一種提高水泥基材料早期強(qiáng)度的外加劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于混凝±外加劑技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種用于提高水泥基材料早期強(qiáng)度 的外加劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)在建的高速鐵路、地鐵與隧道、大型橋梁、水電工程、高層建筑、風(fēng)力發(fā)電等重 大基礎(chǔ)工程規(guī)模和數(shù)量均居世界首位，為水泥基材料超早強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用提供了巨大的市場(chǎng) 空間。用于高鐵建設(shè)的無巧軌道板要求混凝± 1化抗壓強(qiáng)度大于48MPa ;用于地鐵和隧道 建設(shè)的混凝±盾構(gòu)管片甚至要求1化脫模強(qiáng)度大于20MPa ;此外，水利建設(shè)用的高工壓大口 徑鋼筒混凝±輸水管（PCCP)、高層建筑建設(shè)用的C80 W上的靜壓高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力（PHC)管粧、橋 梁建設(shè)用的大型預(yù)制混凝±箱梁、兩網(wǎng)改造和通訊建設(shè)等工程用的高強(qiáng)環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝± 電桿、風(fēng)能發(fā)電用的預(yù)制混凝±基風(fēng)能塔、W及飛機(jī)跑道、高級(jí)公路等緊急搶修工程也都對(duì) 水泥基材料早期強(qiáng)度和耐久性提出了更高的要求。
[0003] 提高水泥基材料的早期強(qiáng)度，有利于加快混凝±的模板周轉(zhuǎn)，提高施工進(jìn)度與效 率。傳統(tǒng)基于水泥組成和細(xì)度調(diào)控的早強(qiáng)技術(shù)，如采用超細(xì)水泥或采用快硬娃酸鹽水泥來 提高水泥基材料的早期強(qiáng)度，存在早期水化熱高、干縮率大、易開裂，且后期強(qiáng)度及性能下 降等不足；添加氯鹽或硫酸鹽等無機(jī)鹽類小分子早強(qiáng)劑存在后期強(qiáng)度倒縮嚴(yán)重、加速鋼筋 誘蝕和堿骨料反應(yīng)，增大混凝±收縮等系列缺陷；而采用熱養(yǎng)護(hù)工藝提高早期強(qiáng)度，生產(chǎn)耗 能高，且蒸汽養(yǎng)護(hù)的混凝±構(gòu)件不但后期強(qiáng)度下降，而且耐久性嚴(yán)重降低。
[0004] 聚駿酸外加劑是一類具有梳形結(jié)構(gòu)的共聚物，具有滲量低、減水率高、保巧性 能好、混凝±收縮率低、分子結(jié)構(gòu)上可調(diào)性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。越來越多的研究者，通過共 聚反應(yīng)引入功能型小單體或改變分子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了聚駿酸外加劑的超早強(qiáng)功能。專利 W02011/076655A1報(bào)道了一種超早強(qiáng)聚駿酸超塑化劑及其制備方法，采用4000分子量的聚 丙締酸（PAA)與5000分子量的聚己二醇單甲離（MPEG),在165°C下進(jìn)行醋化，再用氨氧化 鋼中和而得。該方法在醋化過程中，加入一定量的聚丙二醇進(jìn)行醋化，能有效降低聚駿酸 含氣量；所制備的超早強(qiáng)型聚駿酸超塑化劑，與先醋化后聚合的合成方法相比，其化抗壓 強(qiáng)度提高50% W上。然而，該方法需要先合成聚丙締酸，且由于PAA本身是聚合物，粘度較 大，與高分子MPEG的醋化時(shí)位阻較大，醋化的轉(zhuǎn)化率受影響，因而外加劑的滲量相對(duì)較高， 性價(jià)比低。專利EP1547986報(bào)道采用聚己二醇單甲離甲基丙締酸醋和甲基丙締酸為聚合 單體，W聚丙二醇二甲基丙締酸醋為交聯(lián)單體，W琉基丙酸為鏈轉(zhuǎn)移劑，通過自由基共聚技 術(shù)，制備了交聯(lián)型聚駿酸外加劑；與未交聯(lián)的聚駿酸相比，該外加劑在水泥基材料中具有顯 著的超早強(qiáng)作用。
