堿容性高保水混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種堿容性高保水混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的制備方法。制備原料質(zhì)量百分比如下：植物淀粉2%~20%，非離子型單體5%~30%，離子型單體3%~25%，引發(fā)劑0.001%~0.1%，交聯(lián)劑0.01%~1%，水玻璃0.1%~1%，堿2%~10%，去離子水60%~90%；將上述原料經(jīng)水溶液法制備堿容性高保水混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。本發(fā)明以植物淀粉為原料，其來源廣泛、價(jià)格便宜、可降解，符合環(huán)保要求，所制備的內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑施工性能好，不存在輕集料在混凝土攪拌過程中的集料上浮和離析問題，且所制備的內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑能替代傳統(tǒng)內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，在無需灑水、覆蓋、涂膜等情況下實(shí)現(xiàn)高性能混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)。
【專利說明】堿容性高保水混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于混凝土外加劑【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種堿容性高保水聚合物類混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代混凝土大多采用低水膠比設(shè)計(jì)并大量使用超細(xì)礦物摻合料和高效外加劑，其早期自收縮大且受約束時(shí)易發(fā)展成裂縫，造成結(jié)構(gòu)開裂破壞。內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)(Internalcuring)是目前抑制高強(qiáng)高性能混凝土早期收縮開裂的研究熱點(diǎn)。內(nèi)養(yǎng)護(hù)也叫自養(yǎng)護(hù)，指依靠預(yù)置的吸水性材料適時(shí)釋放水分，維持混凝土內(nèi)部充分濕潤(rùn)的一種手段。它通過補(bǔ)償混凝土內(nèi)部水分消耗、提高內(nèi)部濕度，從而抑制自收縮，已成為減少混凝土早期裂縫提高結(jié)構(gòu)耐久性極具潛力的技術(shù)方法。內(nèi)養(yǎng)護(hù)具有“從內(nèi)向外、原位釋水、即時(shí)養(yǎng)護(hù)”特點(diǎn)，與傳統(tǒng)灑水、噴霧、圍水、覆蓋(覆草覆袋覆砂)、覆膜(覆蓋塑料膜、養(yǎng)護(hù)劑膜或涂刷止水劑)等“從外到內(nèi)”的外養(yǎng)護(hù)方法相比，養(yǎng)護(hù)效果好、施工速度快，更利于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代現(xiàn)混凝土性能發(fā)揮。
[0003]適用聚合物內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料是內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵。已有內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料常見輕集料、高吸水樹脂兩大類，以及木屑、塑料絨等。輕集料吸水率低、摻量小、調(diào)節(jié)內(nèi)部濕度不明顯，存在降低混凝土強(qiáng)度、彈性模量等系列問題，尚未成為理想的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。高吸水樹脂(SAP)具有幾百甚至上千倍吸水能力，使用極少量即可顯著增加混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度改善自干燥現(xiàn)象，且SAP釋水后幾無殘留對(duì)硬化混凝土強(qiáng)度無明顯不利影響，是一種應(yīng)用前景廣闊的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。但目前用于混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)的主流產(chǎn)品SAP屬離子型聚合物，另外還有一些非離子型聚合物。傳統(tǒng)離子型聚合物和非離子型聚合物均存在影響混凝土性能，表現(xiàn)為三方面:一是離子型聚合物的吸水-釋水性能極易受混凝土外部溶液影響，以粉末狀使用時(shí)，在混凝土拌合過程中內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料與水泥產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性吸水，增加混凝土稠度；二是離子型聚合物以飽水內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料使用時(shí) ，在堿性溶液中相容性差，因同離子效應(yīng)，材料失去吸收的水分，導(dǎo)致拌合物泌水，使工作性能和強(qiáng)度劣化；三是非離子型聚合物內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料因吸水倍率低導(dǎo)致混凝土后期內(nèi)養(yǎng)護(hù)不足，影響混凝土性能發(fā)揮。
