本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及水泥混凝土中應(yīng)用的水泥分散劑，具體涉及一種聚羧酸高性能減水劑及其制備方法。

背景技術(shù)：
減水劑是高性能混凝土必不可缺少的重要外加劑，它不僅能增加混凝土的強(qiáng)度，而且能優(yōu)化混凝土材料的綜合性能。聚羧酸系減水劑是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一類(lèi)新型減水劑，具有高減水率、低摻量、坍落度保持性能良好、生產(chǎn)過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)綠色無(wú)污染控制等優(yōu)點(diǎn)；另外其分子結(jié)構(gòu)自由度大，可以根據(jù)性能要求來(lái)設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)，達(dá)到量體裁衣的效果；聚羧酸系減水劑正逐漸成為制備高性能混凝土的首選外加劑，因此多功能化聚羧酸高性能減水劑的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，對(duì)我國(guó)建材行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。關(guān)于聚羧酸系高性能減水劑的改性研究主要從兩個(gè)方面：一是物理復(fù)配改性，如2011年11月公開(kāi)的復(fù)合聚羧酸減水劑(公開(kāi)號(hào)CN102249591A)，其特征在于將聚羧酸高效減水劑、緩凝劑、功能助劑、防腐劑和水進(jìn)行物理復(fù)配。二是改變單體進(jìn)行化學(xué)改性，如2012年2月公開(kāi)的高分散聚羧酸減水劑的制備方法(公開(kāi)號(hào)CN102351998A)，其特征在于利用大單體聚乙二醇單甲醚不飽和酸酯MP，制備了一種具有高分散性的聚羧酸減水劑。上述兩種方法制備的聚羧酸系高性能減水劑在應(yīng)用方面仍然存在以下不足，一是與水泥及其它外加劑的適應(yīng)性問(wèn)題；二是用于合成聚羧酸可選用單體原料較少。上述問(wèn)題使聚羧酸系減水劑的應(yīng)用推廣受到影響，在一定程度上限制了聚羧酸系減水劑的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)目前聚羧酸系減水劑在應(yīng)用方面存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種聚羧酸高性能減水劑。本發(fā)明根據(jù)分散水泥作用機(jī)理，設(shè)計(jì)了聚羧酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)，以提高聚羧酸系減水劑的適應(yīng)性、減水性以及混凝土的強(qiáng)度、坍落度保持性，并可通過(guò)聚羧酸分子結(jié)構(gòu)的調(diào)控調(diào)節(jié)混凝土的引氣、緩凝及流動(dòng)性。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種聚羧酸高性能減水劑的制備方法，將馬來(lái)酸聚乙二醇單甲酯(MaPEG)、不飽和醇、引發(fā)劑和水混合，攪拌均勻，在通氮?dú)鈼l件下升溫至80℃-90℃溫度，待反應(yīng)2-2.5h后，開(kāi)始滴加不飽和磺酸鈉溶液，調(diào)整流量計(jì)1.5-2.5h滴完，繼續(xù)反應(yīng)0.5h；再加入丙烯酰胺溶液，調(diào)整流量計(jì)1.5-2h滴完，繼續(xù)反應(yīng)4h，冷卻至室溫，即得棕黃色液態(tài)聚羧酸高性能減水劑。所述MaPEG、不飽和醇與不飽和磺酸鈉的摩爾比為3∶4∶4。所述MaPEG為對(duì)甲苯磺酸催化劑條件下，甲氧基聚乙二醇與馬來(lái)酸酐在85℃-95℃下酯化的大單體產(chǎn)物。其中甲氧基聚乙二醇的相對(duì)分子質(zhì)量分別為400、1000或2000。所述MaPEG的加入量為22-30份，不飽和醇可以為C1-C5烯醇，加入量為0.8-7.1份，水的加入量為7-22份。所述引發(fā)劑可以為過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨的一種，加入量為0.2—0.9份。所述不飽和磺酸鹽溶液為丙烯磺酸鈉、苯乙烯磺酸鈉、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉溶液的一種，加入量為25份，其中磺酸鹽為2-19份，水為6-23份。丙烯酰胺溶液的加入量為30份，其中丙烯酰胺為12-20份，水為10—18份。