阅读说明：本技术 一种聚羧酸系混凝土引气剂及其制备方法 (Polycarboxylic acid series concrete air entraining agent and preparation method thereof ) 是由 黄永毅 康净鑫 陈吓敏 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种聚羧酸系混凝土引气剂及其制备方法,其pH为5-6,固含量为10-20％,且原料包括如下组分：TPEG、不饱和磺酸盐、衣康酸或马来酸酐、丙烯酸、马来酸酐二甲酯、引发剂、维生素C、液碱和去离子水。本发明通过分子结构设计,采用自由基聚合直接合成聚羧酸型混凝土引气剂,在分子内引入适当的磺酸基,羧基和酯基,从而改变引气效果,进而改善混凝土的和易性。(The invention discloses a polycarboxylic concrete air entraining agent and a preparation method thereof, wherein the pH value is 5-6, the solid content is 10-20%, and the raw materials comprise the following components: TPEG, unsaturated sulfonate, itaconic acid or maleic anhydride, acrylic acid, dimethyl maleic anhydride, an initiator, vitamin C, liquid alkali and deionized water. The invention directly synthesizes the polycarboxylic acid type concrete air entraining agent by adopting free radical polymerization through molecular structure design, and introduces proper sulfonic group, carboxyl group and ester group into molecules, thereby changing the air entraining effect and further improving the workability of concrete.)

一种聚羧酸系混凝土引气剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑外加剂技术领域，具体涉及一种聚羧酸系混凝土引气剂及其制备方法。

背景技术

混凝土引气剂是一种通过引入气泡来改善混凝土拌合物的和易性和混凝土抗冻融耐性的特殊外加剂。现有引气剂主要包括松香树脂类、烷基和烷基芳烃磺酸类、脂肪醇磺酸盐类、皂苷类以及蛋白质盐、石油磺盐酸等，其中最常用的混凝土引气剂主要是三萜皂甙和十二烷基苯磺酸钠。这些现有的引气剂虽然能够勉强满足现有的技术要求，但仍然存在引入气泡结构不合理、分布不均匀、气泡稳定性差、大小不合适等不足，提高新拌混凝土的和易性的效果仍然十分有限，泌水率仍然过高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种聚羧酸系混凝土引气剂。

本发明的另一目的在于提供上述聚羧酸系混凝土引气剂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种聚羧酸系混凝土引气剂，其pH为5-6，固含量为10-20％，且原料包括如下重量份的组分：

上述不饱和磺酸盐2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、α-烯烃磺酸钠(AOS)、甲基丙烯磺酸钠和甲基烯丙基磺酸钠中的至少一种。

在本发明的一个优选实施方案中，所述TPEG的结构式为CH₂＝C(CH₃)CH₂CH₂O(CH₂CH₂O)_nH，n为正整数，且TPEG的数均分子量为2300-2500。

在本发明的一个优选实施方案中，所述不饱和磺酸盐由甲基烯丙基磺酸钠和α-烯烃磺酸钠组成。

进一步优选的，所述甲基烯丙基磺酸钠和α-烯烃磺酸钠的质量比为2-4∶1。

在本发明的一个优选实施方案中，所述不饱和磺酸盐为α-烯烃磺酸钠。

在本发明的一个优选实施方案中，所述不饱和磺酸盐由2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸钠和α-烯烃磺酸钠组成。

进一步优选的，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸钠和α-烯烃磺酸钠的质量比为4∶5∶0.5。

在本发明的一个优选实施方案中，所述引发剂为过硫酸铵。

在本发明的一个优选实施方案中，所述液碱为氢氧化钠溶液。

上述聚羧酸系混凝土引气剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将TPEG、不饱和磺酸盐、衣康酸或马来酸酐和适量去离子水加入反应釜中，不断搅拌的同时升温至37-43℃，再一次性加入引发剂混合均匀；

(2)在1-4h内分别向步骤(1)所得的物料中滴加完丙烯酸和马来酸酐二甲酯的混合水溶液以及维生素C水溶液，滴加完毕后于27-43℃保温反应1-2h；

(3)想步骤(2)所得的物料中加入液碱，调节pH至5-6，即得所述聚羧酸系混凝土引气剂。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过分子结构设计，采用自由基聚合直接合成聚羧酸型混凝土引气剂，在分子内引入适当的磺酸基，羧基和酯基，从而改变引气效果，进而改善混凝土的和易性。

2、本发明的引气剂的分子结构与聚羧酸减水剂相近，与聚羧酸减水剂具有较好的相容性，能够有效提高复配效率及外加剂产品的均一性。

3、本发明采用常压生产，设备要求低，操作方便，有利于工业化生产。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

下述实施例中的TPEG的结构式为CH₂＝C(CH₃)CH₂CH₂O(CH₂CH₂O)_nH，n为正整数，且TPEG的数均分子量为2300-2500。

实施例1

(1)将35g TPEG、4g甲基烯丙基磺酸钠、1g AOS和适量去离子水加入反应釜中，不断搅拌的同时升温至27-33℃，待温度稳定后，再一次性加入1g过硫酸铵，混合均匀；

