基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法

本发明涉及减水剂，特别是涉及一种基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法。

背景技术：

1、当前，混凝土泵送施工方法的普及，对混凝土工作性能的要求逐渐提高，其中混凝土保持原有工作性能的能力，成为了保障长期泵送施工质量的关键。混凝土的工作性能，受多个参数的影响，包括水胶比、骨料级配、胶凝材料的组成、外加剂的种类及掺量。而针对混凝土工作性能的保持，目前通过外加剂调节是最为有效的方法。减水剂是一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合水量的混凝土外加剂，当用水量不变的情况下，减水剂能够提高混凝土的工作性能，由于减水剂对水泥颗粒的分散性具有明显的提升作用，已成为提高混凝土工作性能不可缺少的元素。然而，目前减水剂广泛的研究主要是在pce分子长侧链结构改性、制备工艺的选择适配上，随着缓释型减水剂的进一步发展，不同减水剂缓释出的有效官能团的量及缓释速率存在较大区别，并且该缓释效果将一定程度上受水泥水化作用差异的影响。没有缓释效果的减水剂达不到混凝土保坍要求，而只有缓释效果不能控制释放速率的减水剂无法满足保坍效果灵活要求的工程情况。这也导致在实际使用缓释型外加剂的时候，难以估计浆体的时间相关流动性，常导致过量掺加使得浆体在后期发生离析等不良情况。

技术实现思路

1、基于此，针对现有缓释型减水剂无法以施工节点指标为调控目标调节混凝土工作性能的实际工程问题，设计一种基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂，具有释放合适减水速率的功能效果，加强减水剂的保坍效果，提高混凝土工作性能的可调控性。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂，其原料组分及重量份数为：

3、

4、

5、所述醚类单体选自：甲基烯丙基聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚中的一种，所述醚类单体的分子量为2400～3000da。

6、所述急释酯类单体选自：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种。

7、所述缓释酯类单体选自：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯、亚甲基丁二酸二甲酯中的一种。

8、所述的链转移剂选自：巯基乙酸、巯基丙酸中的一种。

9、所述的氧化剂选自：双氧水。

10、所述的还原剂选自：抗坏血酸、亚硫酸氢钠、次磷酸钠、吊白块中的一种。

11、所述的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)确定保坍型聚羧酸减水剂的目标释放速率为坍落度：230mm/4h～230mm/1h；扩展度：650mm/4h～650mm/1h，计算急释酯类单体及缓释酯类单体比例，确定合成原料质量份数为急释酯类单体：缓释酯类单体＝20：60～60：20；

13、(2)将醚类单体溶解在水溶液中，将温度控制在25～30℃范围内进行搅拌溶解，溶解至溶液清澈透明后停止搅拌，作为合成底液备用；

14、(3)将丙烯酸、急释酯类单体、缓释酯类单体按比例完全溶解于水中，得到溶液a；将链转移剂、还原剂按比例完全溶解于水中，得到溶液b；

15、(4)在合成底液中加入氧化剂，搅拌均匀，同时开始滴加溶液a与b，a溶液滴加时间为2～2.5h，b溶液的滴加时间为2.5～3h，滴加完毕后，保温1～1.5h，即得到所述基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂；

16、步骤(1)所述的急释酯类单体及缓释酯类单体比例是指控制酯类单体总量为80份。

17、所述步骤(3)中，配制溶液a时，添加缓释酯类单体为酯类单体总质量的40％～50％。

18、所述步骤(4)中，溶液a的滴加时间为2.0h，溶液b的滴加时间为2.5h。

19、所述步骤(4)中，滴加完毕后38℃水浴保温1h。聚合反应后，减水剂分子需要在稳定的温度下经过一段时间的聚合，才能形成稳定的减水分子链。

20、发明人发现，传统的保坍型聚羧酸减水剂，要维持混凝土长时间的流动性需要使用丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯等保坍单体，在水泥水化的碱性环境下，虽然能维持长时间的水解，但在1h水解程度不到50％，2h甚至更长时间才能完全水解，即在不影响水泥水化进程的前提下，pce所能达到的流动性保持效果，存在限值，无法满足对混凝土保坍时间要求灵活多变的工况，若要实现更长时间的流动性保持时间，需要进行合理的水泥水化的延时控制。而现有技术中不仅未有合适种类的减水剂，而且未能开发出合适的聚合工艺来提高保坍单体的合成转化率，因此得到的聚羧酸减水剂保坍时间虽然长，但难以控制其释放速率。

21、基于以上发现，发明人通过在减水剂体系中掺入两种或以上的酯类单体，通过调整该类单体的质量比，并开发一种新型的聚合工艺得到基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂，在水泥环境中释放酯类羧酸根离子，通过精准控制其释放速率，满足混凝土保坍时间要求灵活多变的工况。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、1、本发明的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂具有持续释放减水功能效果，可满足混凝土保坍时间要求灵活多变的工况。

24、2、合成定时释放型聚羧酸减水剂的制备过程无有害固液气体产生，绿色环保，制备得到的定时释放型聚羧酸减水剂具有定时释放减水功能效果，可满足混凝土保坍时间要求，灵活多变的工况。

25、3、该减水剂在工作性能控制难度较大的高标号混凝土中具有更显著优势，有利于保障混凝土施工节点工作性能。

技术特征：

1.基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂，其特征在于，其原料组分及重量份数为：

2.根据权利要求1所述的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述醚类单体选自：甲基烯丙基聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚中的一种，所述醚类单体的分子量为2400～3000da。

3.根据权利要求1所述的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述急释酯类单体选自：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述缓释酯类单体选自：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯、亚甲基丁二酸二甲酯中的一种。

5.根据权利要求1所述的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述的链转移剂选自：巯基乙酸、巯基丙酸中的一种。

6.根据权利要求1所述的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述的氧化剂选自：双氧水。

7.根据权利要求1所述的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述的还原剂选自：抗坏血酸、亚硫酸氢钠、次磷酸钠、吊白块中的一种。

8.根据权利要求1所述的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的急释酯类单体及缓释酯类单体比例是指控制酯类单体总量为80份。

技术总结
本发明涉及聚羧酸减水剂的制备技术领域，具体是一种基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法，原料成分及重量份数为：醚类单体370～420份，丙烯酸18～22份，急释酯类单体20～60份，缓释酯类单体20～60份，链转移剂3～6份，氧化剂1～3份，还原剂0.5～1份，水470～520份；制备方法是以自由基聚合法合成聚羧酸减水剂；通过改变丙烯酸、急释酯类单体、缓释酯类单体的比例以控制聚羧酸减水剂释放时间及释放量。本发明的基于释放速率控制的保坍型聚羧酸减水剂具有明显的时间相关性，可根据实际工程需要在适宜的时间释放，减少由于运输时间等因素导致的减水剂过早释放损失，提高减水剂的长时间作用效果，实现针对性减少混凝土工作性能损失的良好效果。

技术研发人员：陈正,陈犇,赵国欣,唐箫琴,梁志勇,张瑜军,黄迅
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14