本發(fā)明涉及聚羧酸高性能減水劑生產(chǎn)技術領域，具體涉及一種早強型聚羧酸高性能減水劑。
背景技術：
隨著國家“一路一帶”戰(zhàn)略政策的提出，城鎮(zhèn)化進程的加快，鐵路、公路、地鐵等大型工程建設對預制構(gòu)件的需求量會急劇增加，研究適用于預制構(gòu)件和高強管樁等早強混凝土的早強型聚羧酸系減水劑具有重要意義。目前工程上需要提高混凝土的早期強度，加快施工進度，加速模板周轉(zhuǎn)率的主要途徑有降低水膠比，提高水泥標號及水泥用量等方法，但這也將影響到混凝土的體積穩(wěn)定性，增大了混凝土開裂的風險。因此，選擇早強型的聚羧酸高性能減水劑是解決這一問題的最佳途徑。
目前制備早強型聚羧酸的途徑有兩種，一種是復配早強組分；另一種是通過合成的方法，在分子結(jié)構(gòu)中接入早強官能團或具有早強功能的分子。其中，復配所用的早強劑類型主要有無機鹽類和有機類，無機鹽類主要有氯鹽類、硫酸鹽類、碳酸鹽類等，有機類主要有三乙醇胺、三異丙醇胺，甲醇等，此外還有無機有機復合類。在實際應用過程中，氯鹽類早強效果明顯，但氯離子銹蝕鋼筋，大大限制了其應用；硫酸鹽和碳酸鹽所含鈉離子、鉀離子在混凝土表面極易泛鹽析出，影響砼外觀，也是引起堿-骨料反應的主要因素。有機類早強劑如三乙醇胺的摻量較小不易控制，過量容易引起混凝土緩凝和強度下降，并且不宜應用于蒸養(yǎng)混凝土中。另外一種通過合成的早強聚羧酸減水劑，反應條件一般為高溫反應，具體是在分子鏈上接入胺基的小單體，由于含胺基的小單體用量受到限制，所以目前市售的早強聚羧酸減水劑的早強效果有限。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種早強型聚羧酸高性能減水劑，使得混凝土減水率和早期強度大大提高。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：
一種早強型聚羧酸高性能減水劑，所述減水劑的結(jié)構(gòu)式如下：
其中A為式(Ⅰ)所示結(jié)構(gòu)式：
(Ⅰ)，其中a為50-500中的任一整數(shù)；
B為式(Ⅱ)所示結(jié)構(gòu)式：
(Ⅱ)，其中b為1-100中的任一整數(shù)；
C為式(Ⅲ)所示結(jié)構(gòu)式：
(Ⅲ)，其中c為20-150中的任一整數(shù)；
D為式(Ⅳ)所示結(jié)構(gòu)式：
(Ⅳ)，其中d為10-100中的任一整數(shù)；
E為式(Ⅴ)所示結(jié)構(gòu)式：
(Ⅴ)，其中e為1-100中的任一整數(shù)。
進一步的，所述的早強型聚羧酸高性能減水劑，包括如下重量份數(shù)的原料：聚氧乙烯醚300～350份，丙烯酰胺1～10份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1～10份，活性中間體10～30份，丙烯酸單體30～50份，水550～650份，引發(fā)劑1～5份，分子量調(diào)節(jié)劑1～3份。
進一步的，所述聚氧乙烯醚選自異丁烯醇聚氧乙烯醚、異戊烯醇聚氧乙烯醚中的其中一種。
進一步的，所述丙烯酸單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸中的至少一種。
進一步的，所述引發(fā)劑為過氧化氫、過硫酸銨、過硫酸鉀、抗壞血酸、吊白塊、亞硫酸氫鈉中的至少一種。
進一步的，所述分子量調(diào)節(jié)劑為巰基乙酸、巰基丙酸、巰基乙醇中的其中一種或任意兩種組合物。
進一步的，所述活性中間體的原料由馬來酸酐、三乙醇胺、催化劑、阻聚劑組成，其中，馬來酸酐與三乙醇胺的質(zhì)量比為100～130：150～180，催化劑用量為馬來酸酐和三乙醇胺總量的1.0～3.0％，阻聚劑的用量為馬來酸酐和三乙醇胺總量的0.05～0.15％。
進一步的，所述催化劑為硫酸、磷酸、對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸中的至少一種；所述阻聚劑為對苯二酚、對甲醚苯酚中的其中一種。
進一步的，所述活性中間體的制備方法包括如下步驟：將馬來酸酐、三乙醇胺、催化劑和阻聚劑混合，加熱至90～130℃，反應3～6h，再保溫2～3h，冷卻至室溫，即得活性中間體。
一種早強型聚羧酸高性能減水劑的制備方法，步驟如下：
(1)按配方分別計量各原料；
(2)將聚氧乙烯醚，丙烯酰胺，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，活性中間體，丙烯酸單體，引發(fā)劑和分子量調(diào)節(jié)劑分別配成水溶液，備用；
(3)常溫下，將聚氧乙烯醚、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、活性中間體的水溶液混合，再依次滴加丙烯酸單體，引發(fā)劑和分子量調(diào)節(jié)劑的水溶液，進行自由基共聚反應，滴加時間為1～5h；