(2)于27-33℃保温的条件下，在1-4h内分别向步骤(1)所得的物料中滴加完丙烯酸和马来酸酐二甲酯的混合水溶液(含丙烯酸14g和马来酸酐二甲酯7g)以及维生素C水溶液(含维生素C 0.5g)，滴加完毕后于27-33℃保温反应1-2h；

(3)想步骤(2)所得的物料中加入氢氧化钠溶液，调节pH至5-6，即得所述聚羧酸系混凝土引气剂Y-1。

实施例2

(1)将30g TPEG、2g甲基烯丙基磺酸钠、1g AOS、5g衣康酸和适量去离子水加入反应釜中，不断搅拌的同时升温至27-33℃，待温度稳定后，再一次性加入1g过硫酸铵，混合均匀；

(2)于27-33℃保温的条件下，在1-4h内分别向步骤(1)所得的物料中滴加完丙烯酸和马来酸酐二甲酯的混合水溶液(含丙烯酸14g和马来酸酐二甲酯6g)以及维生素C水溶液(含维生素C 0.5g)，滴加完毕后于27-33℃保温反应1-2h；

(3)想步骤(2)所得的物料中加入氢氧化钠溶液，调节pH至5-6，即得所述聚羧酸系混凝土引气剂Y-2。

实施例3

(1)将30g TPEG、3g甲基烯丙基磺酸钠、2g AOS、5g马来酸酐和适量去离子水加入反应釜中，不断搅拌的同时升温至27-33℃，待温度稳定后，再一次性加入1g过硫酸铵，混合均匀；

(2)于27-33℃保温的条件下，在1-4h内分别向步骤(1)所得的物料中滴加完丙烯酸和马来酸酐二甲酯的混合水溶液(含丙烯酸14g和马来酸酐二甲酯6g)以及维生素C水溶液(含维生素C 0.5g)，滴加完毕后于27-33℃保温反应1-2h；

(3)想步骤(2)所得的物料中加入氢氧化钠溶液，调节pH至5-6，即得所述聚羧酸系混凝土引气剂Y-3。

实施例4

(1)将40g TPEG、2.5g AOS、8g马来酸酐和适量去离子水加入反应釜中，不断搅拌的同时升温至27-33℃，待温度稳定后，再一次性加入1g过硫酸铵，混合均匀；

(2)于27-33℃保温的条件下，在1-4h内分别向步骤(1)所得的物料中滴加完丙烯酸和马来酸酐二甲酯的混合水溶液(含丙烯酸15g和马来酸酐二甲酯5g)以及维生素C水溶液(含维生素C 0.5g)，滴加完毕后于27-33℃保温反应1-2h；

(3)想步骤(2)所得的物料中加入氢氧化钠溶液，调节pH至5-6，即得所述聚羧酸系混凝土引气剂Y-4。

实施例4

(1)将40g TPEG、4g AMPS、5g甲基丙烯磺酸钠、0.5g AOS和适量去离子水加入反应釜中，不断搅拌的同时升温至37-43℃，待温度稳定后，再一次性加入0.7g过硫酸铵，混合均匀；

(2)于37-43℃保温的条件下，在1-4h内分别向步骤(1)所得的物料中滴加完丙烯酸和马来酸酐二甲酯的混合水溶液(含丙烯酸15g和马来酸酐二甲酯5g)以及维生素C水溶液(含维生素C 0.3g)，滴加完毕后于37-43℃保温反应1-2h；

(3)想步骤(2)所得的物料中加入氢氧化钠溶液，调节pH至5-6，即得所述聚羧酸系混凝土引气剂Y-5。

对比例

本发明实施例1-5所述的聚羧酸系混凝土引气剂、三萜皂甙和SDBS(十二烷基苯磺酸钠)的应用测试效果如表1所示，本对比例中的混凝土强度等级为C30砼和C30水下桩砼：C30砼，胶凝材料总量为340kg/m³，所用水泥为P.O.42.5级水泥，粉煤灰为II级灰，矿粉为S95级别，砂细度模数2.7，粗骨料为5～25mm的碎石，水胶比为0.51，砂率为43.0％，采用市售聚羧酸减水剂(折固掺量0.16-0.18％)，引气剂占外加剂的折固比例均为0.006％-0.023％；实验按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》进行拌和物的和易性试验和泌水试验。

表1混凝土拌合物性能实验数据

参考GB8076-2008对实施例1至5所制得的聚羧酸系混凝土引气剂进行检测。实验结果如表2所示。

表2引气剂主要性能指标

以上结果表明，本发明的聚羧酸系混凝土引气剂应用于混凝土拌合物中，表现出优异的保水性能和稳泡性能，且对混凝土的抗压强度没有影响，符合国标要求。而且本发明反应条件适宜，工艺简洁，环保高效，适用于规模化工业生产方法。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。