一種多功能增強(qiáng)型混凝土外加劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種多功能增強(qiáng)型混凝土外加劑及其制備方法，由早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs與納米級(jí)氧化石墨烯GO組成；其中早強(qiáng)型減水劑PCs中的固體質(zhì)量與GO的質(zhì)量比為10～30:1；早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs的組分及各組分的重量份分別如下：不飽和聚醚80、丙烯酸8～12、帶功能基團(tuán)單體1.5～4、鏈轉(zhuǎn)移劑0.5～1.8、引發(fā)劑0.6～2、還原劑0.12～0.3、中和堿液8.4～13.2、水150～200。該外加劑能對(duì)混凝土有明顯的增強(qiáng)作用，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度長(zhǎng)壽命綠色混凝土，在高強(qiáng)高性能混凝土應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。
【專利說(shuō)明】一種多功能增強(qiáng)型混凝土外加劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多功能增強(qiáng)型混凝土外加劑及其制備方法，尤其涉及一種高減 水、早強(qiáng)和納米增效型聚羧酸系外加劑及其制備方法，該外加劑應(yīng)用于高減水率和提高早 期、后期強(qiáng)度要求的建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的普通型聚羧酸減水劑已達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的減水率水平，但早強(qiáng)、增 強(qiáng)型聚羧酸減水劑的研究距國(guó)際水平還有很大的差距，這極大的限制了聚羧酸減水劑在普 通預(yù)制構(gòu)件混凝土和高強(qiáng)管樁混凝土等領(lǐng)域的應(yīng)用。介于綠色環(huán)保要求，聚羧酸系正在逐 步替代萘系減水劑，但聚羧酸系高性能減水劑的緩釋性能延長(zhǎng)了產(chǎn)品施工周期，并且許多 領(lǐng)域需要在提高混凝土的工作性能的同時(shí)能夠進(jìn)一步提高混凝土的強(qiáng)度。
[0003]目前主要依靠在聚羧酸系減水劑中復(fù)配早強(qiáng)劑的方法來(lái)提高混凝土的早期強(qiáng)度， 但存在摻量控制和兩者相溶性差的問(wèn)題。通過(guò)合成的方法制備具有早強(qiáng)功能的聚羧酸系減 水劑的報(bào)道較少，且大多早強(qiáng)效果不理想。而混凝土增強(qiáng)的主要方法是制備鋼筋混凝土預(yù) 應(yīng)力混凝土，或者以鋼纖維、碳纖維、等先進(jìn)纖維材料進(jìn)行物理增強(qiáng)，導(dǎo)致了高性能混凝土 的成本增高，使得高性能混凝土難以推廣使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有的混凝土強(qiáng)度技術(shù)問(wèn)題，提供了一種具有高減水特性又 有良好的早期及后期強(qiáng)度的多功能增強(qiáng)型混凝土外加劑，本發(fā)明的另一目的是提供上述外 加劑的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方法是：本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，旨在研究合成一種本身具有早強(qiáng)功 能的聚羧酸系減水劑，通過(guò)分子結(jié)構(gòu)修飾，引入具有早強(qiáng)功能的特征基團(tuán)，加以少量納米級(jí) 氧化石墨烯合理復(fù)配，制備出一種早強(qiáng)增效型聚羧酸減水劑，能夠明顯提高混凝土早期強(qiáng) 度，加速模板周轉(zhuǎn)速度，且后期強(qiáng)度明顯提高，減少甚至免去蒸汽養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。不僅能夠提高 混凝土本身的性能，適用于預(yù)制構(gòu)件與管樁混凝土等高性能混凝土，更能在滿足混凝土早 強(qiáng)要求的情況下節(jié)約資源、能源，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展，并大幅提高效益。
[0006] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種多功能增強(qiáng)型混凝土外加劑，其特征在于由早強(qiáng) 型聚羧酸減水劑PCs與納米級(jí)氧化石墨烯G0組成；其中早強(qiáng)型減水劑中有效固含PCs與G0 的質(zhì)量比為10?30:1 ;早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs的組分及各組分的重量份分別如下：
