專利名稱：：一種多功能水泥外加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水泥外加劑的組成，特別是在混凝土裂縫控制中的一種具有減水、緩凝、引氣和減縮等多種功能的水泥外加劑的組成。
背景技術(shù)：
：目前，存在工程建設(shè)中的一個(gè)普遍性的技術(shù)問題是混凝土開裂問題，特別是重要部位的基礎(chǔ)貫穿裂縫危害極大，它會(huì)降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，甚至可能危害到建筑物的安全使用。為解決度混凝土裂縫的問題，已有許多專利發(fā)表。如涉及一種混凝土裂縫的控制方法的專利(公開號(hào)CN101078213A)、涉及一種減縮劑的專利(公開號(hào)CN1648098A)。迄今為止，還沒有專利涉及一種外加劑組成，其不僅可以控制由于水化過程造成的溫差裂縫，而且可以控制混凝土的收縮裂縫。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了一種多功能外加劑配方，其具有減水、引氣、緩凝和減縮等功能，可以同時(shí)控制溫差裂縫和收縮裂縫的一種多功能水泥外加劑。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采取的技術(shù)方案是多功能外加劑，包括高分子表面活性劑、高分子凝膠、緩凝劑、引氣劑、消泡劑和水，其中的含量高分子表面活性劑為50-80%;高分子凝膠1-10%;緩凝劑0-5%;引氣劑0-2%;消泡劑0-2%;水1-40%。高分子表面活性劑是一種三元共聚物，包括一種疏水性單體，一種離子型親水性單體和一種非離子型親水性單體，具有結(jié)構(gòu)如下(Ia-d):R4R2f^3(Ia)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(II)其中，R2可以是H或是CH3;R是碳原子數(shù)為l-22的烷基，可以是碳?xì)滏?，也可以是氟碳鏈，?yōu)選碳?xì)滏湣Ｌ細(xì)滏滈L(zhǎng)度可以選擇，優(yōu)選碳原子數(shù)是C8-C18的碳?xì)滏湥浑x子型親水性單體的結(jié)構(gòu)如下(IIIa-b):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(IIIa)c=oOM(nib)其中，R4可以是H或是CH3;M是反離子，可以是金屬離子如Na,K等，也可以是氨根離子，還可以是乙醇胺，還可以是四烷基銨根離子如四甲基鈸根離子等；非離子型親水性單體，其結(jié)構(gòu)如下(IVa-b):R3H^CCC:O0CH21CH2IH7C:(IVa):CHICH2O^CH2CH2O一Ri(IVb)其中，R1可以是H或是CH3;R3可以是H或CH3。n是0-50的正整數(shù)，n優(yōu)選10-30^j正整數(shù).'高分^P表面活性劑，x、y和z表示上述三種單體單元在共聚物中的比例，其中乂=20-30，y=0-20、z=50-80(重量分?jǐn)?shù))；高分子表面活性劑的分子量在3000-200;高分子表面活性劑的比例是50-80%;高分子凝膠結(jié)構(gòu)如下(V):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>高分子凝膠的合成，可以使用丙烯酰胺和衍生物，可以是丙烯酸和衍生物，可以是苯乙烯磺酸和鹽類單體，還可以是乙烯基吡啶和乙烯基吡硌烷酮等。緩凝劑可以是無機(jī)緩凝劑，還可以是有機(jī)緩凝劑。引氣劑為一種表面活性劑，可以陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑和兩性表面活性劑。消泡劑可以是有機(jī)硅消泡劑、礦物油消泡劑或是高分子聚醚消泡劑等。本發(fā)明的有益效果是可以顯著降低砂漿、混凝土的干縮，減少混凝土的自生收縮，著降低混凝土的收縮性能，提高混凝土耐久性，它可獲得最高的混凝土抗壓強(qiáng)度。特別是對(duì)大體積混凝土可以控制溫差裂縫和收縮裂縫，同時(shí)具有減水、引氣、緩凝和減縮等功能。