專利名稱：含聚醚型羧酸類減水劑的水泥基灌漿材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑材料及其制備方法，尤其涉及一種含有特殊種類聚醚型羧酸類減水劑的水泥基灌漿材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
混凝土結(jié)構(gòu)因其脆性大，在工程應(yīng)用中往往會(huì)發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，而混凝土開(kāi)裂又會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)水密性下降、滲漏，進(jìn)而影響工程的使用壽命。因而在施工和使用階段，許多工程如水利、鐵路、公路、橋梁等不可避免地需要灌漿材料對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)與加固。而許多大型儀器的安裝也需要用高性能灌漿材料灌注地腳螺栓和機(jī)器底座或鋼結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的結(jié)合部位等。常用的混凝土裂縫修補(bǔ)與加固的灌漿材料很多，從材料類型來(lái)分，主要有化學(xué)灌漿材料和水泥基灌漿材料兩大類?；瘜W(xué)灌漿材料具有顆粒細(xì)、強(qiáng)度高、粘度低，以及流動(dòng)性、 穩(wěn)定性和可灌性好，膠凝或固化時(shí)間能按工程需要進(jìn)行調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，但它成本高、運(yùn)輸和貯存不便、施工工藝復(fù)雜，大多具有不同程度的毒性，包括刺激性、腐蝕性、致敏性及易燃易爆等缺點(diǎn)，同時(shí)，因試驗(yàn)、施工操作和排放廢棄料等引起環(huán)境污染以及對(duì)地下水的污染，化學(xué)灌漿材料的應(yīng)用也越來(lái)越受到限制。水泥基水泥灌漿材料具有使用方便、強(qiáng)度高、耐久性好、無(wú)污染、成本低、來(lái)源廣等特點(diǎn)，因而，越來(lái)越得到了廣泛的使用。但普通水泥基灌漿材料顆粒較粗，漿液的穩(wěn)定性差、易沉淀析水，且硬化時(shí)有體積收縮。此外，基礎(chǔ)加固灌漿以后，漿體具有一定的收縮，容易再次開(kāi)裂。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員近年來(lái)致力于通過(guò)添加外加劑等途徑來(lái)克服水泥基灌漿材料的上述缺陷。其中，常用的水泥外加劑，也即混凝土外加劑例如減水劑的加入有助于改善上述缺陷，但是，仍然有再提高的必要性，尤其是冬季嚴(yán)寒條件下水泥基灌漿材料強(qiáng)度的提高一直是本領(lǐng)域人員想要解決又很難解決的問(wèn)題。減水劑又稱為分散劑或塑化劑，由于使用時(shí)可使新拌混凝土的用水量減小，因此而得名。在現(xiàn)代混凝土技術(shù)領(lǐng)域里，減水劑是改善混凝土流變性能的外加劑之一，已被當(dāng)作混凝土除水泥、砂、石和水之外的第五組份。常見(jiàn)的減水劑主要有木質(zhì)素環(huán)酸鹽系、萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸鹽系和聚羧酸類等。20世紀(jì)30年代到60年代是普通減水劑的應(yīng)用和發(fā)展時(shí)期，早期使用的減水劑主要為松香酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉、硬脂酸鹽等有機(jī)化合物，其主要是用于改善混凝土的施工性， 解決混凝土路面的抗凍融等耐久性問(wèn)題。但是，隨著施工要求的不斷提高，這些早期的減水劑的減水效果已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工程建設(shè)的需要。