由上述方法制得的聚羧酸高性能減水劑的分子結(jié)構(gòu)式示意圖如下：其中，X為C1—C3的烷基，Y為-CH2-、或n、p、q為常數(shù)，N為聚合度，m、b為變量。當(dāng)用丙烯酰胺改性時(shí)，保持m不變，改變b；當(dāng)用MaPEG改性時(shí)，保持b不變，改變m。本發(fā)明提供的聚羧酸高性能減水劑根據(jù)分散水泥機(jī)理設(shè)計(jì)了有效的分子結(jié)構(gòu)，MaPEG單體中的羧基在混凝土減水劑中常作為早強(qiáng)官能團(tuán)，側(cè)鏈的聚醚則起到空間位阻的作用，因此通過(guò)其長(zhǎng)度的改變可調(diào)節(jié)混凝土的引氣性；不飽和醇中的羥基被水泥顆粒表面吸附并與其形成氫鍵，可調(diào)節(jié)硅酸鹽水泥的緩凝作用；不飽和磺酸鹽具有很強(qiáng)的親水性且在水溶液中能很快電離，可增強(qiáng)減水效果和坍落度保持性；主鏈聚丙烯酰胺長(zhǎng)度的改變可調(diào)整混凝土的流動(dòng)性，增強(qiáng)與水泥及其它外加劑適應(yīng)性。本發(fā)明提供的聚羧酸高性能減水劑具有高效、摻量低的特點(diǎn)，用量一般控制在0.2％以?xún)?nèi)。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明聚羧酸高性能減水劑除具有較高的減水效果外，還對(duì)混凝土的強(qiáng)度、坍落度保持性以及減水劑的適應(yīng)性都有顯著提高，另外，本產(chǎn)品還可通過(guò)聚羧酸分子結(jié)構(gòu)的調(diào)控，調(diào)節(jié)混凝土的引氣、緩凝及流動(dòng)性。摻加本發(fā)明產(chǎn)品的混凝土相對(duì)于摻市售聚羧酸減水劑的混凝土，減水率提高約13.7％，泌水率降低約2.35％，1d、3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高約12％、12％、11.7％和11.5％，坍落度減少約99.5mm，1h坍落度經(jīng)時(shí)損失減少約10.3mm。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)、清楚、完整的說(shuō)明，以說(shuō)明本發(fā)明完全符合專(zhuān)利法要求的新穎性、創(chuàng)造性和實(shí)用性。應(yīng)當(dāng)注意，實(shí)施例描述的只是本發(fā)明的一部分實(shí)施方式，不能用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1將22.0份MaPEG(2000)、0.8份丙烯醇、0.2份過(guò)硫酸銨和22.0份水混合，攪拌均勻，在通氮?dú)鈼l件下升溫至85.0℃溫度，待反應(yīng)2.0h后，開(kāi)始滴加25.0份丙烯磺酸鈉溶液(丙烯磺酸鈉2.0份，水23.0份)，調(diào)整流量計(jì)1.5h滴完，繼續(xù)反應(yīng)0.5h；再加入30.0份丙烯酰胺溶液(12.0份丙烯酰胺，18.0份水)，調(diào)整流量計(jì)1.5h滴完，繼續(xù)反應(yīng)4.0h，冷卻至室溫，即得棕黃色液態(tài)聚羧酸高性能減水劑。將該實(shí)施例產(chǎn)品與市售聚羧酸系減水劑分別添加到水泥為42.5P·S·A型礦渣硅酸鹽水泥的混凝土中，混凝土配合比為：水泥360kg／m3、砂803kg／m3、石子985kg／m3，水膠比為0.29。減水劑摻入量為膠凝材料質(zhì)量的0.15％，根據(jù)GB8076-2008《混凝土外加劑》對(duì)配制混凝土的物理性能進(jìn)行了測(cè)試。具體實(shí)施效果見(jiàn)下表：試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本實(shí)施例產(chǎn)品相對(duì)市售聚羧酸減水劑，摻加到配比為水泥360kg／m3、砂803kg/m3、石子985kg／m3，水膠比為0.29的混凝土，減水率提高13.8％，泌水率降低2.6％，含氣量提高1.1％，1d、3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高9％、11％、14％和14％，1h坍落度經(jīng)時(shí)損失減少15mm。實(shí)施例2將30.0份MaPEG(1000)、2.7份丁烯醇、0.3份過(guò)硫酸銨和12.0份水混合，攪拌均勻，在通氮?dú)鈼l件下升溫至80.0℃溫度，待反應(yīng)2.5h后，開(kāi)始滴加25.0份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉溶液(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉8.5份，水16.5份)，調(diào)整流量計(jì)2.5h滴完，繼續(xù)反應(yīng)0.5h；再加入30.0份丙烯酰胺溶液(份15.0丙烯酰胺，15.0份水)，調(diào)整流量計(jì)1.8h滴完，繼續(xù)反應(yīng)4.0h，冷卻至室溫，即得棕黃色液態(tài)聚羧酸高性能減水劑。