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。具體實(shí)施例方式該外加劑具有減水、引氣、緩凝和減縮等多種功能，可以同時(shí)控制溫差裂縫和收縮裂縫。該外加劑特別適合于大體積混凝土施工過程。本發(fā)明涉及的高分子表面活性劑具有如下結(jié)構(gòu)(Ia-d):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>(Ib)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>上述高分子表面活性劑是一種三元共聚物。包括一種疏水性單體，一種離子型親水性單體和一種非離子型親水性單體。聚合物中的疏水性單體可以提供表面活性，即使聚合物具有降低表面張力的能力。疏7jC性單體可以是苯乙烯類單體，也可以是丙烯酸酯類單體。本發(fā)明的優(yōu)選丙烯酸酯類單體。丙烯酸酯的結(jié)構(gòu)可如下表示(II):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>R2IH2C=CC=0I0(II)其中，R2可以是H或是CH3;R是碳原子數(shù)為l-22的烷基，可以是碳?xì)滏?，也可以是氟碳鏈，?yōu)選碳?xì)滏湥惶細(xì)滏滈L(zhǎng)度可以選擇，優(yōu)選碳原子數(shù)是C8-C18。聚合物中的離子型親水性單體提供了水溶性，使聚合物容易分散在水中；同時(shí)和固體磨料結(jié)合后，還使固體磨料表面帶電荷，提高其分散穩(wěn)定性。單體可以是苯乙烯類，也可以是丙烯酸酯類，還可以使馬來酸類。本發(fā)明的優(yōu)選丙烯酸類和馬來酸類單體，可以使用的單體其結(jié)構(gòu)可如下表示(IIIa-b):HC——-CH-CC-01OM01(HIa)R4—IH^CCIc=oI(nib)其中，R4可以是H或是CH3;M是反離子，可以是金屬離子如Na，K等，也可以是氨根離子，還可以是乙醇胺，還可以是四垸基銨根離子如四甲基銨根離子等。聚合物中的非離子型親水性單體提供了水溶性，使聚合物容易分散在水中；同時(shí)和固體磨料結(jié)合后，還使固體磨料粒子之間具有空間位阻，不容易發(fā)生絮凝，進(jìn)一步提高分散穩(wěn)定性。單體可以是苯乙烯類，也可以是丙烯酸酯類，還可以使烯丙基聚醚類單體。本發(fā)明的優(yōu)選丙烯酸酯類單體和烯丙基聚醚類單體，可以使用的單體其結(jié)構(gòu)可如下表示(IV):H2CR3Icc=ooCH2CH2(IVa)CH2O(IVb)其中，R1可以是H或是CH3;R3可以是H或CH3。n是0-50的正整數(shù)，n優(yōu)選10-30的正整數(shù)。上述結(jié)構(gòu)式(Ia-d)中，x、y和z表示上述三種單體單元在共聚物中的比例，其中x-0-20，y=20-30、z=50-80(重量分?jǐn)?shù))。上述高分子表面活性劑的分子量在3000-200000，優(yōu)選5000-50000,更加優(yōu)選10000-40000。聚合物的合成方法將在下面的具體實(shí)施例部分詳細(xì)闡述?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)的高分子表面活劑主要具有兩種功能。首先是潤(rùn)濕分散劑，可以起潤(rùn)濕分散作用；其二是具有表面活性劑，可以降低表面張力。由于潤(rùn)濕分散功能，該表面活性劑具有減水效果；同時(shí)由于其減低張力劑的功能，該表面活性劑具有減縮劑的作用。通過優(yōu)化其中三種單體單元的比例以及聚合物的結(jié)構(gòu)和分子量可以獲得最優(yōu)的性能。在外加劑配方中，上述高分子表面活性劑的含量是50-80%,優(yōu)選55-70%。上述外加劑中涉及的高分子凝膠是一種高聚物的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和介質(zhì)共同組成的體系，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上分布著大量的親水性基團(tuán)如酷胺基或可電離的基團(tuán)如羧基及其鹽。凝膠具有親水性。