[0004]中國(guó)發(fā)明專利(CN201210160691.2)公開了一種以丙烯酰胺、叔胺類陽(yáng)離子單體、季銨鹽類陽(yáng)離子單體為原料，經(jīng)自由基聚合制備一種抗鹽性陽(yáng)離子型高吸水樹脂的方法。中國(guó)發(fā)明專利(CN200510042047.5)公開了一種以德國(guó)Clariant公司生產(chǎn)的羥乙基纖維素醚類HS200000為主要成分復(fù)配了一種水泥保水劑的方法。臺(tái)灣師范大學(xué)報(bào)道了一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)兩性水凝膠內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料制備方法(TW201211183A1)并在砂漿和混凝土中進(jìn)行了試應(yīng)用，其可減少干縮和降低裂紋的形成，改善制品耐久性。中國(guó)發(fā)明專利(CN201010183987.7 )公開了一種同濟(jì)大學(xué)和廣東紅墻合作開發(fā)了系列淀粉改性醚類內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。目前，此類材料的吸堿水率普遍為吸去離子水的1/10-?/5，堿性環(huán)境中保水性差，內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用有限。而混凝土拌合物及硬化后孔液均呈堿性。因此，對(duì)SAP而言更重要的是其對(duì)堿水的吸水性能及保水性能，但是已有文獻(xiàn)均鮮有報(bào)道。因而，研究與堿性環(huán)境相容性好的高保水聚合物類混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料并將其用于低水膠比、高膠材摻量、高活性摻合料摻量的高性能混凝土具有積極意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種在堿性環(huán)境中保水能力強(qiáng)、養(yǎng)護(hù)效果好的混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在一定溫度下，引發(fā)劑受熱分解產(chǎn)生大量活性Ce4+，活性Ce4+與淀粉葡萄糖環(huán)形成絡(luò)合物，環(huán)上活化能較小的位置上C-C鍵受到Ce4+攻擊而斷裂，形成初級(jí)淀粉自由基，初級(jí)淀粉自由基與單體中的基團(tuán)接枝形成長(zhǎng)鏈狀淀粉一單體接枝物，長(zhǎng)鏈狀淀粉一單體接枝物進(jìn)一步鏈增長(zhǎng)，當(dāng)活性鏈?zhǔn)シ磻?yīng)活性中心單體自由基時(shí)，在交聯(lián)劑作用下活性鏈彼此交聯(lián)，得到一個(gè)以淀粉分子為骨架，接枝了含-CONH2和-SO3H基團(tuán)的沿三維空間延伸的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；反應(yīng)后期加入水玻璃，利用水玻璃和單體的作用，形成水玻璃溶膠，然后和樹脂凝膠發(fā)生復(fù)合效果，形成一種互穿網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，提高內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料網(wǎng)絡(luò)空間和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，最終達(dá)到增強(qiáng)保水性能的目的；加入NaOH水解的作用是把合成的高吸水性樹脂高分子鏈上一部分非離子型的基團(tuán)轉(zhuǎn)變成離子基團(tuán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)親水基團(tuán)多樣化，提高對(duì)去離子水的吸收能力，而且對(duì)孔溶液的吸水能力也有明顯的提聞。
[0007]具體步驟為:
(I)按照以下質(zhì)量百分比稱取原料:植物淀粉2%~20%，非離子型單體5%~30%，離子型單體3%~25%，引發(fā)劑0.001%~0.1%，交聯(lián)劑0.01%~1%，水玻璃0.1%~1%，堿2%~10%，去離子水60%~90%。
[0008](2)將步驟(1)稱取的離 子型單體和非離子型單體溶于步驟(1)稱取的去離子水中，混合均勻，制備單體溶液。
[0009](3)將步驟(1)稱取的交聯(lián)劑加入到步驟(2)制備的單體溶液中，混合均勻，制得溶液。
[0010](4)將步驟(1)稱取的植物淀粉溶于去離子水中，控制植物淀粉溶度為29TlO%，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，控制溫度?(T90°C，保溫10-60分鐘。
[0011](5)將步驟(1)稱取的引發(fā)劑溶于去離子水制得引發(fā)劑溶液，然后和步驟(3)制得的溶液分別緩慢滴加到步驟(4)制得的溶液中，控制總滴加時(shí)間在60-120分鐘，控制溫度在4(T90°C，保溫60~120分鐘。
[0012](6)將步驟(1)稱取的水玻璃和堿分別溶于去離子水中制得溶液，然后先后緩慢滴加到步驟(5)制備的溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，得到水解后的接枝共聚物?br> [0013](7)將步驟(6)制得的接枝共聚物經(jīng)乙醇、異丙醇浸泡、洗滌、過濾，在6(T13(TC下恒溫烘干10-24小時(shí)，至完全干燥，然后粉碎至平均粒徑為50-200微米，即制得混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。
[0014]所述植物淀粉為馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、玉米淀粉和小麥淀粉中的一種。
[0015]所述離子型單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙磺酸鈉和甲基丙烯磺酸鈉中的一種。
[0016]所述非離子型單體為丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺和N，N- 二甲基丙烯酰胺中的一種。
[0017]所述水玻璃模數(shù)為3.1-3.5。
[0018]所述堿為NaOH或Κ0Η。
