滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的聚羧酸減水劑及其制備方法與流程

文檔序號：11803707閱讀：548來源：國知局

本發明屬于建筑材料技術領域，具體為一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑及其制備方法。

背景技術：

作為工業化和城市化相結合的產物，摩天大樓起源于美國，現已遍及世界各地。摩天大樓被普遍認為是城市發展和城市經濟力量的終極象征，在推動土地集約利用、形成城市集聚效應、提升城市地標形象、擴展城市縱橫空間、促進空間景觀互動等方面都具有顯著的積極意義。同時，進入新世紀以來，世界第一高樓的高度不斷刷新，世界超高層建筑的平均高度不斷增長，據統計，2000年，世界超高層建筑平均高度為375米，2010年時達到439米，而預計至2020年，世界超高層建筑平高度可達598米。與普通工程不同，超高層建筑由于結構高，混凝土一旦發生堵管或質量問題將對超高層建筑質量、建設工期等造成阻礙，同時帶來比普通工程更巨大的經濟損失。

同時超高層建筑結構(包括核心筒剪力墻、鋼管柱等)通常具有鋼筋密集、鋼板交錯、空間狹小及結構密集等特性，振搗棒無法穿過狹小空隙充分振搗。以及其組合樓板由于施工面積巨大且無輔助施工工具，在單次施工中接拆管次數較多、階段性停泵時間較長。需要混凝土在經過超高泵送后出泵具有自密實性能，以及具有較長的流動度保持時間。因此研制出工作性能優異、超高泵送后滿足出口自密實的混凝土對于保障工程質量具有重要作用。

目前我國超高層混凝土大多通過提高混凝土的流動度、降低粘度來提高混凝土泵送性能，以獲得更高的泵送高度。然而這種方式在高強混凝土泵送時可在一定范圍內取得一定效果，然而低強度等級混凝土并不適用，尤其是混凝土泵送高度超過400米后，很容易隨著泵送壓力的增大導致混凝土出現離析、泌水、漿骨分離、骨料堆積發生堵管，從而造成巨大的經濟損失。

混凝土減水劑是現代化混凝土施工過程中必須使用的一種外加劑。在調整混凝土性能方面聚羧酸減水劑具有更廣闊的思路和技術手段。目前，大部分泵送劑需要通過復配法得到，即以常規應用的幾種減水劑和緩凝劑、保水劑、引氣劑等助劑按照一定比例混合得到。

聚羧酸系減水劑是綜合性能十分優異的第三代減水劑，具有減水率高、坍落度經時損失小、摻量低、環保性好的優點，得到越來越多的研究和應用。本專利涉及的聚羧酸減水劑是一種重要的混凝土外加劑，不僅有助改善混凝土的流動性及可泵性等以保證混凝土的施工，而且可以通過降低水灰比大大地提高混凝土的強度性能以及耐久性等，同時還可以起到節約水泥用量，改善施工條件，提高生產效率等作用。目前聚羧酸減水劑普遍在40-80℃的溫度下進行聚會反應，反應溫度相對較高，需要大量的持續外部熱源對反應器進行長時間的均勻加熱，能耗很大。國外推行的低溫氧化還原反應合成工藝復雜，設備昂貴，投資大；而目前國內的普通的常溫聚合，殘廢品率高，減水保坍性能弱，產品性能波動大。針對以上存在的問題，本專利開發了一種能在10～40℃的溫度范圍內引發聚合，聚合反應不受自溫升影響，分子結構規整度高的聚羧酸減水劑常溫合成工藝。其產品應用于超高建筑用自密實混凝土中，通過在聚羧酸減水劑主鏈中引入保水組分，使自制得到的聚羧酸減水劑兼具減水和保坍的特點，降低黏度，同時能顯著改善超高層混凝土泵送過程中的壓力泌水問題，可適用于620米的超高建筑用自密實混凝土泵送施工。

技術實現要素：

為解決現有超高泵送自密實混凝土所具有的混凝土易離析、粘度過大不易泵送、流動度損失大、易堵管等技術問題。本發明提出了一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑及其制備方法，具有摻量低、混凝土流動度保持性能優異的特點，并且能顯著改善混凝土在超高泵送中的壓力泌水問題，使混凝土出泵后仍具有自密實性能。

本發明的技術方案為：

所述一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑，其特征在于：每制備1000g所述專用聚羧酸減水劑，采用的原材料組分包括：聚醚大單體A：160g～180g、不飽和羧酸及其衍生物單體B：7g～19g、不飽和羧酸酯及其衍生物C：4g～25g、引發劑：0.8g～1.3g、鏈轉移劑：0.3g～3.7g、抗壞血酸：0.2g～0.4g和水：800g。

進一步的優選方案，所述一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑，其特征在于：所述聚醚大單體A為：異戊烯醇聚氧乙烯醚、異丁烯醇聚氧乙烯醚中的一種或兩種混合物。