在水中由于水分子擴(kuò)散到凝膠體內(nèi)，三維網(wǎng)絡(luò)舒展開，凝膠發(fā)生溶脹現(xiàn)象，但不能溶解。本發(fā)明涉及的高分子凝膠具有如下的結(jié)構(gòu)(VIII)VIII上述高分子凝膠的合成，可以使用丙烯酰胺以及其衍生物，可以是丙烯酸及其衍生物，可以是苯乙烯磺酸及其衍生物，還可以是乙烯基吡啶和乙烯基吡硌烷酮等。本發(fā)明優(yōu)選丙烯酰胺及其衍生物?；炷林心z的作用是保濕，就是當(dāng)外界環(huán)境濕度變化時(shí)，凝膠可以通過自身在高濕度下的吸水功能和低濕度下的釋水功能確?；炷撩?xì)結(jié)構(gòu)中保持相對(duì)濕度穩(wěn)定。不會(huì)由于水的過度揮發(fā)而導(dǎo)致干縮開裂。本發(fā)明涉及的外加劑中，高分子凝膠的比例是1-10%，優(yōu)選3-7%。本發(fā)明涉及的引氣劑為一種表面活性劑，可以陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑和兩性表面活性劑。本發(fā)明優(yōu)選非離子型表面活性劑作為引氣劑，其比例是0-2%，優(yōu)選0-0.5%。本發(fā)明涉及的消泡劑是可以是有機(jī)硅消泡劑、礦物油消泡劑或是高分子聚醚消泡劑等。本發(fā)明優(yōu)選的是高分子聚醚性消泡劑。消泡劑的作用在于控制水泥施工中的泡沫和引氣量。消泡劑的比例是0-2%，優(yōu)選0-0.5%。緩凝劑用來延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間，使攪拌混凝土在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持其塑性，以利于澆灌成型提高施工質(zhì)量。更加重要的是，緩凝劑和上述高分子表面活性劑結(jié)合使用，可以延緩水化過程，大幅度降低水化熱；從而減少溫度應(yīng)力引起的裂縫。本發(fā)明涉及的緩凝劑可以是無機(jī)緩凝劑，還可以是有機(jī)緩凝劑。其中無機(jī)緩凝劑包括磷酸鹽、鋅鹽、硫酸鐵、硫酸銅、硼酸鹽、氟硅酸鹽等；有機(jī)緩凝劑包括木質(zhì)素磺酸鹽、羥基羧酸及其鹽、多元醇及其衍生物、糖類及碳水化合物等。本發(fā)明優(yōu)選有機(jī)緩凝劑，本發(fā)明更加優(yōu)選糖類緩凝劑。緩凝劑的比例是0-5%，優(yōu)選0.5-5%，更加優(yōu)選1-3%。本發(fā)明還涉及基于上述組分的外加劑的制備。具體而言就是將上述各種成分準(zhǔn)確稱量加入到混合釜中，加入余量水后高速分散使各個(gè)組分混合均勻。脫氣包裝即可。本發(fā)明涉及上述外加劑的應(yīng)用，主要應(yīng)用于大體積混凝土的溫度和收縮裂縫控制。髙分子表面活性劑的合成聚合反應(yīng)在2000ml的四口瓶中進(jìn)行。反應(yīng)瓶裝有機(jī)械攪拌、溫度計(jì)、球形冷凝管和氮?dú)獬鋈肟诘?。將甲基丙烯酸月桂醇?20g)，甲基丙烯酸(80g)和甲氧基聚乙二醇(m-PEG1000)甲基丙烯一酸酯(100g)加入反應(yīng)瓶中。然后加入1000ml丁酮。攪拌使體系混合均勻。然后用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)瓶中的空氣3-5次，使系統(tǒng)充分脫氧。加熱升溫到60度。加入引發(fā)劑AIBN(1.0g)和分子量調(diào)節(jié)劑(0.5g)。反應(yīng)體系在此條件下聚合8小時(shí)，往體系統(tǒng)中加入剩余的引發(fā)劑(0.2克)，升高溫度到85度繼續(xù)聚合2小時(shí)，降溫。反應(yīng)結(jié)束后往上述聚合物溶液中加入和10。/。NaOH溶液中和，調(diào)節(jié)pH值到7-8。加入蒸餾水。減壓除丁酮。此過程中不斷適量補(bǔ)加蒸餾水，確保系統(tǒng)中黏度適當(dāng)。最后再加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至7-8，加蒸餾水調(diào)節(jié)固含量至50%。出料即為多功能高分子表面活性劑(PolyFac-lOO)。