混凝土引气剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种混凝土引气剂及其制备方法和应用，所述引气剂具有式I所示的结构，其中，R1、R2和R3相同或不同，各自独立地为H或具有式II所示结构的基团，R1、R2和R3不同时为H，式II中，R11为具有1‑10个碳原子的亚烷基；R12和R13相同或不同，各自独立地为羟基取代的具有1‑10个碳原子的烷基。该引气剂应用到混凝土中，引入的气泡结构合适，分布均匀稳定，孔径大小合适，具有良好的引气和稳泡性能，能显著改善水泥及混凝土的施工和易性。

Air entraining agent for concrete and its preparation method and Application

The present invention provides a concrete air entraining agent and its preparation method and application. The air entraining agent has the structure shown in Formula I, in which R1, R2 and R3 are identical or different, independently of H or group with the structure shown in Formula II, R1, R2 and R3 are different from H at the same time, and in Form II, R11 is alkylene with 1 10 carbon atoms; and R12 and R13 are identical or different, respectively, taking hydroxyl groups independently. The alkyl group of the second generation has 1 10 carbon atoms. The air entraining agent is applied to concrete. The air entraining agent has proper structure, uniform and stable distribution, appropriate pore size, good air entrainment and foam stabilization performance, and can significantly improve the construction and workability of cement and concrete.

【技术实现步骤摘要】
混凝土引气剂及其制备方法和应用
本专利技术属于混凝土外加剂
，涉及一种混凝土引气剂及其制备方法和应用。
技术介绍
引气剂作为混凝土建筑材料中的外加剂，可以提高混凝土的工作性、粘结性、抗冻融性和耐久性等，已被证实是减小混凝土冰冻劣化的一个有效办法。目前的引气剂种类比较单一，性能良莠不齐导致应用不广泛。而当今的大多数混凝土工程往往又需要加入高性能的、优异的引气剂来改善冻融循环、耐久性等问题。我国于20世纪50年代开始进行引气剂的研究与开发，性能优良的引气剂的研究和应用是我国混凝土及外加剂发展的需要和必然。聚羧酸减水剂用引气剂和萘系减水剂用引气剂常常不能混用，在混凝土中如果添加的引气剂不合理，将难以达到预期的效果，并且还会影响混凝土原有的优良性能，带来未知的安全风险。我国在引气剂领域的研究有限，对开发一种新型的、工作性能优良的引气剂的实验探究较少，因此，新的引气剂产品的开发对改变目前我国引气剂的现状具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新的混凝土引气剂，该引气剂可以在混凝土的搅拌过程中引入大量均匀、稳定、微小的气泡，并且在混凝土硬化过程中保持完整，具有良好的引气和稳泡性能，能够显著改善混凝土的和易性。根据本专利技术的一个方面，提供了一种混凝土引气剂，其具有式I所示的结构：其中，R1、R2和R3相同或不同，各自独立地为H或具有式II所示结构的基团，R1、R2和R3不同时为H，其中，R11为具有1-10个碳原子的亚烷基；R12和R13相同或不同，各自独立地为羟基取代的具有1-10个碳原子的烷基。根据本专利技术的优选实施方式，R11为具有1-8个碳原子的亚烷基，优选为具有1-6个碳原子的亚烷基，更优选为具有1-4个碳原子的亚烷基，最优选为亚甲基、亚乙基或亚丙基；R12和R13相同或不同，各自独立地为羟基取代的具有1-8个碳原子的烷基，优选为羟基取代的具有1-6个碳原子的烷基，更优选为羟基取代的具有1-4个碳原子的烷基。优选地，所述“羟基取代”为“单羟基取代”。所述羟基取代的具有1-4个碳原子的烷基的实例包括但不限于，甲醇基(-CH2OH)、乙醇基(包括-CH2CH2OH和-CH(CH3)OH)、丙醇基(包括-CH2CH2CH2OH、-C(CH3)2OH和-CH(CH3)CH2OH)或丁醇基(包括-CH2CH2CH2CH2OH、-CH2CH(CH3)CH2OH和-CH(CH3)CH2CH2OH)。根据本专利技术的优选实施方式，R1、R2和R3相同或不同，各自独立地为具有式II所示结构的基团，式II中，R11为亚乙基，R12和R13相同或不同，各自独立地选自羟基取代的乙基或羟基取代的丙基，优选地，R12和R13不同，其中的一个为羟基取代的乙基(如，-CH2CH2OH)、另一个为羟基取代的丙基(如，-C(CH3)2OH)。本专利技术还提供了一种混凝土引气剂的制备方法，包括：步骤S1、提供松香并进行熔化处理，然后将熔化的松香与马来酸酐在催化剂的存在下进行接触反应，得到反应物A；步骤S2、将式III所示的化合物、碱和水混合得到混合物B；步骤S3、将反应物A和混合物B接触反应，得到所述引气剂；式III中，R21、R12和R13相同或不同，各自独立地为羟基取代的具有1-10个碳原子的烷基、优选为羟基取代的具有1-8个碳原子的烷基，优选为羟基取代的具有1-6个碳原子的烷基，更优选为羟基取代的具有1-4个碳原子的烷基。优选地，所述“羟基取代”为“单羟基取代”。根据本专利技术的优选实施方式，在所述制备方法中，以重量份计，各组分的用量为：松香80-120重量份，马来酸酐10-35重量份，催化剂0.5-1.5重量份，式III所示的化合物15-35重量份，碱5-30重量份，水150-200重量份。在所述制备方法中，以重量份计，所述松香的用量可以为80重量份、90重量份、100重量份、110重量份、120重量份或它们之间的任意值；所述马来酸酐的用量可以为10重量份、15重量份、20重量份、25重量份、30重量份、35重量份以及它们之间的任意值；所述催化剂的用量可以为0.5重量份、0.7重量份、0.9重量份、1.1重量份、1.3重量份、1.5重量份以及它们之间的任意值；所述式III所示的化合物的用量可以为10重量份、15重量份、20重量份、25重量份、30重量份、35重量份以及它们之间的任意值；所述碱的用量可以为5重量份、10重量份、15重量份、20重量份、25重量份、30重量份以及它们之间的任意值；所述水的用量可以为150重量份、160重量份、170重量份、180重量份、190重量份、200重量份以及它们之间的任意值。在本专利技术的一个优选实施方式中，在所述制备方法中，以重量份计，各组分的用量为：松香100重量份，马来酸酐20重量份，硫酸1重量份，式III所示的化合物25重量份，碱15重量份，水165-168重量份。根据本专利技术的优选实施方式，所述松香可以为特级松香、一级松香、二级松香、三级松香、四级松香、五级松香中的一种或多种，优选为特级和/或一级松香。根据本专利技术的优选实施方式，在步骤S1中，所述催化剂为硫酸、磷钨酸、SO42-/ZrO2、SO42-/Fe2O3和Al2O3/SO42-中的一种或多种，优选为硫酸或磷钨酸，硫酸的质量浓度优选为98％以上，优选为99.96％以上的浓硫酸。本申请的专利技术人研究发现，使用上述浓度的硫酸制得的引气剂成分更稳定，与混凝土的适应性好。根据本专利技术的优选实施方式，所述碱为强碱，选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或多种。根据本专利技术的优选实施方式，步骤S1中，熔化处理包括将松香加热至130-150℃使其熔化。根据本专利技术的优选实施方式，所述步骤S1中，接触反应的条件包括：反应温度140-180℃，反应时间200-300min。根据本专利技术的优选实施方式，所述步骤S3中，接触反应的条件包括：反应温度80-100℃，反应时间100-150min。本专利技术还提供了上述引气剂在混凝土建筑材料中的应用。优选地，所述引气剂的添加量为混凝土中胶凝材料的0.003wt％-0.01wt％。本专利技术提供了一种新的应用于萘系减水剂的引气剂，该混凝土引气剂应用到混凝土中，引入的气泡结构合适，分布均匀稳定，孔径大小合适，能显著改善水泥及混凝土的和易性和耐久性，该引气剂制备方法简单，便于操作和控制，使用原材料经济易得，所得产品稳定易储存。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术并不受下述实施例限定。在以下实施例中如无特殊说明，松香为一级松香。本专利技术实施例中二乙醇单异丙醇胺的结构式如下：实施例1一种混凝土引气剂，由以下重量份的原料制成：松香100份，马来酸酐20份，硫酸1份，三乙醇胺25份，氢氧化钠15份，水166.7份，其中硫酸为质量浓度为99.96％的浓硫酸。所述的混凝土引气剂的制备方法如下：将松香加入到反应釜中，升温至141℃，松香熔化后加入浓硫酸和马来酸酐，升温至160℃，搅拌反应240min，再缓慢加入三乙醇胺、氢氧化钠和水的混合溶液，在95℃下搅拌反应120min，得到混凝土引气剂。实施例2一种混凝土引气剂，由以下重量份的原料制成：松香94份，马来酸酐20份，硫酸0.8份，三乙醇胺22.5份，氢氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土引气剂，其具有式I所示的结构：

