[发明专利]一种高强环保高效减水剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土外加剂，具体地讲是一种高强环保高效减水剂，以及所述高强环保高效减水剂的制备方法。

背景技术

混凝土材料在建筑施工中已得到越来越广泛的使用，它的开发与应用促进了建材技术的发展，已成为现在建筑工程中必不可缺的关键性材料。现代混凝土以外加剂的普遍使用为特征，外加剂的广泛应用是现代混凝土工程的重要标志。

混凝土是非常复杂的系统，甚至不同性能之间是相互矛盾的，外加剂通过改变拌和物影响了混凝土的质量，对外加剂来说，产品自身的配方和工艺是相当重要的，是混凝土在使用时展现优良性能的关键所在。

近年来，我国高性能混凝土和泵送混凝土被广泛推广应用，不但提高了施工速度，减少了混凝土施工对环境的噪音污染，大大地延长了混凝土的使用寿命，而且还可大量利用各种工业固体废弃物，有利于环境保护。随着高性能混凝土和泵送混凝土的快速发展，高效减水剂的使用量也越来越大。因此，研究开发低掺量、低成本、合成工艺简单、无环境污染的新型高效减水剂，不但符合国家产业政策，而且也是混凝土行业的重点发展方向之一。作为混凝土材料中最重要成分的水泥，由于细度和反应条件的限制，水泥的活性在混凝土中不能充分发挥，在水泥水化时，水泥粒子表面被含水硅酸盐和含水铁酸盐的胶状沉淀所包围，成为一层保护薄膜，使水份难于进入颗粒内部，阻碍水化作用继续进行，在标准条件下养护二十八天的水泥各个矿物组成的水化部分仅占11％～84％，平均计算活性利用仅占50％左右。在大量使用时约有20～30％的部分是没有正常发挥功效的，这部分只能起到填充作用的水泥是混凝土结构中最大的浪费。水泥行业是一个传统的高能耗高污染行业，因此，尽可能完全地利用水泥潜在活性，减少每方混凝土的水泥用量，无论在理论或实践上都是有很大意义的课题。开发一种能节约水泥的外加剂更是具有实际意义。

此外，由于技术、经济和环境等方面的原因，在混凝土中掺用粉煤灰已经是很普通的事情。在结构混凝土中粉煤灰取代水泥的允许范围为15～30％，在非结构用的低强度混凝土(例如用于公路底基层的混凝土)中，以更高比例的粉煤灰取代水泥也是可行的。一般认为，就技术上的原因来说，粉煤灰在混凝土中可起三种作用：第一是对普通水泥水化机理和水化动力学的化学影响。开始是减缓C3A(铝酸三钙)的活性，加快C3S(硅酸三钙)水化的进行，后期则是加快C3A(铝酸三钙)本身的反应。第二，在初期的塑性状态和水化过程中，对水泥水化物微观结构的物理影响。粉煤灰混凝土泌水量的减少可以改善骨料、浆体间的界面粘结。此外，需水量的减少可以改善水化物的结构因水泥颗粒的更均匀水化而使得水化物的结构更加密实。第三，在一定时间之后由于粉煤灰产生的火山灰效应胶结料增多，因而对混凝土的强度持续增长作出了贡献。

就经济因素来说由于粉煤灰的价格比水泥低得多以及国家对利用粉煤灰在政策上的奖励与扶持在混凝土中使用粉煤灰一般能够取得很好的经济效益。但，另一方面，当以取代水泥为目的而在混凝土中使用粉煤灰时，一个明显的缺点是会降低混凝土的早期强度增长速度，掺量高时尤为显著。因此，在混凝土中掺用粉煤灰时常常需要采取相应的技术措施来克服这一不足。例如掺加早强剂、减水剂或者能够激发粉煤灰活性的其它材料等。

因此，需要开发一种混凝土高效减水剂，其不仅能够克服上述掺用粉煤灰的缺点，还能够提高混凝土使用时的质量和性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强环保高效减水剂，掺用该高效减水剂的混凝土可有效地节约单位混凝土的水泥用量。

因此，在第一个方面，本发明提供了一种制备环保减水剂的方法(下面简称为“本发明的方法”)，包括以下步骤：

1)磺化：向反应器中，在搅拌状态下加入萘和浓硫酸，160～165℃反应2～3小时，萘与浓硫酸按摩尔比计为1∶1.3～1.5；

2)水解：向反应器中的反应液中加入水并搅拌，控制酸度为25～27.5％；

3)缩合：以甲醛与萘的摩尔比为0.7～1.5∶1的比例向上述反应液中加入甲醛，在100～115℃反应3～5小时；

4)中和：向步骤3)获得的反应液中加碱中和，控制pH为7～9，得到液体萘系减水剂母液；

5)复合：在所得萘系减水剂母液基础上复合缓凝组份、引气组份、混凝土增强组份和活性激发组分中的至少一种，即得到环保减水剂。

在本发明的方法的一个优选实施方案中，萘为含量95重量％以上级别的工业萘。

在本发明的方法的一个优选实施方案中，浓硫酸浓度为98重量％以上。