從1962年日本首先開(kāi)發(fā)萘磺酸甲醛縮合物高效減水劑和1964年西德開(kāi)發(fā)三聚氰胺系高效減水劑以來(lái)，進(jìn)入了高效減水劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用時(shí)期，有利地推動(dòng)了混凝土技術(shù)的發(fā)展，這兩個(gè)系列高效減水劑的突出特點(diǎn)是減水率高，水泥分散效果好，其主要作用是大幅度降低單位用水量或單位水泥用量，用于配制高強(qiáng)、超高強(qiáng)、高耐久性混凝土，但其致命缺點(diǎn)是坍落度損失大，制備過(guò)程中甲醛揮發(fā)對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。而聚羧酸類高效減水劑摻混量低，但對(duì)混凝土(水泥)的分散性好，保坍性好，并且易改性，故其高性能化潛力大，被認(rèn)為是高效減水劑的換代產(chǎn)品。國(guó)外聚羧酸類高效減水劑在混凝土制備中已經(jīng)廣泛使用，產(chǎn)品類型主要以馬來(lái)酸酐系為主。以日本為例，產(chǎn)品合成方法主要為第一步，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，甲醇與環(huán)氧乙烷在一定的溫度和壓力下反應(yīng)，再向反應(yīng)容器內(nèi)加入NaOH，升高溫度減壓脫水。隨后，向混合物中加入一定量的烯丙基氯，當(dāng)混合物堿度降低至一個(gè)穩(wěn)定值時(shí)，用HCl中和混合物，分離得到烯丙基醚。第二步以甲苯作為溶劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以第一步反應(yīng)得到的烯丙基醚與馬來(lái)酸酐進(jìn)行聚合反應(yīng)，蒸除甲苯溶劑，得到馬來(lái)酸酐系高性能混凝土減水劑。國(guó)內(nèi)近幾年也有聚羧酸類高效減水劑的相關(guān)報(bào)道。其使用原料一般由不飽和羧酸類(丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來(lái)酸酐)、聚氧鏈烯烴(聚氧乙烯、聚乙二醇等)、不飽和羧酸酯類、含有磺酸基團(tuán)的不飽和單體等；其合成步驟一般分為兩步進(jìn)行。如CN1316398A中報(bào)道的聚羧酸類引氣高效混凝土減水劑在對(duì)甲苯磺酸作催化劑、對(duì)苯二酚作阻聚劑、過(guò)氧化二苯甲酰作引發(fā)劑條件小與甲基丙烯酸發(fā)生聚合反應(yīng)，待反應(yīng)基本完成后除去溶劑得到引氣型高效減水劑。該方法得到的減水劑僅溶于堿液而難溶于水，給使用帶來(lái)很大不便。 CN1800076A也公開(kāi)了一種丙烯酸類多元共聚物類高效減水劑，其各原料所占份數(shù)為丙烯酸或其衍生物100份、聚氧鏈烯烴150 450份、磺酸系衍生物10 80份、去離子水溶劑 450 800份、催化劑0. 5 6份、阻聚劑0. 1 5份、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑5 30份、引發(fā)劑 0. 5 5份，NaOH溶液的加入量為使產(chǎn)品的PH值達(dá)到6 8。但是，該專利所提供的方法反應(yīng)過(guò)程難以控制，減水率和坍落度保留值也依然不是很理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供了一種新型的減水劑，該減水劑環(huán)保、坍落度損失小、減水率高，并且制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種含有該減水劑的水泥基灌漿材料及其制備方法，該灌漿材料強(qiáng)度高，泌水率低。