本發(fā)明涉及建筑材料，具體為一種鐵鋁酸鹽水泥減水劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鐵鋁酸鹽水泥是鐵質(zhì)材料、鋁礬土和硅酸鹽等原料，經(jīng)煅燒所得以無(wú)水硫鋁酸鈣、硅酸二鈣和鐵鋁酸鈣為主要礦物成分的水泥熟料摻加適量的石灰石、石膏共同磨細(xì)制成，具有早強(qiáng)、抗凍、能耗低等特點(diǎn)，逐漸被應(yīng)用于土木工程中，但鐵鋁酸鹽水泥熟料礦物組成也決定了這類水泥水化硬化快、凝結(jié)時(shí)間短的缺點(diǎn)，導(dǎo)致漿體出現(xiàn)流動(dòng)快速降低的現(xiàn)象，有時(shí)甚至無(wú)法滿足基本的施工要求，給施工作業(yè)帶來(lái)很大的不便；為了使鐵鋁酸鹽水泥在保證強(qiáng)度的情況下，獲得較好的工作性和施工時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用中往往采用化學(xué)外加劑來(lái)予以調(diào)節(jié)。

2、減水劑是水泥混凝土使用最廣泛的外加劑之一，減水劑的作用是在不改變混凝土坍落度的前提下，通過(guò)減少混凝土拌合物的用水量，來(lái)提高混凝土的工作性能和強(qiáng)度；對(duì)于鐵鋁酸鹽水泥來(lái)說(shuō)，加入適量的減水劑可以有效延緩其硬化速度，從而給施工人員提供更多的操作空間，提高施工效率和質(zhì)量；現(xiàn)有技術(shù)中，一般通過(guò)在水泥中添加聚羧酸系減水劑發(fā)揮減水作用，其主要是由不飽和羧酸和不飽和活性聚醚聚乙二醇長(zhǎng)鏈經(jīng)自由基共聚而制備所得，其基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是主鏈為脂肪族的烷烴類，分布著一種或多種離子基團(tuán)，側(cè)鏈由親水性的聚氧化烯聚乙二醇長(zhǎng)鏈組成，但是存在的缺點(diǎn)是對(duì)于水泥存在不適應(yīng)性，對(duì)于砂石中的含泥量比較敏感，當(dāng)砂石含泥量大于5％時(shí)，其減水率和流動(dòng)性顯著下降，保塑性迅速下降，這可能由于砂石中的泥嚴(yán)重削弱了聚羧酸減水劑對(duì)水泥的分散能力從而影響了其推廣使用。

3、β-環(huán)糊精聚羧酸減水劑因引入了高空間位阻官能團(tuán)β-環(huán)糊精，從而具有良好分散性能，專利cn104817663b提供了一種含有β-環(huán)糊精的功能性單體，以β-環(huán)糊精、對(duì)甲基苯磺酰氯、醇胺和縮水甘油酯為原料，經(jīng)過(guò)選擇性磺酰化反應(yīng)、醇胺取代反應(yīng)和環(huán)氧開(kāi)環(huán)反應(yīng)，合成了一種改性β-環(huán)糊精功能單體，利用該單體與丙烯酸、甲基丙烯磺酸鈉和異丁烯醇聚氧乙烯醚等進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)，制備了一種側(cè)鏈含有β-環(huán)糊精的聚羧酸減水劑，但是制備的減水劑分子結(jié)構(gòu)相對(duì)單一、固定，且需要多個(gè)單體參與反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，難以滿足安全生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)保的要求，產(chǎn)品質(zhì)量也難以保證，且經(jīng)濟(jì)成本高；由于β-環(huán)糊精分子含有多個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)，難以引入單烯烴雙鍵，制備β-環(huán)糊精單體相對(duì)困難；因此急需對(duì)聚羧酸減水劑本身進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)聚羧酸減水劑的制備過(guò)程需要滿足簡(jiǎn)單易控，本技術(shù)通過(guò)對(duì)環(huán)糊精進(jìn)行接枝改性，制備出一種含兩性離子和環(huán)糊精的聚羧酸減水劑，以滿足鐵鋁酸鹽水泥的工作要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供了一種鐵鋁酸鹽水泥減水劑及其制備方法，該減水劑制備方法簡(jiǎn)單，改善鐵鋁酸鹽水泥的工作性能，大大提高了與水泥的適應(yīng)性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、一種鐵鋁酸鹽水泥減水劑的制備方法按照以下步驟進(jìn)行：

4、步驟(1)、氮?dú)夥諊?，向反?yīng)燒瓶中加入馬來(lái)酸酐改性β-環(huán)糊精溶于二氯亞砜中，在70-85℃下攪拌3-8h，減壓除去二氯亞砜，加入n,n-二甲基甲酰胺，攪拌溶解，加入中間體3，在40-60℃下反應(yīng)8-16h，冷卻至室溫，過(guò)濾、乙醇洗滌，干燥后得到不飽和兩性離子型環(huán)糊精。

5、步驟(2)、氮?dú)夥諊?，向微波反?yīng)器中加入馬來(lái)酸酐、丙烯酸、不飽和兩性離子型環(huán)糊精和去離子水，攪拌均勻后，將過(guò)硫酸銨溶于去離子水中配置成引發(fā)劑溶液，并以0.8-1.2ml/min的速度滴加，滴加結(jié)束后，在75-90℃反應(yīng)0.5-2h，降溫至30-40℃，加入氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)ph至中性，得到鐵鋁酸鹽水泥減水劑。