將該實(shí)施例產(chǎn)品與市售聚羧酸系減水劑分別添加到水泥為42.5P.I型硅酸鹽水泥的混凝土中，混凝土配合比為：水泥kg／m3、砂736kg/m3、碎石903kg／m3、粉煤灰67kg／m3，水膠比為0.3。減水劑摻入量為膠凝材料質(zhì)量的0.15％，根據(jù)GB8076-2008《混凝土外加劑》對(duì)配制混凝土的物理性能進(jìn)行了測(cè)試。具體實(shí)施效果見(jiàn)下表：試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本實(shí)施例產(chǎn)品相對(duì)市售聚羧酸減水劑，摻加到配比為水泥330kg/m3、砂736kg／m3、碎石903kg／m3、粉煤灰67kg／m3，水膠比為0.3的混凝土，減水率提高13.4％，泌水率降低2.2％，含氣量提高1.4％，1d、3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高12％、11％、11％和13％，1h坍落度經(jīng)時(shí)損失減少17mm。實(shí)施例3將22.0份MaPEG(1000)、2.3份戊烯醇、0.7份過(guò)硫酸銨和20.0份水混合，攪拌均勻，在通氮?dú)鈼l件下升溫至90.0℃溫度，待反應(yīng)2.2h后，開(kāi)始滴加25.0份對(duì)苯乙烯磺酸鈉溶液(對(duì)苯乙烯磺酸鈉5.6份，水19.4份)，調(diào)整流量計(jì)2.0h滴完，繼續(xù)反應(yīng)0.5h；再加入30.0份丙烯酰胺溶液(份20.0丙烯酰胺，10.0份水)，調(diào)整流量計(jì)2.0h滴完，繼續(xù)反應(yīng)4.0h，冷卻至室溫，即得淺黃色液態(tài)聚羧酸高性能減水劑。將該實(shí)施例產(chǎn)品與市售聚羧酸系減水劑分別添加到水泥為42.5P·0型普通硅酸鹽水泥的混凝土中，混凝土配合比為：水泥330kg／m3、砂809kg／m3、石子985kg/m3、礦渣165kg／m3，水膠比為0.33。減水劑摻入量為膠凝材料質(zhì)量的0.18％，根據(jù)GB8076-2008《混凝土外加劑》對(duì)配制混凝土的物理性能進(jìn)行了測(cè)試。具體實(shí)施效果見(jiàn)下表：試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本實(shí)施例產(chǎn)品相對(duì)市售聚羧酸減水劑，摻加到配比為水泥330kg／m3、砂809kg／m3、石子985kg／m3、礦渣165kg／m3，水膠比為0.33的混凝土，減水率提高12.8％，泌水率降低2.4％，含氣量降低0.6％，1d、3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高15％、14％、11％和9％，1h坍落度經(jīng)時(shí)損失減少12mm。實(shí)施例4將30.0份MaPEG(400)、7.1份戊烯醇、0.9份過(guò)硫酸銨和7.0份水混合，攪拌均勻，在通氮?dú)鈼l件下升溫至85.0℃溫度，待反應(yīng)2.5h后，開(kāi)始滴加25.0份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉溶液(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉19.0份，水6.0份)，調(diào)整流量計(jì)2.5h滴完，繼續(xù)反應(yīng)0.5h;再加入30.0份丙烯酰胺溶液(份18.0丙烯酰胺，12.0份水)，調(diào)整流量計(jì)1.8h滴完，繼續(xù)反應(yīng)4.0h，冷卻至室溫，即得黃棕色液態(tài)聚羧酸高性能減水劑。將該實(shí)施例產(chǎn)品與市售聚羧酸系減水劑分別添加到水泥為32.5P·F型粉煤灰硅酸鹽水泥的混凝土中，混凝土配合比為：水泥360kg／m3、砂912kg／m3、石子1085kg／m3，水膠比為0.3。減水劑摻入量為膠凝材料質(zhì)量的0.1％，根據(jù)GB8076-2008《混凝土外加劑》對(duì)配制混凝土的物理性能進(jìn)行了測(cè)試。具體實(shí)施效果見(jiàn)下表：試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本實(shí)施例產(chǎn)品相對(duì)市售聚羧酸減水劑，摻加到配比為水泥360kg／m3、砂912kg／m3、石子1085kg／m3，水膠比為0.3的混凝土，減水率提高13.4％，泌水率降低2.3％，含氣量降低1.5％，1d、3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高11％、11％、12％和12％，1h坍落度經(jīng)時(shí)損失減少14mm。