本發(fā)明的水泥基灌漿材料按重量份數(shù)包含水泥熟料350 500，粉煤灰80 130，膨脹劑20 30，石膏80 120，pH值調(diào)節(jié)劑1 2，聚醚型羧酸類減水劑8 15，石英砂300 500，其中所述聚醚型羧酸類減水劑為由下述組分制備而成的羧酸類減水劑聚丙烯醇醚、順丁烯二酸酐、甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羥基乙酯、引發(fā)劑和水。優(yōu)選地，所述聚醚型羧酸類減水劑中各組分的重量比為聚丙烯醇醚順丁烯二酸酐甲基丙烯磺酸鈉丙烯酰胺丙烯酸-2-羥基乙酯引發(fā)劑水=25-40 3-6 1-6 0. 5-41-5 0.5-4 100。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述聚醚型羧酸類減水劑中各組分的重量比為聚丙烯醇醚順丁烯二酸酐甲基丙烯磺酸鈉丙烯酰胺丙烯酸-2-羥基乙酯引發(fā)劑水=30-35 3.5-4 2-3 1-2 2-3 1-2 100。優(yōu)選地，所述水泥熟料的重量份數(shù)為380 420，所述減水劑的重量份數(shù)為9 11。優(yōu)選地，所述水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料。優(yōu)選地，所述膨脹劑包含硫鋁酸鹽，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述膨脹劑為硫鋁酸鹽，更優(yōu)選為硫鋁酸鈣。優(yōu)選地，所述PH值調(diào)節(jié)劑為硼酸與三聚磷酸鈉按照12的比例得到的混配物。優(yōu)選地，所述石英砂包含粗石英砂、中石英砂和細(xì)石英砂三種級(jí)分，三種級(jí)分的用量比為45 60 35 50 10 20，其中粗石英砂的粒徑范圍為> 3mm 5mm，中石英砂
4的粒徑范圍為2 3mm，細(xì)石英砂的粒徑范圍為> Omm 2mm。本發(fā)明人意料不到地發(fā)現(xiàn)， 按照將滿足上述限定的三種石英砂配合使用可以進(jìn)一步提高混凝土的強(qiáng)度，降低泌水率。優(yōu)選所述聚丙烯醇醚為CH2 = CHCH2O (CH2CH2O)nH,其中η = 10-60.優(yōu)選所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸鈉。本發(fā)明另外提供一種水泥基灌漿材料的制備方法，其中包括將下述原料按照如下重量份數(shù)混合均勻的步驟水泥熟料350 500，粉煤灰80 130，膨脹劑20 30，石膏 80 120，ρΗ值調(diào)節(jié)劑1 2，聚醚型羧酸類減水劑8 15，石英砂300 400，其中所述聚醚型羧酸類減水劑由下述組分制備而成聚丙烯醇醚、順丁烯二酸酐、甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羥基乙酯、引發(fā)劑和水。優(yōu)選地，所述聚醚型羧酸類減水劑中各組分的重量比為聚丙烯醇醚順丁烯二酸酐甲基丙烯磺酸鈉丙烯酰胺丙烯酸-2-羥基乙酯引發(fā)劑水=25-40 3-6 1-6 0.5-4 1-5 0.5-4 100。所述聚醚型羧酸類減水劑的制備方法包括步驟一將丙烯醇醚、順丁烯二酸酐和甲基丙烯磺酸鈉配制成水溶液，加入到反應(yīng)釜中，攪拌，升溫至80 100°C ；步驟二 向步驟一中得到的混合物中滴加丙烯酰胺和丙烯酸-2-羥基乙酯形成的水溶液以及引發(fā)劑的水溶液，滴加過(guò)程中保持溫度在80 100°C，滴加時(shí)間為2 5小時(shí)；步驟三滴加完畢后，80 100°C下恒溫反應(yīng)2-8小時(shí)；步驟四過(guò)濾。優(yōu)選地，步驟一所述水溶液中，相對(duì)于100重量份的水，丙烯醇醚、順丁烯二酸酐和甲基丙烯磺酸鈉的重量份數(shù)分別為100-150重量份、15-25重量份、1-15重量份。優(yōu)選地，步驟二所述丙烯酰胺和丙烯酸-2-羥基乙酯形成的水溶液中，相對(duì)于100 重量份的水，丙烯酰胺和丙烯酸-2-羥基乙酯的重量份數(shù)分別為12-18重量份和15-25重量份。步驟二中引發(fā)劑水溶液中引發(fā)劑的濃度為2-5重量％。優(yōu)選地，步驟二中所述滴加時(shí)間為3-4小時(shí)，步驟三中所述恒溫時(shí)間為4-5小時(shí)。