進一步的優選方案，所述一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑，其特征在于：所述不飽和羧酸及其衍生物單體B為：丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸、順丁烯二酸酐、衣康酸中的一種或者多種混合物。

進一步的優選方案，所述一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑，其特征在于：所述不飽和羧酸酯及其衍生物C為：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯中的一種或多種混合物。

進一步的優選方案，所述一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑，其特征在于：所述引發劑為：過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮二異丁腈、過氧化氫中的一種或者多種混合物。

進一步的優選方案，所述一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑，其特征在于：所述鏈轉移劑為：巰基乙酸、巰基丙酸、甲基丙烯磺酸鈉、異丙醇中的一種或者多種混合物。

所述一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：在氮氣保護條件下，將原材料組分中的聚醚大單體A和一部分水投入反應容器中，控制溫度為10℃～40℃并攪拌溶解聚醚大單體A，待聚醚大單體A混合均勻后，向反應容器中投入全部引發劑；

步驟2：將不飽和羧酸及其衍生物單體B以及不飽和羧酸酯及其衍生物C投入在一部分水中混合均勻形成第一混合溶液；將鏈轉移劑以及抗壞血酸投入在一部分水中混合均勻形成第二混合溶液；向步驟1的反應容器中同時滴加第一混合溶液以及第二混合溶液，滴加完成后進行保溫反應，反應期間溫度控制在10℃～40℃；

步驟3：保溫反應完成后，加入剩余的水，并用氫氧化鈉中和至pH值為6～8，得到所述專用聚羧酸減水劑。

進一步的優選方案，所述一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于：每制備1000g所述專用聚羧酸減水劑時，步驟1中的水為270g，步驟2中制備第一混合溶液的水為120g，制備第二混合溶液的水為120g，步驟3中的水為290g。

進一步的優選方案，所述一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于：每制備1000g所述專用聚羧酸減水劑時，步驟3中滴加第一混合溶液以及第二混合溶液的時間為1h～3h，保溫反應時間為1h～2h。

進一步的優選方案，所述一種滿足620米超高泵送自密實混凝土要求的專用聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于：當鏈轉移劑中包括甲基丙烯磺酸鈉時，將甲基丙烯磺酸鈉在步驟1中與聚醚大單體A和一部分水一起投入反應容器中，控制溫度為10℃～40℃并攪拌溶解；當不飽和羧酸及其衍生物單體B中包括順丁烯二酸和/或順丁烯二酸酐時，將順丁烯二酸和/或順丁烯二酸酐在步驟1中與聚醚大單體A和一部分水一起投入反應容器中，控制溫度為10℃～40℃并攪拌溶解。

有益效果

本發明制備的聚羧酸減水劑運用分子設計理論和水溶液自由基聚合的相關理論，引入酯基基團可使其具有較好的流動度保持能力。其在生產過程無任何有害物資排放、無任何副產品造成污染，且原材料來源廣泛，獲得容易且成本低，生產工藝簡單易控制。由于具有較高的減水率和良好的保坍、保水性能，因此能有效解決超高泵送自密實混凝土在泵送中易產生的壓力泌水、泵送損失和混凝土和易性喪失的問題。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

以下實施例由申請人在天津高銀117大廈混凝土施工中成功應用，一次性泵送至621米，創造了混凝土泵送高度吉尼斯世界紀錄。混凝土粘度適中，混凝土出口達到自密實狀態，流動性好，顯著提高了施工效率。

實施例1：

制備1000g所述專用聚羧酸減水劑：

取異戊烯醇聚氧乙烯醚(分子量2400)165g，丙烯酸8.5g，甲基丙烯酸10.5g，丙烯酸甲酯10.8g，過硫酸銨1.2g，巰基乙酸0.2g，甲基丙烯磺酸鈉3.5g，抗壞血酸0.3g，去離子水800g備用。

(1)在裝有攪拌器、溫度計的1000ml四口燒瓶中，通入氮氣，依次加入上述稱量的異戊烯醇聚氧乙烯醚165g、甲基丙烯磺酸鈉3.5g，以及去離子水270g，控制溫度為10℃～40℃并持續攪拌。待混合均勻后向四口燒瓶中加入過硫酸銨1.2g。這里在一開始即將甲基丙烯磺酸鈉投入反應容器，是因為甲基丙烯磺酸鈉也含有雙鍵，作為鏈轉移劑的同時也是本產品的一種聚合小單體，其聚合活性不高，為提高其利用率，所以在投料初始就加入反應容器內。

(2)向四口燒瓶中滴加由丙烯酸8.5g、甲基丙烯酸10.5g、丙烯酸甲酯10.8g與去離子水120g混合而成的溶液，滴加時間控制為1h。同時向四口燒瓶中滴加由巰基乙酸0.2g、抗壞血酸0.3g與去離子水120g混合而成的溶液，滴加時間控制為1.5h。滴加完成后保溫反應1h。滴加過程和保溫過程均保持溫度在10℃～40℃。