[发明专利]一种缓释型适应性强的聚酯聚羧酸减水剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂领域，尤其涉及一种缓慢释放阴阳非离子的耐泥型聚酯聚羧酸减水剂及其制备方法和在混凝土中的应用。

背景技术

减水剂（超塑化剂）是一种化学外加剂，是现代混凝土必不可少的组分之一。聚酯聚羧酸减水剂的出现，扩大了混凝土的适用范围。聚酯聚羧酸减水剂是梳型结构聚合物，由阴离子（聚羧酸）和侧链（聚乙二醇）组成，通常被称为聚羧酸系高效/高性能减水剂。在混凝土中掺加聚羧酸减水剂，能够减小或全部避免水泥颗粒的凝聚，使被包裹于水泥絮凝颗粒中的拌合水被释放出来，润滑颗粒，从而在减少用水量的同时提高混凝土的流动性。

尽管如此，聚羧酸减水剂在使用过程中仍然存在以下三个问题：

第一，普通的聚羧酸减水剂对混凝土骨料含泥量十分敏感。骨料是混凝土的主要成分，占混凝土体积总量的70-80%，其性质的好坏将直接影响到新拌混凝土和硬化后混凝土的性能，如和易性、强度、耐久性等。由于聚羧酸减水剂对混凝土骨料含泥量十分敏感，会影响混凝土的坍落度及坍落度损失，在骨料含泥量超过3%时，还会对强度产生重大影响。由于泥砂层间结构能够大量吸附减水剂分子，导致减水剂被泥砂大量吸附后用于分散水泥颗粒的部分减少，分散性会变差。当砂石含泥量较高时，混凝土拌合物流动性差，或者干脆不流。为了使混凝土拌合物满足泵送施工要求，有的单位将外加剂的掺量成倍增加，使混凝土的生产成本大大增高，影响混凝土企业的生产成本和直接经济效益；有的单位采用多加水的办法来解决混凝土拌合物流动性不足的问题，导致混凝土实际水胶比变大，严重影响混凝土的强度。

第二，普通的聚羧酸减水剂对无机盐离子的敏感性较高。水泥体系是高盐、高pH值体系，传统的聚羧酸接枝共聚物分子构象受到盐浓度，尤其是Ca²⁺的影响很大，如果构象在水泥体系中比较蜷曲，则吸附比较慢，同时提供的空间位阻也比较低，不利于混凝土分散。

第三，普通的聚羧酸减水剂存在对不同水泥体系相容性问题。同一种聚羧酸减水剂用于不同水泥体系时，会表现出不同的分散性及分散性保持能力，不仅初始流动度不同，流动度随时间变化规律也不相同。对某种水泥表现出良好流动性和流动性保持能力的聚羧酸减水剂，应用于其它水泥时，则有可能表现出流动度损失过快，或者流动度随时间增加的现象，所以聚羧酸减水剂存在与水泥相容性的问题。此外，混凝土中除水泥之外的其它原材料，如粉煤灰、矿粉、石粉和粘土等与聚羧酸减水剂也存在着相容性问题。在实际应用中，混凝土原材料对聚羧酸减水剂应用性能的影响非常显著。

如何能使用一种减水剂，在砂石含泥量较高情况下，既可以改善新拌混凝土的和易性，又可以满足硬化混凝土的强度、耐久性等要求；在遇到含钙离子的水泥体系时，没有敏感性的问题；在遇到含有粉煤灰、矿粉、石粉或粘土的水泥体系时，没有相容性的问题；而且在经济上又合适的减水剂，成为聚羧酸减水剂研究的突破难题。

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缓释型适应性强的聚酯聚羧酸减水剂；同时，本发明还提供了所述缓释型适应性强的聚酯聚羧酸减水剂的制备方法及其在混凝土中的应用。

基于普通的聚羧酸减水剂对混凝土骨料含泥量十分敏感的问题，由于聚羧酸减水剂在水泥颗粒上的吸附速率不仅取决于其分子结构、分子量和分子的形态，还取决于分子主链官能团的类型和密度，羧酸基（-COOH）、磺酸基（SO₃H）等亲水基团与水泥具有很好的结合能力，是吸附的锚固基团，它们在分子链中越多，减水剂在水泥颗粒的吸附速率越快。而如果在聚羧酸减水剂分子内或分子间把羧基转换成酯基、酸酐等非亲水性基团，则这些非亲水性基团在水泥颗粒中开始不吸附，但随着水泥不断水化提供的碱性环境下，酯基等非亲水性基团逐渐水解而转化成羧基等亲水集团，缓慢吸附，发挥其缓慢释放分散作用，缓释型减水剂的关键是在混凝土碱性环境下，控制亲水集团的水解释放速率。因此，本发明方案在减水剂中引入大量的酯基，由于酯类的不稳定性，能在水泥存在的强碱性条件下，发生水解反应，生成带有负电的羧基，其在吸附过程中可有效地排斥带有负电荷的的粘土及粘土中的有机质，而对含正电荷的水泥颗粒（水泥在研磨过程中会产生大量的正电荷）有很好的吸附性能，从而当集料中粘土含量较高时，此聚羧酸大分子可有效地优先选择吸附于水泥颗粒表面，且排斥粘土，达到耐泥效果。而其它短支链的羧基，由于长聚醚支链的存在，长聚醚支链相互间的空间位阻作用很强，使短支链的羧基被掩埋在长聚醚支链的链段里面，很难接触到水泥颗粒表面，达不到选择性吸附的效果。此外，酯基在碱性条件下，有徐放的效果而逐渐释放出羧基，从而达到持续的效果。