CN113372499A - 一种混凝土抗腐蚀外加剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混凝土外加剂领域，具体涉及一种混凝土抗腐蚀外加剂及其制备方法。本发明在聚丙烯酸和聚苯乙烯嵌段中通过丙烯酰烷基胺引入合适的疏水长链，同时通过DMAPMA在聚合反应中提供的超支化作用，得到一种高分子量的聚合物。具体地，所述外加剂通过丙烯酰辛胺、聚丙烯酸和聚苯乙烯使用BPO‑DMAPMA作为引发剂聚合得到，所述外加剂作为混凝土外加剂使用时，具有减水、防腐蚀的效果。

Description

一种混凝土抗腐蚀外加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂领域，具体涉及一种混凝土抗腐蚀外加剂及其制备方法。
背景技术
混凝土有着制作工艺简便、价格低廉、物理化学性能稳定等优点，在土木工程行业得到了广泛的应用。混凝土需要在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力，其结构在规定的使用年限内以及各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可以接受的外观能力，这种能力称为混凝土的耐久性。
影响混凝土耐久性的原因有很多，其中使用环境作用在混凝土结构的全生命周期中其持续时间最长，对混凝土耐久性的影响最大，而侵蚀环境也必然成为引起混凝土结构破坏的主要原因。混凝土的侵蚀环境包括：碳化环境、冻融环境、氯离子侵蚀环境、硫酸盐侵蚀环境等。而硫酸盐和氯盐侵蚀最为复杂和特殊。
一种是提高混凝土的化学稳定性，采用高性能混凝土，从混凝土的内部组成进行改善；另一种方法是在混凝土表面使用防护涂层，以提高混凝土对各种腐蚀介质的综合抵抗能力。提高混凝土自身对腐蚀的抵抗能力是最重要、最根本的防护原则。
中国专利申请CN101244907A公开了一种聚羧酸系混凝土高效减水剂及其合成方法，其特征在于由(甲基)丙烯酸和聚乙二醇单甲醚加入催化剂合成聚乙二醇甲基丙烯酸单甲酯化物(MPEGMA)大分子单体，在引发剂和链转移剂作用下，再将MPEGMA大分子单体与其它(甲基)丙烯酸或(甲基)烯丙基磺酸钠单体接枝共聚，合成含有羧基、磺酸基和聚氧乙烯链侧链的二元或多元共聚物，合成制得的产品具有高减水率、低氯、低碱特点，以胶凝材料0.7～1.2wt％加入时，其水泥拌合物具有高流动性，良好和易性，可有效抑制坍落度损失。所述工艺简单，反应条件易控制，无环境污染，成本合理，可用作高性能混凝土、海工混凝土、核电站混凝土、防腐蚀混凝土的重要组份，广泛用于工业与民用建筑、水利、道路交通、核电工程领域。
中国专利申请CN107304239A公开了一种用于耐腐蚀混凝土的新型气密剂及其制备方法，主要水60-90份、乳化剂7-20份、功能单体5-10份、混合单体10-60份、引发剂2.2-7.5份制备而成；所述气密剂的优点在于：能有效阻挡携带腐蚀介质的环境水侵入混凝土内部，使混凝土均匀致密，孔隙率降低，毛细孔及连通孔数量减少，孔结构得到显著改善，且与水泥、外加剂适应性良好，在加入混凝土后对水泥水化、混凝土力学性能没有不良影响，抗拉强度提高；基于本发明气密剂的混凝土其耐腐蚀性能明显强于同强度等级下的普通混凝土，耐久性能及使用寿命得到大幅度提高。
中国专利申请CN109852186A公开了一种用于近海环境混凝土防腐蚀的氟碳涂料。提供一种用于混凝土防腐蚀的水性氟碳涂料，利用含氟丙烯酸乳液的耐候性、耐热性、耐腐蚀性及耐久性对混凝土进行长效保护，以水为分散介质，不含有机溶剂，符合绿色环保要求。所述含氟丙烯酸乳液的制备方法为：在装有冷凝管、温度计、氮气导管的四口烧瓶中加入OP-10/SDS复合乳化剂，pH调节剂NaHCO3和适量的去离子水，搅拌均匀；用恒压滴液漏斗逐滴加入一定比例的MAA、MMA、BA混合单体溶液，在3h内滴加完成。将预乳化好的单体取出一半后升温至70℃，并按照比例逐滴加入第一部分APS水溶液，当混合液呈现淡蓝色时，开始加入取出的预乳化好的单体和DFMA，与第二部分APS水溶液，控制乳液和引发剂的滴加速度，使体系保持淡蓝色并恒温1.5h；滴加完毕后，缓慢升温到80℃继续反应2h，将得到的淡蓝色乳液冷却降温，调节pH至7左右并过滤得到含氟丙烯酸乳液，密封备用。该混凝土防腐氟碳涂料具有优异的耐腐蚀、耐候、耐老化等性能，提高了涂层硬度，可增强对混凝土建筑的防护效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对氯离子侵蚀环境、硫酸盐侵蚀环境的混凝土防腐蚀外加剂。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种混凝土防腐蚀外加剂，由丙烯酰辛胺、聚丙烯酸和聚苯乙烯使用BPO-DMAPMA作为引发剂聚合得到。
