[发明专利]碱木质素混凝土引气减水剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土引气减水剂及其制备方法与应用，属于建筑材料和木质素化学技术领域；更具体地说是以碱法制浆废液中的副产品碱木质素为原料，制备混凝土引气减水剂。 

背景技术

混凝土是目前使用最广泛的建筑材料，随着建筑技术的发展，对混凝土材料从强度到耐久性均提出了更高的要求。然而在许多工程中，人们在混凝土的结构设计、选材、制作等方面往往只重视强度而忽略耐久性，导致大量的混凝土结构远未达到应有的80～100年经济耐用年限，“未老先衰”日益成为混凝土结构的普遍性问题。全世界每年的混凝土结构物的修复和重建费用高达几百亿甚至上千亿美元，在工业发达的国家其维护费用占建筑总投资的40％，据不完全统计，我国至少已有24亿平方米的建筑物因安全面临退役的威胁。沉重的重建与维修费用使混凝土结构的耐久性问题引起了学术界与工程界的高度重视。 

在现代混凝土工艺中，掺用减水剂具有投资少、见效快、技术经济效益和社会效益显著的特点，在混凝土施工中得到了广泛的应用。引气减水剂是一种兼有引气和减水功能的外加剂。引气减水剂可使混凝土产生细小、均匀的微气泡并在硬化后仍能保留气泡，有效地阻断浆体中的毛细孔，改变混凝土孔结构，提高其抗渗能力和耐久性。因此，引气减水剂的研究日益受到关注，据有关资料介绍，美国、日本、加拿大、挪威等国家，在混凝土中使用引气减水剂达到70％～80％，在日本规范中规定，混凝土中必须掺入引气减水剂。如1998年修订的日本工业标准《预拌混凝土》规定普通混凝土和预制装配混凝土的含气量为4.5％，轻质混凝土的含气量达到5％，如此高的含气量虽然会降低一些强度，但可以获得很高的综合耐久性如抗渗性、抗裂性等，日本在JISA6204《混凝土用化学外加剂》中列出高性能引气减水剂的质量标准。而我国只有不到10％的混凝土结构中采用引气减水剂，导致许多混凝土工程的耐久性变差，原因是缺乏高性能引气减水剂。 

目前使用的引气减水剂主要有木质素磺酸盐、松香热聚物、萘磺酸盐甲醛缩合物、亚硫酸钠盐和聚羧酸盐类及其复配产物。如2003年《ACI Materials Journal》公布了木质素磺酸盐，萘磺酸盐甲醛缩合物，亚硫酸钠盐和聚羧酸盐类与松香衍生物复配而成的引气减水剂，可增强混凝土抗压强度，抗氯离子腐蚀等。2003年《混凝土》公布了KJ-70AL引气缓凝高效减水剂，其以脂肪族羟基磺酸盐高缩合物为主要成分与增强、引气缓凝等组分配制 而成。日本在九十年代开发了聚羧酸盐系、亚硫酸钠盐系为主要成分的高效引气减水剂。中国发明专利CN1316398A，2001年公布了以甲基聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸等为原料制备的聚羧酸类引气高效减水剂，减水率达到25％，混凝土含气量为4～7％。中国发明专利CN 1169404A公布了由松香、氢氧化钠、三乙醇胺、木质素磺酸盐等经皂化、搅拌干燥后制得一种引气减水剂。 

但是，以萘磺酸盐甲醛缩合物、亚硫酸钠盐和聚羧酸盐类引气减水剂的主要原料大部分来源于石(4)现有的引气减水剂的主要原料是石油化学品，有一定的毒性，成本较高。本发明的引气减水剂的主要原料是造纸制浆的副产品，原料来源丰富、无毒、成本低，可以作为引气减水剂单独使用，也可以与混凝土外加剂配合使用。采用本发明的制备方法，提高了造纸副产品的利用价值和人们对其回收利用的积极性，因此，本发明具有显著的经济和环保双重效益。 

具体实施方式

木质素磺酸盐来源于酸法制浆废液，是目前应用量较大的引气减水剂，但由于引气作用过强，气泡太粗，致使混凝土强度不高、抗渗性差，难以达到高性能引气减水剂的水平。 

碱木质素来源于碱法造纸制浆过程，在制浆过程中木质素通过强碱处理，醚键断裂产生较小的碎片和大量的酚羟基，在碱性条件下这些基团又以阴离子形式存在，因而增加了碎片的溶解性，溶解的木质素称为碱木质素。但碱木质素水溶性较差，只溶于碱性溶液，难以直接利用，磺化是提高碱木质素水溶性，赋予其优良性能的重要途径，目前主要采用高温磺化、氧化磺化等工艺进行改性，但由于碱木质素结构复杂，反应活性较低，目前的磺化碱木质素产品的分子量较低，引气性和减水效果不理想，一般只能用作普通减水剂，难以达到高性能引气减水剂的水平。 

发明内容

本发明的目的是针对现有引气减水剂气泡不稳定，易产生泌水和离析分层的等方面的不足，提供一种环保的、对混凝土具有良好的分散粘结作用的、具有良好的起泡性能和稳泡性能的碱木质素混凝土引气减水剂。 

本发明的另一目的在于提供上述及碱木质素混凝土引气减水剂的制备方法。