[发明专利]聚醚类超早强型混凝土超塑化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种超早强型聚醚类混凝土超塑化剂，这种超塑化剂在不延缓水泥凝结时间的前提下，能够显著提高混凝土早期强度，属混凝土外加剂技术领域。

背景技术

接枝共聚物外加剂与传统萘系、三聚氰胺等缩聚型外加剂相比由于具有掺量低、分散性好、分子结构上自由度大等优点已成为了世界性的研究热点和发展重点，被称为第三代超塑化剂。据报道，日本接枝共聚物外加剂已占所有高性能外加剂产品总数的80％以上，国内由于核电、水利、桥梁、隧道等大型基础设施的兴起，尤其是国家铁路客运专线网工程的规划实施，对高性能外加剂的市场需求持续增长。目前市场上接枝共聚物外加剂在一定程度上延缓了水泥的水化，特别是养护温度低时，由于其早期强度发展缓慢，限制了其在寒冷气候下的使用。即便是在常温条件下，混凝土1d抗压强度也仅能达到设计强度的20～30％，3d抗压强度达到设计强度的40％左右。此外混凝土耐久性问题越来越引起建筑工程师的重视，大量的矿物掺合料被应用到混凝土改善混凝土抗环境侵蚀问题，然而大部分矿物掺合料均显著降低混凝土的早期力学性能，这也影响到了其在建材领域的更广泛的应用。

建筑工程师为了提高混凝土早期强度，加快模板周转，提高施工进度，不得不采用降低水胶比、提高水泥标号或水泥用量的方法，以及添加早强剂的技术途径尽量提高混凝土的早期强度。氯盐类早强剂是最早应用的无机盐类早强剂，可以提高混凝土的早期强度，但却严重影响混凝土的后期强度，并且由于其含有Cl^-，易引起钢筋脱钝锈蚀，而被限制应用。硫酸盐类早强剂容易导致后期性能变差，混凝土表面易析出“白霜”，影响外观，且提高了混凝土中的碱含量，会加速碱骨料反应。醇胺类早强剂虽然对混凝土的后期性能影响不大且没有氯离子，但其掺加量难以控制，容易造成混凝土严重缓凝和混凝土强度下降，而且其高昂的价格影响了其在混凝土行业的应用。美国专利US4444593公布了碳酸钠和硫酸铁的复合型早强剂或日本专利JP6005050公布的碳酸钠和硫酸铝的组合物，其共同特点是：把它们掺入混凝土后，在提高早期强度(1天以内)强度的同时，但降低了28天的强度，从而使抗渗性下降，不利于耐久性的提高。

综上所述，采用传统无机盐或有机早强剂提高混凝土早期强度是不能令人满意的，其掺量高，

降低了混凝土后期强度。而新型接枝共聚物外加剂的早强效果也是不能完全令人满意的，尤其是低温环境下的强度发展发展缓慢。而且当复配传统无机盐或有机早强剂到高效减水剂中，不但易发生分层，贮存稳定性变差，而且会降低减水剂的分散性能。

发明内容

本发明的研究目的是研制没有背景技术所述的那些缺点，生产技术相对简单以及具有减水率高、早期增强效果好、稳定均匀、价格低廉的的聚醚类混凝土超塑化剂。

申请人发现，接枝共聚物侧链长度是水泥水化速度的主要影响因素。侧链越长，水泥水化越快，且长支链由于其强的空间位阻效应导致共聚物优异的分散性，也加快了水泥的水化，有利于混凝土早期强度的提高。

申请人还发现，接枝共聚物化学结构中中和碱的种类对混凝土早期强度发展影响也很大，采用水溶性有机烷氧基胺中和接枝共聚物有利于提高混凝土早期强度。

申请人还发现，要提高混凝土早期强度尤其是蒸养混凝土，其含气量的控制至关重要。本发明采用一种反应性消泡剂共聚到接枝共聚物主链中，不但保证了共聚物的低含气量，而且实现了高贮存稳定性。

基于上述研究，本发明所述的接枝共聚物可由下列步骤制备而成：

1)水性自由基共聚反应：由5％～15％单体a，82～92％单体b，2％～8％单体c，和1～3％单体d在水性介质中发生自由基共聚反应，其中a+b+c+d的总量按重量计为100％；其中：单体a用通式1表示：

式中R₁是氢原子或甲基，M₁表示有机胺基。单体a可以是丙烯酸、甲基丙烯酸或和这些不饱和酸的有机胺盐，这些单体可以单独使用也可以由两种或两种以上成份的混合物形式使用。其羧酸基团在共聚物中提供吸附点和电斥力。

单体b用通式2表示：

式中R₃是1～22个碳原子的烷基，R₂表示氢原子或甲基，AO是2～4个碳原子的氧化烯基或两个或更多的这种氧化烯基的混合物，适合的氧化烯包括环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷及其混合物。它们可以是均聚物、无规共聚物或嵌段共聚物、二嵌段或多嵌段共聚物。n为氧化烯基的平均加成摩尔数为90～200。