进一步地，按重量份数计，丙烯酰辛胺10-20份、聚丙烯酸50-80份和聚苯乙烯30-50份。
进一步地，所述聚丙烯酸的重均分子量为1500-2000。
进一步地，所述聚苯乙烯的重均分子量为500-1000。
进一步地，所述外加剂的重均分子量为1000万-1500万。
一种所述外加剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚苯乙烯和乳化剂溶解有机溶剂中，形成油相；
S2：将聚丙烯酸和丙烯酰辛胺溶解溶解在水中，调节pH＝7-8，加入引发剂，形成水相；
S3：在搅拌下将水相滴加至油相，加热，聚合反应；
S4：反应完成后，经过沉淀、过滤、洗涤和干燥，即得所述外加剂。
进一步地，S1中，所述有机溶剂选自苯、氯苯、四氯化碳和二氯乙烷中的至少一种，用量为300-500份。
进一步地，S1中，所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基二苯醚二磺酸钠中的至少一种，用量为5-10份。
进一步地，S2中，所述所述引发剂中，按重量份数计，BPO：DMAPMA＝1:1-2，引发剂用量为3-5份。
进一步地，S2中，所述水的用量为300-500份，pH使用固体氢氧化钠调节。
进一步地，S3中，所述反应的温度为50-70℃，反应时间为4-6h。
进一步地，S4中，反应完成后，在反应体系中加入丙酮、甲醇和乙醇中的至少一种进行沉淀，使用丙酮、甲醇和乙醇中的至少一种进行洗涤。
本发明中所使用的术语“BPO”指的是过氧化二苯甲酰；“DMAPMA”指的是二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺。
本发明的优势在于：
1.在聚丙烯酸和聚苯乙烯嵌段中通过丙烯酰烷基胺引入合适的疏水长链，同时通过DMAPMA在聚合反应中提供的超支化作用，得到一种高分子量的聚合物，作为混凝土外加剂使用时，具有减水、抗渗防腐蚀的效果。
2.使用本发明的外加剂制备混凝土时，本发明的外加剂可以附着在混凝土表面，同时本发明外加剂的超支化结构可以拉近混能土可以之间的距离，是最终形成的混凝土更加致密，使孔隙数量减少、尺寸减小。而且由于具有合适疏水长链，当含有腐蚀性物质的水体接触使用本发明外加剂制备的混凝土时，使水体和混凝土接触的概率降低，降低水体的渗透性，从而降低了腐蚀性物质对混凝土的腐蚀与破坏。
具体实施方式
实施例1
一种混凝土防腐蚀外加剂，通过以下步骤制备
S1：将聚苯乙烯(重均分子量1500)30份和十二烷基硫酸钠10份溶解氯苯500份中，形成油相；
S2：将聚丙烯酸(重均分子量1000)80份和丙烯酰辛胺10份溶解在水300份中，使用固体氢氧化钠调节pH＝7，加入BPO：DMAPMA＝1:1(w/w)3份，形成水相；
S3：在搅拌下将水相滴加至油相，加热至60℃，聚合反应4h；
S4：反应完成后，加入丙酮进行沉淀、过滤、沉淀使用丙酮洗涤，干燥后，即得所述外加剂。检测得所述外加剂的重均分子量为1230万。
实施例2
一种混凝土防腐蚀外加剂，通过以下步骤制备
S1：将聚苯乙烯(重均分子量2000)50份和十二烷基二苯醚二磺酸钠5份溶解四氯化碳300份中，形成油相；
S2：将聚丙烯酸(重均分子量1000)50份和丙烯酰辛胺20份溶解溶解在水500份中，使用固体氢氧化钠调节pH＝8，加入BPO：DMAPMA＝1:2(w/w)5份，形成水相；
S3：在搅拌下将水相滴加至油相，加热至70℃，聚合反应6h；
S4：反应完成后，加入乙醇进行沉淀、过滤、沉淀使用丙酮洗涤，干燥后，即得所述外加剂。检测得所述外加剂的重均分子量为1480万。
实施例3
一种混凝土防腐蚀外加剂，通过以下步骤制备
S1：将聚苯乙烯(重均分子量2000)40份和十二烷基二苯醚二磺酸钠8份溶解四氯化碳500份中，形成油相；
S2：将聚丙烯酸(重均分子量500)70份和丙烯酰辛胺15份溶解溶解在水500份中，使用固体氢氧化钠调节pH＝7，加入BPO：DMAPMA＝1:1(w/w)3份，形成水相；