6、優(yōu)選的，步驟(1)中馬來(lái)酸酐改性β-環(huán)糊精、中間體3的摩爾比例關(guān)系為1:1.5-2。

7、優(yōu)選的，步驟(2)中馬來(lái)酸酐、丙烯酸、不飽和兩性離子型環(huán)糊精、過(guò)硫酸銨的摩爾比例關(guān)系為1:0.2-0.4:0.05-0.25:0.008-0.015。

8、優(yōu)選的，步驟(2)中氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-35％。

9、優(yōu)選的，步驟(1)中中間體3的制備方法按照以下步驟進(jìn)行：

10、步驟s1、氮?dú)夥諊?，向反?yīng)燒瓶中加入甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯和甲醇，攪拌均勻后，加入n-甲基-4-甲氧基芐胺，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，減壓濃縮，去離子水洗滌，有機(jī)相通過(guò)柱層析純化，得到中間體1。

11、步驟s2、氮?dú)夥諊?，向反?yīng)燒瓶中加入中間體1和n,n-二甲基甲酰胺，攪拌均勻后，加入2-溴乙烷磺酸鈉和三乙胺，在40-60℃反應(yīng)24-48h，乙酸乙酯和去離子水萃取，有機(jī)相濃縮，經(jīng)柱層析純化后，得到中間體2。

12、步驟s3、氮?dú)夥諊?，向反?yīng)燒瓶中加入中間體2和二氯甲烷，攪拌均勻后，加入三溴化硼，在0-10℃下反應(yīng)12-24h，乙酸乙酯和去離子水萃取，有機(jī)相濃縮，干燥后得到中間體3。

13、優(yōu)選的，步驟s1中甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、n-甲基-4-甲氧基芐胺的摩爾比例關(guān)系為1:(1.05-1.2)。

14、優(yōu)選的，步驟s1中反應(yīng)溫度為40-55℃，反應(yīng)時(shí)間為16-24h。

15、優(yōu)選的，步驟s2中中間體1、2-溴乙烷磺酸鈉、三乙胺的摩爾比例關(guān)系為1:(1.5-2.5):(2-3.2)。

16、優(yōu)選的，步驟s3中中間體2、三溴化硼的摩爾比例關(guān)系為1:(2.5-4)。

17、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

18、本發(fā)明通過(guò)甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯與n-甲基-4-甲氧基芐胺發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)，接著與2-溴乙烷磺酸鈉進(jìn)行季銨化反應(yīng)，然后脫去甲氧基，利用其結(jié)構(gòu)中的羥基與馬來(lái)酸酐改性環(huán)糊精中的羧基產(chǎn)生酯化反應(yīng)，得到不飽和兩性離子型環(huán)糊精，最后與馬來(lái)酸酐、丙烯酸進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到鐵鋁酸鹽水泥減水劑。

19、環(huán)糊精具有“上窄下寬、內(nèi)疏水外親水”的中空筒狀的立體結(jié)構(gòu)，為聚合物帶來(lái)顯著的空間位阻效應(yīng)，同時(shí)其結(jié)構(gòu)中的羥基在堿性環(huán)境下可以和水泥中的鈣離子形成絡(luò)合物，延緩水泥的水化過(guò)程，提高減水劑的保坍能力；聚乙二醇長(zhǎng)鏈在水泥中呈輻射狀延伸，其主鏈上的磺酸基團(tuán)錨固在帶正電的水泥顆粒上，產(chǎn)生強(qiáng)烈吸附；季銨鹽陽(yáng)離子可吸附在帶負(fù)電荷的水泥顆粒表面上，使得空間位阻效應(yīng)增強(qiáng)，電荷密度逐漸增加，水泥顆粒之間的靜電斥力得到增強(qiáng)；通過(guò)各基團(tuán)間相互協(xié)同作用，很容易吸附在水泥顆粒表面形成雙電層，在靜電斥力和環(huán)糊精以及聚乙二醇長(zhǎng)鏈的協(xié)同空間位阻作用力下，使水泥顆粒達(dá)到更好的分散效果，提高了對(duì)水泥凈漿的流動(dòng)性。

20、環(huán)糊精支鏈和聚乙二醇長(zhǎng)鏈的存在，影響到水泥水化歷程，可有效減弱減水劑分子與黏土層間的穿插作用，發(fā)揮空間位阻斥力，使水泥顆粒絮凝結(jié)構(gòu)解體，粒子間難以彼此靠近，使得聚羧酸減水劑起到良好的緩凝和保坍作用；環(huán)糊精分子鏈中含有大量的羥基，可以填補(bǔ)在水化產(chǎn)物所留下的空隙內(nèi)，使得水泥強(qiáng)度增強(qiáng)，對(duì)水泥砂漿具有較好的后期增強(qiáng)效果；本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法相比，反應(yīng)所需原料常見(jiàn)易得，合成過(guò)程簡(jiǎn)單可控、高效便捷，豐富了合成鐵鋁酸鹽水泥減水劑的制備方法，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。