本发明涉及建筑材料外加剂技术领域，具体是一种早强聚羧酸型减水剂及其制备方法和应用。
背景技术：
聚羧酸系减水剂与传统萘系、三聚氰胺系等减水剂相比由于具有掺量低、减水率高、水泥适应性好等优点，逐渐成为研究与应用广泛的新一代减水剂。随着我国核电、水利、桥梁、隧道等大型基础设施的兴起，尤其是国家铁路客运专线网工程的规划实施，对聚羧酸系减水剂的市场需求持续增长。目前普通的聚羧酸系减水剂有一定的缓凝作用，早期强度发展缓慢，混凝土1d抗压强度仅能达到设计强度的20～30％，尤其是在低温或使用大掺量矿物掺合料的情况下，早期强度更低，大大限制了其应用范围。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种减水率高、凝结时间短、混凝土含气量低、早期强度高的早强聚羧酸型减水剂及其制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种早强聚羧酸型减水剂，由以下按照重量份的原料组成：聚甲基丙烯酸40-48份、聚硅硫酸锌12-20份、聚丙烯酰胺8-16份、碳酸镁3-10份、多乙烯多胺16-24份。
作为本发明进一步的方案：所述早强聚羧酸型减水剂，由以下按照重量份的原料组成：聚甲基丙烯酸42-46份、聚硅硫酸锌14-18份、聚丙烯酰胺10-14份、碳酸镁5-8份、多乙烯多胺18-22份。
作为本发明进一步的方案：所述早强聚羧酸型减水剂，由以下按照重量份的原料组成：聚甲基丙烯酸44份、聚硅硫酸锌16份、聚丙烯酰胺12份、碳酸镁7份、多乙烯多胺20份。
所述早强聚羧酸型减水剂的制备方法，由以下步骤组成：
1)将多乙烯多胺与体积浓度为75％的乙醇溶液混合，多乙烯多胺与乙醇溶液的质量比为1∶8-10；制得多乙烯多胺溶液；
2)将聚甲基丙烯酸与多乙烯多胺溶液混合，加热至55-60℃，并在该温度下搅拌处理30-40min，再在10min的时间中升温至70-75℃，然后加入聚硅硫酸锌与碳酸镁，再在70-75℃下搅拌15-20min，再在10min的时间中升温至80-85℃，然后加入聚丙烯酰胺，并在80-85℃下搅拌40-50min，然后降至55-60℃，并加热搅拌20-30min，降至室温即得早强聚羧酸型减水剂。
所述早强聚羧酸型减水剂在水泥混凝土外加剂中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在各原料的共同作用下，以及采用上述制备方法制得的减水剂具有减水率高、凝结时间短、混凝土含气量低、早期强度高等优点，用于预制水泥混凝土时，可以显著提高水泥混凝土早期强度，从而提早脱模，提高生产效率，降低预制水泥混凝土生产能耗。本发明减水剂中各种早强组分协同效果优异，适用温度较低，可在温度高于-5℃的条件下使用；各种组分间相容性较好，可确保减水剂较长时间储存均匀稳定。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种早强聚羧酸型减水剂，由以下按照重量份的原料组成：聚甲基丙烯酸40份、聚硅硫酸锌12份、聚丙烯酰胺8份、碳酸镁3份、多乙烯多胺16份。
将多乙烯多胺与体积浓度为75％的乙醇溶液混合，多乙烯多胺与乙醇溶液的质量比为1∶8；制得多乙烯多胺溶液。将聚甲基丙烯酸与多乙烯多胺溶液混合，加热至55℃，并在该温度下搅拌处理30min，再在10min的时间中升温至70℃，然后加入聚硅硫酸锌与碳酸镁，再在70℃下搅拌15min，再在10min的时间中升温至80℃，然后加入聚丙烯酰胺，并在80℃下搅拌40min，然后降至55℃，并加热搅拌20min，降至室温即得早强聚羧酸型减水剂。
实施例2
本发明实施例中，一种早强聚羧酸型减水剂，由以下按照重量份的原料组成：聚甲基丙烯酸48份、聚硅硫酸锌20份、聚丙烯酰胺16份、碳酸镁10份、多乙烯多胺24份。
将多乙烯多胺与体积浓度为75％的乙醇溶液混合，多乙烯多胺与乙醇溶液的质量比为1∶10；制得多乙烯多胺溶液。将聚甲基丙烯酸与多乙烯多胺溶液混合，加热至60℃，并在该温度下搅拌处理40min，再在10min的时间中升温至75℃，然后加入聚硅硫酸锌与碳酸镁，再在75℃下搅拌20min，再在10min的时间中升温至85℃，然后加入聚丙烯酰胺，并在85℃下搅拌50min，然后降至60℃，并加热搅拌30min，降至室温即得早强聚羧酸型减水剂。