[0007] 不飽和聚醚 80 丙烯酸 8?12 帶功能基團(tuán)單體 L5?4 鏈轉(zhuǎn)移劑 0.5?1.8 引發(fā)劑 0.6?2 還原劑 0.12?0.3 中和堿液 8.4?13.2 水 150?200
[0008] 優(yōu)選所述不飽和聚醚為異丁烯基聚氧乙烯醚HPEG，數(shù)均分子量范圍為2000? 3000 ;所述帶功能基團(tuán)單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS);所述的鏈轉(zhuǎn)移劑為巰 基丙酸或巰基乙酸；所述的引發(fā)劑為雙氧水或過(guò)硫酸銨；所述的還原劑為L(zhǎng)-抗壞血酸；所 述的中和堿液為NaOH、二乙醇胺、三乙醇胺或三異丙醇胺。
[0009] 本發(fā)明還提供了制備上述的多功能增強(qiáng)型混凝土外加劑的方法，其具體步驟如 下：
[0010] A.早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs的制備
[0011] a.底料中稱取不飽和聚醚80重量份和50?60重量份水，投入反應(yīng)釜，攪拌速率 為200?300rpm，加入引發(fā)劑0· 6?2重量份；
[0012] b.稱取丙烯酸8?12重量份、帶功能基團(tuán)單體1. 5?4重量份，加20?30重量 份水?dāng)嚀u勻，配為滴加料1 ;
[0013] c.稱取鏈轉(zhuǎn)移劑0. 5?1. 8重量份、還原劑0. 12?0. 3重量份，加30?40重量 份水搖勻，配為滴加料2 ;
[0014] d.底料在反應(yīng)溫度為30?60°C條件下攪拌，同時(shí)開始滴加料1和滴加料2的滴 力口，保溫，用堿液8. 4?13. 2重量份中和使pH值范圍為6?7,加50?70重量份水混合均 勻得到高減水、早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs ;
[0015] B.將步驟A制得的減水劑PCs與GO復(fù)配，兩者固體質(zhì)量比范圍為10?30:1，得 到早強(qiáng)增效型高減水聚羧酸系外加劑GO-PCs。
[0016] 優(yōu)選步驟A所述聚合反應(yīng)溫度為35?60°C;優(yōu)選滴加料1的滴加時(shí)間為3?5h， 滴加料2的滴加時(shí)間為時(shí)間為3. 5-5. 5h，滴加結(jié)束后保溫時(shí)間1?2h。
[0017] 有益效果：
[0018] 本發(fā)明中不飽和聚醚與丙烯酸、AMPS聚合反應(yīng)，引入羧基、磺酸基和酰胺基。酰胺 基是兩性基團(tuán)，可以降低羧酸聚合物分子對(duì)無(wú)機(jī)鹽離子的敏感性，保持其伸展構(gòu)象，更好地 起到分散作用，通過(guò)氫鍵吸附大量的水，在水泥顆粒間形成吸附水化膜，有效地防止水泥顆 粒的聚結(jié)，有效地降低了失水量，同時(shí)提高混凝土坍落度的保持能力，另外，磺酸基的引入 能水泥分散性提高，使水化速度增大，酰胺基團(tuán)能夠起到早強(qiáng)作用。
[0019] 本發(fā)明的高減水早強(qiáng)增效型聚羧酸外加劑的使用方法，對(duì)普通硅酸鹽水泥、礦渣 硅酸鹽水泥均有較好的適應(yīng)性，并具有高減水率、對(duì)混凝土具有早強(qiáng)、增強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0020] 減水率：制得的高減水早強(qiáng)增效型聚羧酸外加劑，在水泥凈漿中的添加量為水泥 的0. 08?0. 12%時(shí)，水灰比為0. 29的凈漿流動(dòng)度達(dá)280?320mm。
[0021] 早強(qiáng)性：能明顯提高混凝土的早期強(qiáng)度，12h抗壓強(qiáng)度比達(dá)240%，24h抗壓強(qiáng)度比 達(dá) 220%。
[0022] 增效性：相對(duì)基準(zhǔn)強(qiáng)度明顯提高，28d強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的135%。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下利用實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但不能認(rèn)為限制發(fā)明的范圍。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 按照如下步驟制備本發(fā)明的早強(qiáng)強(qiáng)增效型聚羧酸外加劑：
[0026] A.聚合早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs
[0027] a.底料稱取數(shù)均分子量為2400的HPEG80重量份和水50重量份，攪拌均勻，加入 0. 8重量份雙氧水；
[0028] b.稱取丙烯酸10重量份、AMPS2重量份，加25重量份水搖勻，為滴加料1 ;
