本发明涉及混凝土外加剂领域，更具体的说，它涉及一种高性能减水剂及其制备方法。
背景技术：
减水剂是目前研究和使用最广泛的一种混凝土外加剂，已成为混凝土除水泥、砂、石、水以外的第五种组成部分。减水剂是在混凝土坍落度基本相同和不影响和易性的条件下，具有减水、缓凝等效果的外加剂，也有增加混合物的流变性或节约水泥用量的作用。在工程中使用减水剂的主要目的是减少混凝土用水量，降低水灰比，节约单方水泥用量，并改善其和易性。
混凝土施工过程中，为了提高混凝土的密实性和强度，必须降低水灰比，但是水泥用量增大以及水灰比降低会使混凝土的粘度增大，流动性能变差。目前，为了解决混凝土强度与流动度之间矛盾最有效的途径是掺入高性能减水剂。高性能减水剂是提高混凝土强度、改善性能、节约水泥用量及节省能耗方面的有效措施，在保证混凝土强度的前提下，保证了混凝土的流动性能。
其中，聚羧酸减水剂是一种高性能减水剂，广泛应用于公路、桥梁、大坝、隧道、高层建筑等工程。聚羧酸类减水剂属于阴离子表面活性剂，其分子结构呈梳形，特点是在主链上带多个活性基团，并且极性较强；侧链带有亲水性的活性基团，并且链较长，数量多；疏水基的分子链段较短，数量较少。聚羧酸减水剂分子结构中主侧链长度对减水剂的分散性、分散保持性、水泥水化有重要的影响。
目前，聚羧酸减水剂的合成过程主要为，先通过酯化反应制备具有聚合活性的大单体，然后将一定配比的单体混合在一起，直接采用溶液聚合而得成品。但是在制备大单体的过程中，由于工艺条件难以控制等原因，酯化率难以控制，导致难以控制聚羧酸减水剂的分子量，如果聚羧酸减水剂的相对分子质量过大，聚合物的分散性能不好，如果相对分子质量过小，则聚合物维持坍落度的能力不高，缓凝时间较短，无法满足泵送施工及高强高性能混凝土的要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高性能减水剂，其酯化后的活性大单体保持相对稳定的酯化率，该种高性能减水剂对水泥的减水率较高。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高性能减水剂，按重量份数计，其原料包括：聚乙二醇20～30份、1，4，5，8-萘四甲酸酐15～19份、引发剂a2.5～5份、浓硫酸1～5份、(s)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸15～21份、分子量调节剂0.9～3份、引发剂b5～9份、去离子水60～80份、naoh固体颗粒1～3份。
通过采用上述技术方案，聚乙二醇首先与1，4，5，8-萘四甲酸酐发生酯化反应，生成活性大单体；之后生成的活性大单体与以后与(s)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸发生聚合反应，生成高性能减水剂。
优选的，所述聚乙二醇的分子量为8000～10000。
通过采用上述技术方案，通过控制聚乙二醇的分子量，调节制备得到的高性能减水剂的分子量。
优选的，所述引发剂a为4，4′-二羟基联苯、4-己基-1，3-苯二酚的混合物。
优选的，所述4，4′-二羟基联苯与4-己基-1，3-苯二酚的质量比为2∶3。
通过采用上述技术方案，4，4′-二羟基联苯与4-己基-1，3-苯二酚的复配使用，提高制备大分子单体的酯化率。
优选的，所述引发剂为b过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的混合物。
优选的，所述过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠的质量比1∶1∶1。
通过采用上述技术方案，硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠的复配使用，提高高性能减水剂的聚合度。
优选的，所述聚合步骤中分子量调节剂为十二烷硫醇、3-巯基乙酸、3-巯基丙酸中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，通过使用十二烷硫醇、3-巯基乙酸、3-巯基丙酸提高高性能减水剂的分子量。
本发明的另一目的在于提供上述所述高性能减水剂的制备方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的，一种高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤：
酯化：取聚乙二醇以及1，4，5，8-萘四甲酸酐，将聚乙二醇和1，4，5，8-萘四甲酸酐熔融后同时加入反应釜中，搅拌均匀后，充入氮气，同时加入引发剂a，升高反应釜温度250～300℃，均匀搅拌2～3h，后加入浓硫酸，继续升高反应釜温度300℃～330℃，均匀搅拌3～4h，待反应完成后，得到酯化后的大分子单体；
聚合：取制备得到的大分子单体、(s)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸、分子量调节剂均匀混合，得到混合物c；取引发剂b、去离子水均匀混合，得到混合物d；将反应釜升温至100～120℃，同时滴加混合物c以及混合物d，混合物c与混合物d在4～5h滴加完毕，保温2～2.5h；
中和：将聚合后的产物降温至55～60℃下，边搅拌边加入naoh固体颗粒，调节ph值为6-7，反应完成后，制备得到高性能减水剂。
通过采用上述技术方案，首先通过调节酯化步骤的反应参数，聚乙二醇与1，4，5，8-萘四甲酸酐的酯化反应过程中，使两者生成的大分子活性单体保证适当的酯化率；之后合成的大分子活性单体与(s)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸发生聚合反应，通过控制聚合反应的反应参数，制备得到高性能减水剂。