实施例3
本发明实施例中，一种早强聚羧酸型减水剂，由以下按照重量份的原料组成：聚甲基丙烯酸42份、聚硅硫酸锌14份、聚丙烯酰胺10份、碳酸镁5份、多乙烯多胺18份。
将多乙烯多胺与体积浓度为75％的乙醇溶液混合，多乙烯多胺与乙醇溶液的质量比为1∶9；制得多乙烯多胺溶液。将聚甲基丙烯酸与多乙烯多胺溶液混合，加热至58℃，并在该温度下搅拌处理35min，再在10min的时间中升温至72℃，然后加入聚硅硫酸锌与碳酸镁，再在72℃下搅拌18min，再在10min的时间中升温至82℃，然后加入聚丙烯酰胺，并在82℃下搅拌45min，然后降至58℃，并加热搅拌25min，降至室温即得早强聚羧酸型减水剂。
实施例4
本发明实施例中，一种早强聚羧酸型减水剂，由以下按照重量份的原料组成：聚甲基丙烯酸42-46份、聚硅硫酸锌14-18份、聚丙烯酰胺10-14份、碳酸镁5-8份、多乙烯多胺18-22份。
将多乙烯多胺与体积浓度为75％的乙醇溶液混合，多乙烯多胺与乙醇溶液的质量比为1∶9；制得多乙烯多胺溶液。将聚甲基丙烯酸与多乙烯多胺溶液混合，加热至58℃，并在该温度下搅拌处理35min，再在10min的时间中升温至72℃，然后加入聚硅硫酸锌与碳酸镁，再在72℃下搅拌18min，再在10min的时间中升温至82℃，然后加入聚丙烯酰胺，并在82℃下搅拌45min，然后降至58℃，并加热搅拌25min，降至室温即得早强聚羧酸型减水剂。
实施例5
本发明实施例中，一种早强聚羧酸型减水剂，由以下按照重量份的原料组成：聚甲基丙烯酸44份、聚硅硫酸锌16份、聚丙烯酰胺12份、碳酸镁7份、多乙烯多胺20份。
将多乙烯多胺与体积浓度为75％的乙醇溶液混合，多乙烯多胺与乙醇溶液的质量比为1∶9；制得多乙烯多胺溶液。将聚甲基丙烯酸与多乙烯多胺溶液混合，加热至58℃，并在该温度下搅拌处理35min，再在10min的时间中升温至72℃，然后加入聚硅硫酸锌与碳酸镁，再在72℃下搅拌18min，再在10min的时间中升温至82℃，然后加入聚丙烯酰胺，并在82℃下搅拌45min，然后降至58℃，并加热搅拌25min，降至室温即得早强聚羧酸型减水剂。
对比例1
除不含有聚硅硫酸锌外，其配方及制备过程与实施例5一致。
对比文件2
仅含有聚甲基丙烯酸与聚硅硫酸锌，其配方及制备过程与实施例5一致。
将实施例1-5和比较例1-2得到的减水剂进行各项性能对比
1、水泥净浆流动度及其保持性能
水泥净浆流动度及流动度经时损失按照GB/8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。采用亚东P.0.42.5R水泥，W/C＝0.29。试验结果如表1所示。
表1水泥净浆流动度及其保持性能
从表1可以看出，采用本发明方法制备的早强聚羧酸型减水剂的流动性以及流动度保持效果均在各组分的共同作用下有较大提升。
2、早强聚羧酸型减水剂技术指标
将实施例1-5制备的早强聚羧酸型减水剂以及对比例1-2得到的减水剂按2％的掺量掺入同批次混凝土中，按照相关国家标准分别进行检测。
减水率、泌水率比、含气量、凝结时间差按照GB8076-2008《混凝土外加剂》进行测定和计算。混凝土试块制作、养护及检测等按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。试验结果如表2所示。
表2减水剂性能检测结果
由表2可以看出，本发明实施例中所述的早强聚羧酸型减水剂均符合GB8076-2008《混凝土外加剂》标准中关于早强型高性能减水剂的相关指标要求。与对比例1-2进行对比，本发明在各组分的共同作用下在减水率、抗压强度比、收缩率比等关键指标上面均有优势，本发明早强聚羧酸型减水剂使用效果优良，成本优势明显，值得大范围推广。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。