實(shí)施例5將30.0份MaPEG(2000)、1.1份丙烯醇、0.9份過(guò)硫酸銨和13.0份水混合，攪拌均勻，在通氮?dú)鈼l件下升溫至87.0℃溫度，待反應(yīng)2.0h后，開(kāi)始滴加25.0份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉溶液(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉4.4份，水20.6份)，調(diào)整流量計(jì)2.0h滴完，繼續(xù)反應(yīng)0.5h；再加入30.0份丙烯酰胺溶液(份14.0丙烯酰胺，16.0份水)，調(diào)整流量計(jì)1.5h滴完，繼續(xù)反應(yīng)4.0h，冷卻至室溫，即得黃棕色液態(tài)聚羧酸高性能減水劑。將該實(shí)施例產(chǎn)品與市售聚羧酸系減水劑分別添加到水泥為42.5P·F型粉煤灰硅酸鹽水泥的混凝土中，混凝土配合比為：水泥265kg／m3、砂925kg／m3、石子1033kg／m3、粉煤灰130kg／m3、礦粉133kg／m3，水膠比為0.25。減水劑摻入量為膠凝材料質(zhì)量的0.18％，根據(jù)GB8076-2008《混凝土外加劑》對(duì)配制混凝土的物理性能進(jìn)行了測(cè)試。具體實(shí)施效果見(jiàn)下表：試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本實(shí)施例產(chǎn)品相對(duì)市售聚羧酸減水劑，摻加到配比為水泥265kg/m3、砂925kg／m3、石子1033kg／m3、粉煤灰130kg／m3、礦粉133kg／m3，水膠比為0.25的混凝土，減水率提高14.2％，泌水率降低2.7％，含氣量降低1.6％，1d、3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高11％、12％、11％和9％，1h坍落度經(jīng)時(shí)損失減少11mm。實(shí)施例6將22.0份MaPEG(400)、3.5份丙烯醇、0.5份過(guò)硫酸銨和19.0份水混合，攪拌均勻，在通氮?dú)鈼l件下升溫至90.0?！鏈囟?，待反應(yīng)2.2h后，開(kāi)始滴加25.0份對(duì)苯乙烯磺酸鈉溶液(對(duì)苯乙烯磺酸鈉12.5份，水12.5份)，調(diào)整流量計(jì)2.0h滴完，繼續(xù)反應(yīng)0.5h；再加入30.0份丙烯酰胺溶液(份17.0丙烯酰胺，13.0份水)，調(diào)整流量計(jì)2.0h滴完，繼續(xù)反應(yīng)4.0h，冷卻至室溫，即得黃棕色液態(tài)聚羧酸高性能減水劑。將該實(shí)施例產(chǎn)品與市售聚羧酸系減水劑分別添加到水泥為42.5P.II型硅酸鹽水泥的混凝土中，混凝土配合比為：水泥330kg／m3、砂847kg／m3、石子921kg／m3、礦粉70kg／m3，水膠比為0.34。減水劑摻入量為膠凝材料質(zhì)量的0.1％，根據(jù)GB8076-2008《混凝土外加劑》對(duì)配制混凝土的物理性能進(jìn)行了測(cè)試。具體實(shí)施效果見(jiàn)下表：試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本實(shí)施例產(chǎn)品相對(duì)市售聚羧酸減水劑，摻加到配比為水泥330kg／m3、砂847kg／m3、石子921kg／m3、礦粉70kg／m3，水膠比為0.34的混凝土，減水率提高14.4％，泌水率降低1.9％，含氣量降低1.3％，1d、3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高14％、13％、11％和12％，1h坍落度經(jīng)時(shí)損失減少13mm。綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，摻加本發(fā)明產(chǎn)品的混凝土相對(duì)于摻市售聚羧酸減水劑的混凝土，減水率提高約13.7％，泌水率降低約2.35％，1d、3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高約12％、12％、11.7％和11.5％，坍落度減少約99.5mm，1h坍落度經(jīng)時(shí)損失減少約10.3mm。本發(fā)明提供的多功能化聚羧酸減水劑的應(yīng)用性能穩(wěn)定，對(duì)水泥及混合材有良好的適應(yīng)性，并對(duì)混凝土減水和性能改善提高方面有顯著效果。