S3：在搅拌下将水相滴加至油相，加热至50℃，聚合反应6h；
S4：反应完成后，加入乙醇进行沉淀、过滤、沉淀使用丙酮洗涤，干燥后，即得所述外加剂。检测得所述外加剂的重均分子量为1360万。
对比例1
和实施例1的区别在于，将丙烯酰辛胺替换为丙烯酰十六烷基胺。
对比例2
和实施例1的区别在于，将DMAPMA替换为DMAEMA(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)。
对比例3
和实施例1的区别在于，聚苯乙烯用量为80份，聚丙烯酸用量为30份。
对比例4
和实施例1的区别在于，聚丙烯酸的重均分子量为5000-7000，聚苯乙烯的重均分子量为4000-5000。
利用外加剂制备混凝土，测试混凝土的减水性能、抗渗性能和抗腐蚀性能。
所使用物料均采用符合以下涉及的标准文件中的物料。
减水性能测试，参考GB/T 8076-2008《混凝土外加剂》中的减水率测试方法。
抗渗性能测试，参考JC/T 474-2008《砂浆、混凝土防水剂》中的吸水量比(48h)进行，在养护28天后进行测试。
吸水量比＝待检混凝土吸水量/基准混凝土吸水量*100％。
抗腐蚀性能测试，参考JT/T 1011-2006《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》中的抗压强度比进行，其中侵蚀溶液组成选用：NaCl 60g/L，MgSO4 4.8g/L，MgCl2 5.6g/L，CaSO42.4g/L，KHCO3 0.4g/L，样品正常养护28天后，待测品移入侵蚀溶液，对照品使用清水浸泡，测试开始侵蚀第7天和第28天的抗压强度比。
抗压强度比＝侵蚀液中混凝土抗压强度/清水中基准混凝土抗压强度*100％
测试结果见表1。
表1各样品的实验数据
Figure BDA0003164533310000051
由结果可以看出，在不添加外加剂的情况下，混凝土随着侵蚀时间的延长，逐渐抗压能力逐渐减弱，而本发明的外加剂可以使混凝土可以保持较长时间的抗腐蚀能力。而对比例1-4由于聚合物的结构不甚合理，无法到达本发明外加剂较好的减水、抗渗抗腐蚀的效果。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种混凝土防腐蚀外加剂，由丙烯酰辛胺、聚丙烯酸和聚苯乙烯使用BPO-DMAPMA作为引发剂聚合得到。
2.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，按重量份数计，丙烯酰辛胺10-20份、聚丙烯酸50-80份和聚苯乙烯30-50份。
3.根据权利要求2所述的外加剂，其特征在于，所述引发剂中，按重量份数计，BPO：DMAPMA＝1:1-2，引发剂用量为3-5份。
4.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，所述聚丙烯酸的重均分子量为1500-2000。
5.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，所述聚苯乙烯的重均分子量为500-1000。
6.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于，所述外加剂的重均分子量为1000万-1500万。
7.一种如权利要求1-6任一项所述外加剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚苯乙烯和乳化剂溶解有机溶剂中，形成油相；
S2：将聚丙烯酸和丙烯酰辛胺溶解在水中，调节pH＝7-8，加入引发剂，形成水相；
S3：在搅拌下将水相滴加至油相，加热，聚合反应；
S4：反应完成后，经过沉淀、过滤、洗涤和干燥，即得所述外加剂。
8.根据权利要求7所述的外加剂，其特征在于，S1中，所述有机溶剂选自苯、氯苯、四氯化碳和二氯乙烷中的至少一种，用量为300-500份。
9.根据权利要求7所述的外加剂，其特征在于，S1中，所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基二苯醚二磺酸钠中的至少一种，用量为5-10份。
10.根据权利要求7所述的外加剂，其特征在于，S3中，所述反应的温度为50-70℃，反应时间为4-6h。
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