用芳基乙烯基苯酚聚氧乙烯醚制备聚羧酸减水剂配置混凝土的抗压强度在环境为15℃下养护8h的抗压强度能够达到20mpa，尤其是采用三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚为原料制备出的减水剂，其具有显著促进混凝土强度快速发展的能力，适用于超早强型混凝土，增强预制混凝土的早期强度，具有超早强性能，可实现免蒸养条件下8h内拆模。
[0037]
实施例2
[0038]
实施例1中采用三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚为原料制备出的减水剂，虽然能够实现增强预制混凝土的早期强度，具有超早强性能，但申请人在实际施工时发现混凝土1小时扩展度保留率仅为55.6％(由初始拓展度的520mm下降到1h后的289mm)，这意味着必须对制备的混凝土在1h之内完成浇筑，给实际施工带来了极大挑战。
[0039]
申请人为解决混凝土1小时扩展度保留率低的问题，采取了以下方法：
[0040]
1)提高减水剂用量：
[0041]
申请人将三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚为原料制备出的减水剂在混凝土中的用量由表1中的0.50wt％提高到1.0wt％，初始拓展度的560mm下降到1h后的296mm，效果不明显。
[0042]
2)改变减水剂的组成，本发明尝试在减水剂体系中引入改性组分，以期能够解决1小时扩展度保留率低的问题。
[0043]
按如下方法制备减水剂：
[0044]
物料配比，以丙烯酸的投料量为100g计算，制备方法中物料重量配比为：三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚：改性剂：丙烯酸：丙烯酰胺：甲基丙烯磺酸钠＝1：1.2：7.0：0.3：0.6；巯基乙酸的用量为所有单体重量的2wt％；l-抗坏血酸的用量为所有单体重量的0.1wt％，h
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的用量为所有单体重量的0.3wt％；
[0045]
1)将不饱和聚氧乙烯醚单体和改性剂搅拌形成s1溶液；
[0046]
2)将丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸钠溶于水中，搅拌形成s2溶液；
[0047]
3)将巯基乙酸和l-抗坏血酸，搅拌均匀得s3溶液；
[0048]
4)将s1溶液升温，然后加入h2o2溶液搅拌10min，最后同时滴加s2和s3溶液，滴加结束后保温反应1-2h，采用三乙胺调节ph至5.0-5.5得减水剂母液，加水稀释至质量浓度为35％-38wt％的无色液体。
[0049]
参考实施例1中的方法制备混凝土，检测其工作性能，如表2所示：
[0050]
表2减水剂中改性剂对混凝土工作性能的影响
[0051][0052][0053]
实验结果表明，采用丙烯基-三聚乙二醇-丙烯基作为改性剂能够解决混凝土1小时扩展度保留率低的问题，而与其类似的烯丙基聚氧乙烯醚改进效果不明显，所以从结构上来看，采用丙烯基对聚乙二醇进行封端于解决1小时扩展度保留率低是必须的。另外，虽然cn 108586673 a中报道采用胺基乙酯类能够提高聚羧酸减水剂的工作性保持能力，但在本发明体系中未起到明显效果。
[0054]
实施例3
[0055]
按如下方法制备减水剂：
[0056]
物料配比，以丙烯酸的投料量为100g计算，制备方法中物料重量配比为：三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚：丙烯基-三聚乙二醇-丙烯基：丙烯酸：丙烯酰胺：甲基丙烯磺酸钠＝1：1.4：8.0：0.3：0.8；巯基乙酸的用量为所有单体重量的2wt％；l-抗坏血酸的用量为所有单体重量的0.1wt％，h
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的用量为所有单体重量的0.3wt％；
[0057]
1)将三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚和丙烯基-三聚乙二醇-丙烯基搅拌形成s1溶液；
[0058]
2)将丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸钠溶于水中，搅拌形成s2溶液；
[0059]
3)将巯基乙酸和l-抗坏血酸，搅拌均匀得s3溶液；
[0060]
4)将s1溶液升温，然后加入h
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溶液搅拌10min，最后同时滴加s2和s3溶液，滴加结束后保温反应1-2h，采用三乙胺调节ph至5.0-5.5得减水剂母液，加水稀释至质量浓度为35％-38wt％的无色液体。
[0061]
参考实施例1中的方法制备混凝土，检测其工作性能，混凝土初始拓展度为520mm，1h后拓展度为494mm，15℃下混凝土8h的抗压强度为23.1mpa。
[0062]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。