[0029] c.稱取巰基丙酸0. 9重量份、L-抗壞血酸0. 18重量份，加40重量份水搖勻，為滴 加料2 ;
[0030] d.底料在反應(yīng)溫度為40°C條件下攪拌，同時(shí)開始滴加，3h完成滴加料1、3. 5h完成 滴加料2的滴加，保溫1. 5h，用二乙醇胺10重量份中和，加水155重量份，pH值為6. 2,加 60重量份水混合均勻得到高減水、早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs。
[0031] B.將10重量份GO與步驟A制備的PCs復(fù)配（PCs有效固體與GO質(zhì)量比為10 :1)， 混合均勻得到高減水早強(qiáng)增效型聚羧酸系外加劑GO-PCs。
[0032] 實(shí)施例1制備的G〇-PCs在水泥凈漿中固體添加量為膠材0. 12%時(shí)，水灰比為 0. 29的凈漿流動(dòng)度達(dá)到300mm。在混凝土中添加量為0. 2%時(shí)，減水率達(dá)38%，12h抗壓強(qiáng) 度比達(dá)240%以上，24h抗壓強(qiáng)度比達(dá)220% ;28d強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的135%。
[0033] 實(shí)施例2?實(shí)施例5
[0034] 通過(guò)按照實(shí)施例1中的方法步驟，按照表1的配方，制備了本發(fā)明高減水早強(qiáng)增效 型聚羧酸系外加劑。
[0035] 表1.各實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)原料與技術(shù)指標(biāo)
[0036]

【權(quán)利要求】
1. 一種多功能增強(qiáng)型混凝土外加劑，其特征在于由早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs與納米級(jí) 氧化石墨烯GO組成；其中早強(qiáng)型減水劑PCs中的固體質(zhì)量與GO的質(zhì)量比為10?30:1 ;早 強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs的組分及各組分的重量份分別如下： 不飽和聚醚 80 丙烯酸 8?12 帶功能基團(tuán)單體 1.5?4 鏈轉(zhuǎn)移劑 0.5?1.8 引發(fā)劑 0.6?2 還原劑 0.12?0.3 中和堿液 8.4?13.2 水 150?200"
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能增強(qiáng)型混凝土外加劑，其特征在于所述不飽和聚醚為 異丁烯基聚氧乙烯醚HPEG，數(shù)均分子量范圍為2000?3000 ;所述帶功能基團(tuán)單體為2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；所述的鏈轉(zhuǎn)移劑為巰基丙酸或巰基乙酸；所述的引發(fā)劑為雙氧 水或過(guò)硫酸銨；所述的還原劑為L(zhǎng)-抗壞血酸；所述的中和堿液為NaOH、二乙醇胺、三乙醇胺 或二異丙醇胺。
3. -種制備如權(quán)利要求1所述的多功能增強(qiáng)型混凝土外加劑的方法，其具體步驟如 下： A. 早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs的制備 a. 底料中稱取不飽和聚醚80重量份和50?60重量份水，投入反應(yīng)釜，攪拌速率為 200?300rpm，加入引發(fā)劑(λ 6?2重量份； b. 稱取丙烯酸8?12重量份、帶功能基團(tuán)單體1. 5?4重量份，加20?30重量份水 攪搖勻，配為滴加料1 ; c. 稱取鏈轉(zhuǎn)移劑0. 5?1. 8重量份、還原劑0. 12?0. 3重量份，加30?40重量份水 搖勻，配為滴加料2 ; d. 底料在反應(yīng)溫度為30?60°C條件下攪拌，同時(shí)開始滴加料1和滴加料2的滴加，保 溫，用堿液8. 4?13. 2重量份中和使pH值范圍為6?7,加50?70重量份水混合均勻得 到高減水、早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PCs ; B. 將步驟A制得的減水劑PCs與GO復(fù)配，兩者固體質(zhì)量比范圍為10?30:1，得到早 強(qiáng)增效型高減水聚羧酸系外加劑GO-PCs。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟d中的反應(yīng)溫度為35?60°C;滴加料 1的滴加時(shí)間為3?5h ;滴加料2的時(shí)間為3. 5-5. 5h ;滴加結(jié)束后保溫時(shí)間1?此。
【文檔編號(hào)】C08F283/06GK104086112SQ201410289423
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】江蕓, 李偉, 王毅, 丁蓓, 鄭春揚(yáng) 申請(qǐng)人:江蘇奧萊特新材料有限公司