髙分子凝膠的合成聚合反應(yīng)在2000ml的四口瓶中進(jìn)行。反應(yīng)瓶裝有機(jī)械攪拌、溫度計(jì)、球形冷凝管和氮?dú)獬鋈肟诘?。將丙烯酰?100g)，甲基丙烯酸(80g)和N-丙烯酰亞甲基丙烯酰胺(20g)加入反應(yīng)瓶中。然后加入1000ml二氧六環(huán)。攪拌使體系混合均勻。然后用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)瓶中的空氣3-5次，使系統(tǒng)充分脫氧。加熱升溫到60度。加入引發(fā)劑AIBN(l.Og)和分子量調(diào)節(jié)劑(0.5g)。反應(yīng)體系在此條件下聚合8小時(shí)，再往系統(tǒng)中加入少量的引發(fā)劑，升高溫度到85度繼續(xù)聚合2小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后往上述聚合物溶液中加入和10%NaOH溶液以中和其中的丙烯酸，使pH值為7-8。產(chǎn)物用丙酮洗滌后，干燥粉碎得到固體粉末狀高分子凝膠。(PolyGel-lOO)。外加劑的配制按照下表1所列的配方配制多功能外加劑。表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>將上述組分加入在2000ml的塑料桶中，用高速分散機(jī)攪拌分散，在1000RPM下攪拌20分鐘，使混合均勻。應(yīng)用實(shí)例混凝土按照表2所示的成分配制混凝土。采用60L強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)，全部材料及外加劑一次投入，拌合量控制在20L-45L之間，攪拌2min出料后在鐵板上用人工翻拌2-3次，再行試驗(yàn)。表2:混凝土外加劑名稱固含量摻量混凝土配合比(kg)編號(hào)(%)(%)水泥砂子石子水0無-05.8512.4515.832.521DB-1#401.05.8512.4515.831.762DB-2弁401.05.8512.4515.831.893DB-3#401.05.8512.4515.831.99混凝土性能測(cè)試減水率為坍落度基本相同時(shí)，基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土單位用水量之差與基準(zhǔn)混凝土單位用水量之比。按照[GB8076-1997混凝土外加劑]5.5.1減水率測(cè)定方法在對(duì)混凝土減水率進(jìn)行測(cè)量。其中混凝土坍落度按照GBJ50080—2002測(cè)定?；炷撂涠劝凑誈BJ50080—2002測(cè)定；但坍落度為(210±10)mm的混凝土，分兩層裝料，每層裝入高度為筒高的一半，每層用插搗棒插搗15次。受檢混凝土與基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度按GBJ50081—2002進(jìn)行試驗(yàn)和計(jì)算。依據(jù)GB2022-80標(biāo)準(zhǔn)，用SHR-800水泥水化熱測(cè)定儀直接測(cè)定摻不同外加劑的水泥膠砂的水化溫峰(emax)、水化溫峰出現(xiàn)的時(shí)間(tmax)及l(fā)d水化熱(1Q)和3d水化熱(Q3)等的變化情況。受檢混凝土及基準(zhǔn)混凝土的收縮率按GBJ82—85測(cè)定和計(jì)算，試件用振動(dòng)臺(tái)成型，振動(dòng)15s-20s。上述測(cè)量結(jié)果列于下表3中。<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>可以看出，本發(fā)明涉及的外加劑其減水率達(dá)到20-30%,混凝土坍落度保持較好，水化過程明顯延期，相對(duì)收縮率降低40-50%。權(quán)利要求1、一種多功能外加劑，包括高分子表面活性劑、高分子凝膠、緩凝劑、引氣劑、消泡劑和水，其特征在于其中的含量高分子表面活性劑為50-80％；高分子凝膠1-10％；緩凝劑0-5％；引氣劑0-2％；消泡劑0-2％；水1-40％。