(4)反應完成后保溫1～2h，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)溶液pH值至6～7，即得早強型聚羧酸高性能減水劑。
本發(fā)明的有益效果為：
1、本發(fā)明以聚氧乙烯醚，丙烯酸單體，丙烯酰胺，活性中間體，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為反應單體，以氧化還原體系為引發(fā)體系，加入一定量的分子量調(diào)節(jié)劑，在常溫條件下(15～35℃)進行自由基共聚反應，得到一種梳狀結(jié)構(gòu)的早強型聚羧酸高分子聚合物，其主鏈為聚丙烯酸，側(cè)鏈上為不同鏈長的聚氧乙烯醚和羧基、磺酸基、羥基、酯基、酰胺基等官能團，其中，聚氧乙烯醚長側(cè)鏈可以提高混凝土分散保持性；磺酸基具有減水、分散性；酯基在堿性環(huán)境中可以緩慢水解出羧基，繼續(xù)發(fā)揮減水作用，提高保坍性能；酰胺基可以促進C3A的水化，加快了AFt的形成，提高了早期強度；本發(fā)明提供的早強型聚羧酸減水劑，減水率高，在較低摻量下有較好的分散性。此外，本發(fā)明提供的減水劑還具有與混凝土和易性好，能夠加速水泥的水化反應，具有較高的早期強度；混凝土經(jīng)時損失小的優(yōu)異特性，能夠滿足較小坍落度時的保持能力。
2、本發(fā)明的早強型聚羧酸減水劑是常溫(15～35℃)反應條件下的自由基聚合反應，有助于節(jié)約能源，簡化生產(chǎn)步驟和條件，使得反應條件易于控制，本發(fā)明提供的制備方法簡單，無“三廢”排出。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明的實施例，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
實施例1：
一種早強型聚羧酸高性能減水劑，包括如下重量份數(shù)的原料：異丁烯醇聚氧乙烯醚310份，丙烯酰胺4份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1份，活性中間體20份，丙烯酸40份，水600份，過氧化氫2.5份，巰基丙酸1份。
其制備方法包括如下步驟：
(1)按配方分別計量各原料；
(2)將聚氧乙烯醚，丙烯酰胺，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，活性中間體，丙烯酸，引發(fā)劑和分子量調(diào)節(jié)劑分別配成水溶液，備用；
(3)常溫下，將聚氧乙烯醚、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、活性中間體的水溶液混合，再依次滴加丙烯酸，引發(fā)劑和分子量調(diào)節(jié)劑的水溶液，進行自由基共聚反應，滴加時間為1～5h；
(4)反應完成后保溫1～2h，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)溶液pH值至6～7，即得早強型聚羧酸高性能減水劑。
在本實施例中，活性中間體由馬來酸酐、三乙醇胺、催化劑硫酸、阻聚劑對苯二酚組成，其中，馬來酸酐與三乙醇胺的質(zhì)量比為115：160，催化劑用量為馬來酸酐和三乙醇胺總量的2.5％，阻聚劑的用量為馬來酸酐和三乙醇胺總量的0.1％?；钚灾虚g體的制備方法為：將各原料混合，加熱至90～130℃，反應3～6h，再保溫2～3h，冷卻至室溫，即得活性中間體。
實施例2：
一種早強型聚羧酸高性能減水劑，包括如下重量份數(shù)的原料：異戊烯醇聚氧乙烯醚320份，丙烯酰胺6份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5份，活性中間體10份，甲基丙烯酸45份，水600份，過硫酸銨2份，亞硫酸氫鈉2份，巰基乙酸1.5份。
其制備方法同實施例1。
在本實施例中，活性中間體由馬來酸酐、三異丙醇胺、催化劑磷酸、阻聚劑對甲醚苯酚組成，其中，馬來酸酐與三異丙醇胺的質(zhì)量比為125：175，催化劑用量為馬來酸酐和三異丙醇胺總量的2.0％，阻聚劑的用量為馬來酸酐和三異丙醇胺總量的0.15％?；钚灾虚g體的制備方法同實施例1。
實施例3：
一種早強型聚羧酸高性能減水劑，包括如下重量份數(shù)的原料：異丁烯醇聚氧乙烯醚330份，丙烯酰胺8份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5份，活性中間體15份，丙烯酸30份，甲基丙烯酸20份，水550份，過硫酸銨1份，巰基乙醇1份，巰基乙酸1份。
其制備方法包括如下步驟：
(1)按配方分別計量各原料；
(2)將聚氧乙烯醚，丙烯酰胺，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，活性中間體，丙烯酸，甲基丙烯酸，引發(fā)劑和分子量調(diào)節(jié)劑分別配成水溶液，備用；
