[發明專利]一種聚羧酸超塑化劑及其應用

有效

• 申請號: 201210513890.7
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN102976654A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 周棟梁;冉千平;劉加平;楊勇;劉金芝
• 申請（專利權）人: 江蘇蘇博特新材料股份有限公司;江蘇博特新材料有限公司;江蘇省建筑科學研究院有限公司;姜堰市博特新材料有限公司
• 主分類號: C04B24/26
• 分類號: C04B24/26;C08F283/06;C08F220/38;C08F4/40;C08F2/38;C04B103/30
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲;王清義

技術領域

本發明涉及一種在水泥堿性環境中具有分子結構活性，從而具有雙層作用驅動力的聚羧酸類水泥混凝土分散劑，屬于混凝土外加劑技術領域。

背景技術

近年來，隨著國家大規模基礎設施的建設，一系列包括大型橋梁、核電、水電、超高層建筑等重大工程對混凝土提出了更高的要求，尤其是高性能混凝土的施工時間需求越來越長，因此，高性能混凝土的流動性保持能力就顯得尤為重要。另外，由于中國地域因素導致各地的建筑材料質量存在較大的差異，同地區的砂石集料質量也存在一定程度的波動。這些因素都會造成高性能混凝土的坍落度損失現象更加嚴重。因此也就要求聚羧酸系超塑化劑在提高保坍能力方面有更好的性能，同時對其混凝土材料的相容性和適應性也提出了更高的要求。

經過多年的發展，聚羧酸系超塑化劑依靠其摻量低、減水率高、保坍能力比萘系等傳統減水劑強、制備過程無污染等優點，已經成為制備高性能混凝土不可缺少的關鍵組分，也成為了國內外研究的熱點。梳形結構的聚羧酸超塑化劑基本上都是由羧基、羥基、磺酸基等基團組成的主鏈和聚亞烷基二醇醚大分子組成的側鏈構成。主鏈上的極性陰離子基團對帶正電性的水泥顆粒產生靜電吸附，提供聚羧酸超塑化劑的錨固作用，這種離子鍵作用具有較強的傾向性，一般情況下屬于不可逆行為；長側鏈增加了空間位阻效應，并形成較厚的吸附水膜，使聚羧酸減水劑對水泥顆粒的分散穩定效果更加明顯，在一定時間段內提高了其坍落度保持能力。

眾所周知，聚羧酸系超塑化劑可以通過調整分子內各組成單元的種類和用量比例達到不同的性能，多篇中國專利已經公開了相關的聚羧酸超塑化劑及其制備方法，但是基本上都是采用不飽和羧酸與帶有雙鍵的聚乙二醇醚進行共聚形成主要的梳型結構。根據這些制備方法得到的常規聚羧酸超塑化劑分子的吸附基團具有較強的吸附能力，因此在添加進入混凝土體系后就能展現出很強的分散能力。這些聚合物分子在水泥顆粒表面通過離子鍵進行吸附，一旦吸附后就無法脫離該表面，并隨著水泥水化產物的逐漸生成而逐漸被掩埋，使聚羧酸超塑化劑的分散能力逐漸喪失，造成混凝土流動能力降低，產生明顯的混凝土坍落度損失。

常規聚羧酸系分散劑由于其較強的吸附能力能夠提供良好的分散能力，但同時勢必造成混凝土體系中殘存的超塑化劑分子數量不足，從而造成其保坍能力不足。目前最有效緩解摻有聚羧酸系分散劑的高性能混凝土流動性損失的辦法為超摻外加劑或者額外添加保坍組分，這種做法無疑會導致外加劑摻量偏高，不可避免的提高了混凝土成本，同時對混凝土的初始流動度和后期流動度無法準確控制，從而增加了操作難度。另外，由于常規聚羧酸系分散劑主要采用羧基作為主要吸附基團，對水泥和其他組分中所含帶的石膏引入的硫酸根離子和泥含量具有較大的敏感性，從而降低其作用效果，尤其是降低流動度保持能力。因此，開發一種具有高適應性，同時具備大減水和保坍能力的新型聚羧酸系分散劑及其制備方法，達到一次添加持續分散的效果是非常必要的，這也是減少外加劑摻量、降低施工難度，更好的提高混凝土質量的重要需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種聚羧酸超塑化劑，使其在超低的摻量下既具有良好的分散性能，又具有很好的坍落度保持能力，同時具有良好的材料適應性，有效避免了常規聚羧酸類分散劑坍落度保持能力不足的缺陷，避免了為了提高混凝土保坍能力而額外添加專用保坍劑帶來的分散效果減弱、經濟性降低和施工難度增大的弊端。

本發明設計的聚羧酸超塑化劑在水泥堿性環境下會發生分子結構變化，從而具有雙分散動力。首先，聚合物以磺酸根(—SO₃^2-)為初始吸附基團提供吸附驅動力，并依靠側鏈的空間位阻作用達到優異的分散性能；第二，聚合物中酯鍵會在堿性環境中逐漸水解使聚合物脫離既有吸附表面，同時水解作用緩慢釋放出對水泥顆粒具有吸附能力的羧酸根(—COO^-)提供第二層吸附驅動力，使聚合物再一次在水泥顆粒上進行吸附達到持續對混凝土進行分散的效果。

本發明所述的聚羧酸超塑化劑的重均分子量為20,000~70,000，其是由單體A和單體B在水溶液中、在氧化還原引發劑存在的條件下進行聚合反應得到的，單體A：單體B的摩爾比為2~10:1。其中：

單體A用通式(1)表示：

通式（1）中，R₁代表H或者CH₃；x，y分別為環氧乙烷、環氧丙烷的加成摩爾數，其中x=0或1，y=0或1，且x，y不同時為0或1。

單體B用通式（2）表示：