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多功能外加劑，其特征在于所述的高分子表面活性劑是一種三元共聚物，包括一種疏水性單體，一種離子型親水性單體和一種非離子型親水性單體，具有結(jié)構(gòu)如下(Ia-d):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(Ic)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>所述的疏水性單體的結(jié)構(gòu)可如下(II):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，R2可以是H或是CH3;R是碳原子數(shù)為l-22的烷基，可以是碳?xì)滏湥部梢允欠兼?，?yōu)選碳?xì)滏?，碳?xì)滏滈L(zhǎng)度可以選擇，優(yōu)選碳原子數(shù)是C8-C18的碳?xì)滏湥凰龅碾x子型親水性單體的結(jié)構(gòu)可如下(IIIa-b):其中，R4可以是H或是CH3;M是反離子，可以是金屬離子如Na，K等，也可以是氨根離子，還可以是乙醇胺，還可以是四烷基銨根離子如四甲基銨根離子等；所述的非離子型親水性單體，其結(jié)構(gòu)可如下(IVa-b)-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(IVb)其中，R1可以是H或是CH3;R3可以是H或CH3。n是0-50的正整數(shù)，n優(yōu)選10-30的正整數(shù)；高分子表面活性劑，x、y和z表示上述三種單體單元在共聚物中的比例，其中x-20-30，y=0-20、z-50-80(重量分?jǐn)?shù))；高分子表面活性劑的分子量在3000-200;高分子表面活性劑的比例是50-80%;3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多功能外加劑，其特征在于所述的高分子凝膠結(jié)構(gòu)如下(V):高分子凝膠的合成，可以使用丙烯酰胺和衍生物，可以是丙烯酸和衍生物，可以是苯乙烯磺酸和鹽類單體，還可以是乙烯基吡啶和乙烯基吡硌垸酮等。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能外加劑，其特征在于所述的緩凝劑可以是無機(jī)緩凝劑，還可以是有機(jī)緩凝劑。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能外加劑，其特征在于所述的引氣劑為一種表面活性劑，可以陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑和兩性表面活性劑。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能外加劑，其特征在于所述的消泡劑可以是有機(jī)硅消泡劑、礦物油消泡劑或是高分子聚醚消泡劑等。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>全文摘要多功能外加劑，涉及一種水泥外加劑的組成，其中的含量高分子表面活性劑為50-80％；高分子凝膠1-10％；緩凝劑0-5％；引氣劑0-2％；消泡劑0-2％；水1-40％。所述的高分子表面活性劑是一種三元共聚物，包括一種疏水性單體，一種離子型親水性單體和一種非離子型親水性單體；緩凝劑可以是無機(jī)緩凝劑，還可以是有機(jī)緩凝劑；引氣劑為一種表面活性劑，可以陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑和兩性表面活性劑；消泡劑可以是有機(jī)硅消泡劑、礦物油消泡劑或是高分子聚醚消泡劑等。本發(fā)明特別對(duì)大體積混凝土可以控制溫差裂縫和收縮裂縫，同時(shí)具有減水、引氣、緩凝和減縮等功能。文檔編號(hào)C04B103/30GK101671140SQ20091018762公開日2010年3月17日申請(qǐng)日期2009年9月25日優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日發(fā)明者艷姜申請(qǐng)人:遼陽東寶力化學(xué)建材有限公司