优选的，所述酯化过程中反应釜内通入氮气的流量为15～29m2/h。
通过采用上述技术方案，聚乙二醇与1，4，5，8-萘四甲酸酐的酯化反应过程中，通过控制通入反应釜内部的氮气流量，保证反应釜内部的压力恒定，使制备得到的高性能减水剂有良好的减水率。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、通过调节酯化反应生成的大分子单体的酯化率，保证大分子单体聚合的过程中生成的高性能减水剂有良好的减水性能。
2、制备得到的高性能减水剂分子链呈梳形结构，而且主链的短侧链长，主侧链上带有活性基团，通过空间位阻作用，使高性能减水剂具有良好的减水性能。
3、制备得到的高性能减水剂对水泥的保坍性能好，60min内坍落度基本不损失，可显著提高减水率和保持流动性。
具体实施方式
本发明实施例中所涉及的所有物质均为市售。
各实施例中所用到样品的规格如表1所示。
表1以下各实施例中所用到样品的规格
去离子水通过去离子水设备自制。
各实施例中所用的原料配比如表2所示。
表2各实施例中的组分含量
其中，实施例1至实施例4中，聚乙二醇的分子量为9000；实施例5至实施例6中，聚乙二醇的分子量为8000；实施例7至实施例8中，聚乙二醇的分子量为10000。
以上各实施例中的高性能减水剂的制备方法如下：
酯化：取聚乙二醇以及1，4，5，8-萘四甲酸酐，将聚乙二醇和1，4，5，8-萘四甲酸酐熔融后同时加入反应釜中，搅拌均匀后，充入氮气，氮气流量为s，同时加入引发剂a，升高反应釜温度t1，均匀搅拌t1，后加入浓硫酸，继续升高反应釜温度t2，均匀搅拌t2，待反应完成后，得到酯化后的大分子单体；
聚合：取制备得到的大分子单体、(s)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸、分子量调节剂均匀混合，得到混合物c；取引发剂b、去离子水均匀混合，得到混合物d；将反应釜升温至t3，同时滴加混合物c以及混合物d，混合物c与混合物d在t3滴加完毕，保温t4；
中和：将聚合后的产物降温至t4，边搅拌边加入naoh固体颗粒，调节ph值至中性，反应完成后，制备得到高性能减水剂。
各实施例中所用的工艺参数如表3所示。
表3各实施例中的工艺参数
以上各实施例制备的高性能减水剂所采用的评价指标及检测方法如下：
减水率：按照gb/t8077《混凝土外加剂均质性试验方法》，对高性能减水剂的减水率进行测定。
水泥净浆流动度：按照gb/t8077《混凝土外加剂均质性试验方法》，测定高性能减水剂的水泥净浆流动度。
抗压强度：取水泥、高性能减水剂制成标准试块，按照gb/t50010《混凝土结构设计规范》在第7天、第28天时测得的具有95％保证率的抗压强度。
坍落度和坍落度经时损失：按照gb/t50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的规范测量各实施例中制备得到的高性能减水剂出机时以及放置1h后的坍落度。
酯化率：准确称取反应物质量为m0，从中准确取出w1为0.5g左右的反应前混合物，置于250ml锥形瓶中，加入40ml去离子水和2-3滴酚酞，用0.1mol/lnaoh标准溶液测定，平行测定三次，消耗标准naoh溶液体积为v1ml；准确称取反应后反应物质量，并取出w1为0.5g左右的反应产物，平行滴定三次，消耗标准naoh溶液体积v2ml，计算酯化率，酯化率＝[v1×cnaoh(m0-3w1)×10-3]/w1。
以上各实施例的性能指标如表4所示。
表4各实施例制备的高性能减水剂的性能测试结果
从上述表中可以看出，本发明中制备得到的高性能减水剂具有良好的减水性能，满足高性能减水剂的施工规范要求。
对比例1-7
其中，对比例1与实施例1的区别在于聚乙二醇的分子量为1000。
对比例2与实施例1的区别在于聚乙二醇的分子量为100000。
对比例3与实施例1的区别在于酯化步骤中不加入引发剂a。
对比例4与实施例1的区别在于聚合步骤中不加入分子量调节剂。
对比例5与实施例1的区别在于酯化步中不通入氮气。
对比例6与实施例1的区别在于t1温度为200℃。
对比例7与实施例1的区别在于t2温度为250℃。
以上各对比例的性能指标如表5所示。
表5各对比例制备的减水剂的性能测试结果
从上表中可以看出，对比例1与对比例2中的聚乙二醇分子量分别为1000、10000。当聚乙二醇的分子量为1000时，合成的减水剂的相对分子质量过小，减水剂维持坍落度的能力不高，坍落损失值较大；当聚乙二醇的分子量为10000时，合成的减水剂的分散性能不好，减水性能较差。
对比例3不加入引发剂a，聚乙二醇与1，4，5，8-萘四甲酸酐的酯化反应过程中，反应较为缓慢，导致制备得到的大分子单体酯化率不高。对比例4中不加入分子量调节剂，酯化后的大分子单体与(s)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸的聚合反应过程中，聚合反应过程较为缓慢，无法有效地增加减水剂的分子量，造成制备得到的减水剂减水性能较差。
对比例5中不通入氮气，反应釜内部压力较低，聚乙二醇与1，4，5，8-萘四甲酸酐的酯化反应较为缓慢，制备得到的活性大分子单体的酯化率较低，导致生成的减水剂的减水性能较差。
对比例6与对比例7中的反应釜温度t1与t2降低，聚乙二醇与1，4，5，8-萘四甲酸酐的酯化反应过程较为缓慢，酯化过程中生成较多的副产物，导致制备得到的活性大分子单体的酯化率较低，导致生成的减水剂的减水性能较差。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。