【技术特征摘要】
1.一种混凝土引气剂，其具有式I所示的结构：其中，R1、R2和R3相同或不同，各自独立地为H或具有式II所示结构的基团，R1、R2和R3不同时为H，其中，R11为具有1-10个碳原子的亚烷基；R12和R13相同或不同，各自独立地为羟基取代的具有1-10个碳原子的烷基。2.根据权利要求1所述的引气剂，其特征在于，R11为具有1-8个碳原子的亚烷基，优选为具有1-6个碳原子的亚烷基，更优选为具有1-4个碳原子的亚烷基，最优选为亚甲基、亚乙基或亚丙基；R12和R13相同或不同，各自独立地为羟基取代的具有1-8个碳原子的烷基，优选为羟基取代的具有1-6个碳原子的烷基，更优选为羟基取代的具有1-4个碳原子的烷基，最优选为羟基取代的甲基、羟基取代的乙基或羟基取代的丙基。3.一种混凝土引气剂的制备方法，包括：步骤S1、提供松香并进行熔化处理，然后将熔化的松香与马来酸酐在催化剂的存在下进行接触反应，得到反应物A；步骤S2、将式III所示的化合物、碱和水混合得到混合物B；步骤S3、将反应物A和混合物B接触反应，得到所述引气剂；式III中，R21、R12和R13相同或不同，各自独立地为羟基取代的具有1-10个碳原子的烷基，优选为羟基取代的具有1-8个碳原子的烷基，优选为羟基取代的具有1-6个碳原子的烷基，更优选为羟基取代的具有1-4个碳原子的烷基。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋民，张明，白亚飞，杨国武，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11