具體實(shí)施例方式測(cè)試方法說(shuō)明坍落度的測(cè)試方法用一個(gè)上口 100mm、下口 200mm、高300mm喇叭狀的坍落度桶， 灌入混凝土后搗實(shí)，然后拔起桶，混凝土因自重產(chǎn)生塌落現(xiàn)象，用桶高(300mm)減去塌落后混凝土最高點(diǎn)的高度，稱為塌落度，單位為mm。減水率按照GB8076-2008中規(guī)定的方法測(cè)試?？箟簭?qiáng)度按照GB/T 50448-2008測(cè)試；泌水率按照GB/T 50080第5. 1節(jié)的規(guī)定測(cè)
試ο制備實(shí)施例1步驟一將320Kg 丙烯醇醚 CH2 = CHCH2O (CH2CH2O) nH (其中 η = 10-60)、420Kg 順丁烯二酸酐和50Kg甲基丙烯磺酸鈉加入到300Kg水中配制成水溶液，加入到反應(yīng)釜中，攪拌，升溫至90°C ；步驟二 向步驟一中得到的混合物中滴加13Kg丙烯酰胺和^Kg丙烯酸-2-羥基乙酯與140Kg水形成的水溶液以及860Kg濃度為3%的過(guò)硫酸鉀引發(fā)劑的水溶液，滴加過(guò)程中保持溫度在90°C，滴加時(shí)間為3-3. 5小時(shí)；步驟三滴加完畢后，80 100°C下恒溫反應(yīng)約5小時(shí)；步驟四過(guò)濾。產(chǎn)率為94%。所得產(chǎn)品的坍落度保留值和減水率值見(jiàn)表1。制備實(shí)施例2其它步驟與制備實(shí)施例1相同，不同之處在于用320Kg丙烯醇醚代替η值為 200-300 的 CH2 = CHCH2O(CH2CH2O)nH 代替制備實(shí)施例 1 中 η = 10-60 的 CH2 = CHCH2O (CH2CH2O) ηΗ。產(chǎn)率為90%。所得產(chǎn)品的坍落度保留值和減水率值見(jiàn)表1。制備實(shí)施例3其它步驟與制備實(shí)施例1相同，不同之處在于將丙烯酰胺的用量減少到8Kg。產(chǎn)率為80%。所得產(chǎn)品的坍落度保留值和減水率值見(jiàn)表1。制備實(shí)施例4其它步驟與制備實(shí)施例1相同，不同之處在于步驟二中將溫度保持在80°C，而不是90°C。產(chǎn)率為93%。所得產(chǎn)品的坍落度保留值和減水率值見(jiàn)表1。制備對(duì)比例1其它步驟與制備實(shí)施例1相同，不同之處在于用420Kg對(duì)苯二甲酸酐代替步驟一中所述420Kg順丁烯二酸酐。產(chǎn)率為95%。所得產(chǎn)品的坍落度保留值和減水率值見(jiàn)表1。制備對(duì)比例2其它步驟與制備實(shí)施例1相同，不同之處在于不加順丁烯二酸酐。產(chǎn)率為95%。 所得產(chǎn)品的坍落度保留值和減水率值見(jiàn)表1。制備對(duì)比例3其它步驟與制備實(shí)施例1相同，不同之處在于不加丙烯酰胺。產(chǎn)率為90%。所得產(chǎn)品的坍落度保留值和減水率值見(jiàn)表1。制備對(duì)比例4其它步驟與制備實(shí)施例1相同，不同之處在于用異丙醇代替丙烯酸-2-羥基乙酯。表1 將本發(fā)明減水劑和對(duì)比例所述減水劑分別添加到拉法基水泥中后的性能比較
權(quán)利要求
1.一種含有聚醚型羧酸類減水劑的水泥基灌漿材料，其按重量份數(shù)含有水泥熟料 350 500，粉煤灰80 130，膨脹劑20 30，石膏80 120，pH值調(diào)節(jié)劑1 2，減水劑 6 15，石英砂300 500，其中所述減水劑為由下述組分制備而成的聚醚型羧酸類減水劑聚丙烯醇醚、順丁烯二酸酐、甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羥基乙酯、引發(fā)劑和水。