[0005] 除了對(duì)聚駿酸本身的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成外，不少研究者也開始關(guān)注通過聚駿酸減 水劑與無機(jī)早強(qiáng)劑的復(fù)配。專利CN101921083報(bào)道了一種離醋混合型超早強(qiáng)聚駿酸高性能 減水劑，采用30~60%的離醋混合型聚駿酸高性能減水劑、0. 1~5%的復(fù)合無機(jī)鹽類早強(qiáng) 劑、0. 1~0. 6%的聚氧己締類消泡劑、10~40%的復(fù)合氣娃酸鹽、1~15%的復(fù)合有機(jī)類 加速固化劑進(jìn)行多元組分的復(fù)配，早強(qiáng)效果顯著。專利CN103145368A提供了一種早強(qiáng)減水 劑，采用的原料及各原料的重量百分比為：聚駿酸減水劑20~25%，S異丙醇胺1~6%， S己醇胺0. 5~2 %，硫氯酸鋼5~15 %，甲酸巧3~10 %，水42~70. 5 %;該早強(qiáng)減水劑 可W提高再生混凝±制品的早期強(qiáng)度，改善再生混凝±拌合物的和易性。然而，采用聚駿酸 減水劑復(fù)配大量無機(jī)鹽的方法，增加了聚駿酸溶液中的離子濃度，容易導(dǎo)致聚駿酸減水劑 絮凝沉淀，且復(fù)配無機(jī)鹽的外加劑滲量相對(duì)較高，對(duì)后期水泥基材料的耐久性也有影響。例 如，專利CN103979886公開了一種滲納米二氧化娃粉體高性能混凝±的制備方法，其使用 的納米二氧化娃粉體材料滲量較高，占膠凝材料質(zhì)量的1. 5% W上，且未見對(duì)早期小時(shí)強(qiáng)度 的影響，僅對(duì)混凝±7d強(qiáng)度有大幅度提高，由于采用的是粉體材料，顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，難W良 好分散，因而導(dǎo)致滲量高且早期強(qiáng)度并未提升。
[0006] 雖然聚駿酸系超早強(qiáng)外加劑的開發(fā)和應(yīng)用使高性能化學(xué)外加劑的發(fā)展有了質(zhì)的 飛躍，但就目前的應(yīng)用效果來看，還存在外加劑對(duì)水泥的適應(yīng)性較差、早強(qiáng)效果波動(dòng)較大、 應(yīng)用于低溫環(huán)境下和高滲合料的水泥基材料早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢等缺陷，難W完全滿足現(xiàn)代 工程的需要。因此開發(fā)高性能的超早強(qiáng)型外加劑勢(shì)必將進(jìn)一步推動(dòng)現(xiàn)代混凝±，特別是預(yù) 制構(gòu)件混凝±的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)目前水泥基材料對(duì)提高早期強(qiáng)度 的迫切需求W及現(xiàn)有的早強(qiáng)型外加劑在低溫環(huán)境下水泥基材料中早強(qiáng)效果有限的問題，本 發(fā)明的目的在于提供一種用于提高水泥基材料早期強(qiáng)度的外加劑及其制備方法，該方法制 得的外加劑不僅能有效提高水泥基材料的早期強(qiáng)度，具有較高的減水率與水泥適應(yīng)性，且 不影響水泥基材料的后期強(qiáng)度及耐久性。
[000引技術(shù)方案；本發(fā)明提供的一種提高水泥基材料早期強(qiáng)度的外加劑，為由離子型共 聚物和硅烷反應(yīng)制得的納米粒子分散液；所述離子型共聚物由單體A、單體B、單體C、單體D 反應(yīng)制得，其分子量為50000~80000 ;
[0009] 單體A為含橫酸根的己締基類單體，其結(jié)構(gòu)式如式（I)所示：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高水泥基材料早期強(qiáng)度的外加劑，其特征在于：由離子型共聚物和硅烷反應(yīng) 制得的納米粒子分散液；所述離子型共聚物由單體A、單體B、單體C、單體D反應(yīng)制得，其分 子量為50000~80000 ; 單體A為含磺酸根的乙烯基類單體，其結(jié)構(gòu)式如式（I)所示：
其中，&為 H 或-CH 3;X 丨為-CH 2_、-C6H4-、-C (O) NHC (CH3) 2CH2- ;M 為 H、Na、K ; 單體B為含伯胺、仲胺或叔胺的單體，其結(jié)構(gòu)式如式（II)或式（III)所示：
其中，R2SH 或-CH3;r3、R4SH或 Cl ~C5 的烷基；R5SH 或 CH3;r6、R7SH 或 Cl ~ C5的烷基；η為1~3的整數(shù)。 單體C為含雙鍵的聚醚大單體，其結(jié)構(gòu)式如式（IV )所示：
其中，R8Sh 或-CH3;R9SH 或 Cl ~C3 的烷基；χ2為-c(o)-、-ch2-、-ch2ch2-、-och 2ch2 -、-OCH2CH2CH2CH2-或-C 6H4- ;m為聚氧乙烯的平均加成摩爾數(shù)，m為25