[发明专利]一种阴阳两性聚羧酸减水剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土用添加剂的制备方法，尤其是一种混凝土用聚羧酸减水剂的制备方法。

背景技术

聚羧酸系减水剂，作为继萘系、脂肪族系和胺基磺酸盐系减水剂之后推出的新型高性能减水剂，具有减水率高、水泥颗粒分散性好、掺量低、混凝土收缩率低、分子结构可调性强、高性能化潜力大等突出优点，目前已成功地应用到高速铁路、桥梁、隧道、大坝等一系列重大工程中。然而聚羧酸高效减水剂在实际应用中也遇到了很多技术难题，如对水泥/掺合料的适应性、对减水剂用量和用水量的敏感性，以及集料含泥量、温度等方面的影响对等。

聚羧酸高性能减水剂是一类离子型梳型结构的共聚物，根据梳型结构中主链与侧链间的桥接方式不同，可将聚羧酸减水剂分为脂类(侧链以酯键—COO-和主链相连)和醚类（侧链以醚键—O-和主链相连），聚羧酸分子结构中主侧链的接枝方式对聚羧酸类接枝共聚物的性能有着非常大的影响。酯类聚羧酸减水剂多为（甲基）丙烯酸和甲氧基聚乙二醇（甲基）丙烯酸酯大分子单体共聚而得到的高分子化合物；醚类聚羧酸减水剂主要是烯丙基聚乙二醇与其它单体聚合形成大分子聚合物。

关于聚羧酸减水剂的研究报道很多，如侧链长度，电荷密度，主链聚合度，及功能基团组成等，但几乎所有的梳型聚羧酸减水剂都属于阴离子型聚合物，其它类型，如两性或阳离子型外加剂鲜有报道。新型两性聚羧酸减水剂的制备研究逐渐成为混凝土外加剂领域的研究热点。

关于两性聚羧酸减水剂的合成研究，有一些报道。但主要是合成胺类或酰胺类聚羧酸两性减水剂，这类减水剂与水泥、掺合料的分散性、适应性较好，坍落度保持性较好，缺点是酰胺类在强碱条件下不稳定，易发生分解。

聚羧酸减水剂的减水性能主要取决于空间位阻效果。

普通聚羧酸减水剂是一种由带负电荷的甲基丙烯酸聚合而成的主链和聚乙二醇分子侧链构成的梳状聚合物。在水泥浆体中加入聚羧酸减水剂，带有负电荷的主链会吸附在水泥水化颗粒的表面，侧链则伸展到水泥浆体溶液中。聚乙二醇的分子侧链越长，越有利于水泥粒子的分散，原因是吸附减水剂的水泥粒子之间的空间排斥力增强。侧链的空间位阻作用提供了水泥颗粒之间的分散力。

水泥颗粒中包含多种熟料相，一些水泥颗粒因为C₂S和C₃S中的SiO^-基团而在表面带有负电荷。另外一些水泥颗粒因为铝相（C₃A）和铁相（C₄AF）的存在而在表面带有正电荷。这些不同的电荷由于异性相吸引起水泥颗粒强烈的团聚，导致混凝土流动性下降。

普通聚羧酸减水剂对泥土敏感。遇到泥土时，聚羧酸减水剂分子的阴离子主链吸附在带有正电荷的水泥颗粒表面，而PEO侧链则插入到膨胀的泥土的层状结构中，发生链插层反应。

聚羧酸的阴离子聚合物主链吸附在水泥颗粒的阳离子表面上，水泥颗粒带正电荷的区域被聚羧酸中和。随后，由于聚乙二醇侧链的空间位阻和亲水效应，水泥颗粒的分散加剧。

研究表明，聚羧酸减水剂的吸附量与水泥矿物表面所带电荷有关。矿物C₃A和C₄AF表面一般带有正电荷，有利于其对聚羧酸减水剂分子的吸附，而矿物C₂S和C₃S表面一般带有负电荷，对聚羧酸减水剂分子的吸附往往受到抑制。

与传统的减水剂相比，聚羧酸减水剂最大的优点便是其分子结构中特有的长侧链使其具有空间位阻作用，因而能在相对较低的掺量下，满足实际需求。聚羧酸减水剂的优异性是多方面的。然而，使用者在应用过程中发现，粘土类的存在会对聚羧酸减水剂的应用效能产生不利影响，进而影响混凝土的性能。黏土具有吸水膨胀的特性，当水泥浆体中含有黏土时，为达到相同的工作性能，需要增加单位用水量。黏土表面带有负电荷。黏土对聚羧酸减水剂的吸附量大约为水泥的100倍。蒙脱土类有害物质的存在，严重降低常用聚羧酸类高效减水剂的分散性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种同时引入阴离子和阳离子电荷、具有独特的两性结构、对混凝土有更好的分散能力且减水率高的阴阳两性聚羧酸减水剂的制备方法；同时，本发明还提供一种采用所述方法制备得到的阴阳两性聚羧酸减水剂及其在混凝土中的 应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种阴阳两性聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：