2.權(quán)利要求1所述的水泥基灌漿材料，其中所述水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料，優(yōu)選地， 所述膨脹劑包含硫鋁酸鹽，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述膨脹劑為硫鋁酸鹽，更優(yōu)選為硫鋁酸鈣，或者優(yōu)選地，所述PH值調(diào)節(jié)劑為硼酸與三聚磷酸鈉按照1 2的比例得到的混配物；或者優(yōu)選地，所述水泥熟料的重量份數(shù)為380 420，所述減水劑的重量份數(shù)為9 11。
3.權(quán)利要求1或2所述的水泥基灌漿材料，其中所述減水劑各組分的重量比為聚丙烯醇醚順丁烯二酸酐甲基丙烯磺酸鈉丙烯酰胺丙烯酸-2-羥基乙酯引發(fā)劑 水=25-40 3-6 1-6 0.5-4 1-5 0.5-4 100。
4.權(quán)利要求3所述的水泥基灌漿材料，其中所述減水劑各組分的重量比為聚丙烯醇醚順丁烯二酸酐甲基丙烯磺酸鈉丙烯酰胺丙烯酸-2-羥基乙酯引發(fā)劑水=30-35 3.5-4 2-3 1-2 2-3 1-2 100。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的水泥基灌漿材料，其中所述聚丙烯醇醚為CH2= CHCH2O (CH2CH2O)nH,其中 η = 10-60。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的水泥基灌漿材料的制備方法，其中包括將各組分混合的步驟。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述減水劑的制備步驟包括步驟一將丙烯醇醚、順丁烯二酸酐和甲基丙烯磺酸鈉配制成水溶液，加入到反應(yīng)釜中，攪拌，升溫至80 100°C ；步驟二 向步驟一中得到的混合物中滴加丙烯酰胺和丙烯酸-2-羥基乙酯形成的水溶液以及引發(fā)劑的水溶液，滴加過(guò)程中保持溫度在80 100°C，滴加時(shí)間為2 5小時(shí)； 步驟三滴加完畢后，80 100°C下恒溫反應(yīng)2-8小時(shí)； 步驟四過(guò)濾。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟一所述水溶液中，相對(duì)于100重量份的水，丙烯醇醚、順丁烯二酸酐和甲基丙烯磺酸鈉的重量份數(shù)分別為100-150重量份、15-25重量份、1-15重量份。。
9.權(quán)利要求7-8任一項(xiàng)所述的方法，其中B料的制備步驟為步驟二所述丙烯酰胺和丙烯酸-2-羥基乙酯形成的水溶液中，相對(duì)于100重量份的水，丙烯酰胺和丙烯酸-2-羥基乙酯的重量份數(shù)分別為12-18重量份和15-25重量份。
10.權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟二中引發(fā)劑水溶液中引發(fā)劑的濃度為2-5重量％，優(yōu)選地，步驟二中所述滴加時(shí)間為3-4小時(shí)，步驟三中所述恒溫時(shí)間為4-5小時(shí)。
全文摘要
提供一種含有聚醚型羧酸類減水劑的水泥基灌漿材料及其制備方法，所述聚醚型羧酸類減水劑按重量份數(shù)包含水泥熟料350～500，粉煤灰80～130，膨脹劑20～30，石膏80～120，pH值調(diào)節(jié)劑1～2，減水劑8～15，石英砂300～500，其中所述減水劑為由下述組分制備而成的聚醚型羧酸類減水劑聚丙烯醇醚、順丁烯二酸酐、甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羥基乙酯、引發(fā)劑和水。所述灌漿材料強(qiáng)度高，泌水率低。
文檔編號(hào)C08F290/06GK102211909SQ20111008750
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者馬清浩 申請(qǐng)人:馬清浩