(3)常溫下，將聚氧乙烯醚、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、活性中間體的水溶液混合，再依次滴加丙烯酸、甲基丙烯酸，引發(fā)劑和分子量調(diào)節(jié)劑的水溶液，進行自由基共聚反應，滴加時間為1～5h；
(4)反應完成后保溫1～2h，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)溶液pH值至6～7，即得早強型聚羧酸高性能減水劑。
在本實施例中，活性中間體由馬來酸酐、三乙醇胺、催化劑對甲苯磺酸、阻聚劑對苯二酚組成，其中，馬來酸酐與三乙醇胺的質(zhì)量比為110：160，催化劑用量為馬來酸酐和三乙醇胺總量的2.5％，阻聚劑的用量為馬來酸酐和三乙醇胺總量的0.05％?；钚灾虚g體的制備方法同實施例1。
實施例4：
一種早強型聚羧酸高性能減水劑，包括如下重量份數(shù)的原料：異戊烯醇聚氧乙烯醚340份，丙烯酰胺10份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸7份，活性中間體25份，甲基丙烯酸35份，水600份，過硫酸鉀4.5份，巰基丙酸1.5份。
其制備方法同實施例1。
在本實施例中，活性中間體由馬來酸酐、三異丙醇胺、催化劑十二烷基苯磺酸、阻聚劑對甲醚苯酚組成，其中，馬來酸酐與三異丙醇胺的質(zhì)量比為120：170，催化劑用量為馬來酸酐和三異丙醇胺總量的1.0％，阻聚劑的用量為馬來酸酐和三異丙醇胺總量的0.07％?；钚灾虚g體的制備方法同實施例1。
實施例5：
一種早強型聚羧酸高性能減水劑，包括如下重量份數(shù)的原料：異丁烯醇聚氧乙烯醚350份，丙烯酰胺2份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10份，活性中間體30份，丙烯酸30份，水650份，抗壞血酸2份，亞硫酸氫鈉3份，巰基乙醇3份。
其制備方法同實施例1。
在本實施例中，活性中間體由馬來酸酐、三乙醇胺、催化劑硫酸和十二烷基苯磺酸混合物、阻聚劑對苯二酚組成，其中，馬來酸酐與三乙醇胺的質(zhì)量比為105：160，催化劑用量為馬來酸酐和三乙醇胺總量的3.0％，阻聚劑的用量為馬來酸酐和三乙醇胺總量的0.12％?；钚灾虚g體的制備方法同實施例1。
實施例6：
一種早強型聚羧酸高性能減水劑，包括如下重量份數(shù)的原料：異戊烯醇聚氧乙烯醚300份，丙烯酰胺5份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸8份，活性中間體10份，甲基丙烯酸40份，水600份，吊白塊5份，巰基乙酸1份。
其制備方法同實施例1。
在本實施例中，活性中間體由馬來酸酐、三異丙醇胺、催化劑對甲苯磺酸和磷酸混合物、阻聚劑對甲醚苯酚組成，其中，馬來酸酐與三異丙醇胺的質(zhì)量比為130：50，催化劑用量為馬來酸酐和三異丙醇胺總量的1.5％，阻聚劑的用量為馬來酸酐和三異丙醇胺總量的0.1％?；钚灾虚g體的制備方法同實施例1。
實施例7：
一種早強型聚羧酸高性能減水劑，包括如下重量份數(shù)的原料：異丁烯醇聚氧乙烯醚350份，丙烯酰胺1份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5份，活性中間體15份，丙烯酸30份，水550份，亞硫酸氫鈉5份，巰基丙酸2份。
其制備方法同實施例1。
在本實施例中，活性中間體由馬來酸酐、三異丙醇胺、催化劑硫酸和對甲苯磺酸混合物、阻聚劑對甲醚苯酚組成，其中，馬來酸酐與三異丙醇胺的質(zhì)量比為100：180，催化劑用量為馬來酸酐和三異丙醇胺總量的2.0％，阻聚劑的用量為馬來酸酐和三異丙醇胺總量的0.08％?；钚灾虚g體的制備方法同實施例1。
性能測試試驗：
按照GB\T8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》，測定同摻量下各實施例的砼減水率、塌落度、抗壓強度、凝結(jié)時間。
采用本發(fā)明實施例1-7中合成的早強型聚羧酸高性能減水劑與市售普通早強聚羧酸減水劑配制C30泵送混凝土，減水劑折固摻量為膠凝材料總量的0.20％，對比混凝土減水率、凝結(jié)時間、坍落度經(jīng)時損失、混凝土強度，結(jié)果如表1所示：
表1
由表1可知，實施例1-7制備的早強型聚羧酸高性能減水劑與市售普通早強聚羧酸減水劑相比，均具有較高的混凝土減水率、坍落度大，混凝土和易性好，并且凝結(jié)時間較快，早強強度較高，后期強度不受影響。
采用本發(fā)明實施例1-7中合成的早強型聚羧酸高性能減水劑與市售普通早強聚羧酸減水劑配制免蒸壓C80高強管樁混凝土，減水劑折固摻量為膠凝材料總量的0.24％，對比混凝土減水率、凝結(jié)時間、坍落度經(jīng)時損失、混凝土強度，結(jié)果如表2所示：
表2
由此可見，本發(fā)明的早強型聚羧酸高性能減水劑用在高強混凝土中，與市售普通早強聚羧酸減水劑相比，對配制免蒸壓C80高強管樁混凝土的加強性能和早強效果更加明顯。
以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。