[0019]所述引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨和硝酸鈰銨中的一種或者過硫酸鉀、過硫酸銨兩者之一與硝酸鈰銨按質(zhì)量比1-9:1混合形成的復(fù)合引發(fā)劑。
[0020]所述交聯(lián)劑為N，N -亞甲基雙丙烯酰胺或N-羥甲基丙烯酰胺。
[0021]本發(fā)明具有以下有益效果:
(1)以植物淀粉為原料，其來源廣泛、價(jià)格便宜、可降解，符合環(huán)保要求。
[0022](2)加入水玻璃，利用水玻璃和單體的作用，形成水玻璃溶膠，然后和凝膠發(fā)生復(fù)合效果，形成一種混合交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料網(wǎng)絡(luò)空間和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，達(dá)到增強(qiáng)保水性能的目的。
[0023](3)堿液的水解作用是把合成的高吸水性樹脂高分子鏈上一部分非離子型的基團(tuán)轉(zhuǎn)變成離子基團(tuán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)親水基團(tuán)多樣化。
[0024](4)所制備的內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑施工性能好，不存在輕集料在混凝土攪拌過程中的集料上浮和離析問題，且所制備的內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑能替代傳統(tǒng)內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，在無需灑水、覆蓋、涂膜等情況下實(shí)現(xiàn)高性能混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1:
(1)將7克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和12克丙烯酰胺共同溶于80毫升去離子水中，混合均勻，制備單體溶液。
[0026](2)將0.3克N，N -亞甲基雙丙烯酰胺加入到步驟(1)制備的單體溶液中，混合均勻，制得溶液。
[0027](3)將5克馬鈴薯淀粉溶于80毫升去離子水中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，控制溫度?5 °C，保溫40分鐘。
[0028](4)將0.03克硝酸鈰銨和0.02克過硫酸銨混合均勻后溶于20毫升去離子水中制得引發(fā)劑溶液，然后和步驟(2)制得的溶液分別緩慢滴加到步驟(3)制得的溶液中，控制總滴加時(shí)間在100分鐘，控制溫度為75°C，保溫70分鐘。
[0029](5)將I克水玻璃(模數(shù)3.2)和5克NaOH分別溶于10毫升去離子水中，然后先后緩慢滴加到步驟(4)制備的溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制得水解后的接枝共聚物?br> [0030](6)將步驟(5)制得的接枝共聚物經(jīng)乙醇、異丙醇浸泡、洗滌、過濾，在110°C下恒溫烘干20小時(shí)，至完全干燥，然后粉碎至平均粒徑為150微米，即制得混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。
[0031]將本實(shí)施例所制得的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料放入去離子水中，飽和吸水48小時(shí)，測(cè)得內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的吸水倍率為263倍；將飽和吸水的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料放入堿性的合成孔溶液中，48小時(shí)后，測(cè)得其保水率為80%。
[0032]實(shí)施例2:
(I)將8克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和14克丙烯酰胺共同溶于90毫升去離子水中，混合均勻，制備單體溶液。
[0033](2)將0.5克N，N -亞甲基雙丙烯酰胺加入到步驟(1)制備的單體溶液中，混合均勻，制得溶液。
[0034](3)將7克馬鈴薯淀粉溶于85毫升去離子水中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，控制溫度?0°C，保溫50分鐘。
[0035](4)將0.06克硝酸鈰銨溶于18毫升去離子水中得到引發(fā)劑溶液，然后和步驟(2)制備的溶液分別緩慢滴加到步驟(3)制得的溶液中，控制總滴加時(shí)間在120分鐘，控制溫度為80°C，保溫75分鐘。
[0036](5)將0.7克水玻璃(模數(shù)3.1)和6克NaOH分別溶于12毫升去離子水中，先后緩慢滴加到步驟(4)制備的溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制得水解后的接枝共聚物?br> [0037](6)將步驟(5)制得的接枝共聚物經(jīng)乙醇、異丙醇浸泡、洗滌、過濾，在120°C下恒溫烘干18小時(shí)，至完全干燥，然后粉碎至平均粒徑為120微米，即制得混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。
[0038]將本實(shí)施例所制得的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料放入去離子水中，飽和吸水48小時(shí)，測(cè)得內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的吸水倍率為271倍；將飽和吸水的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料放入堿性的合成孔溶液中，48小時(shí)后，測(cè)得其保水率為81%。
【權(quán)利要求】
1.一種堿容性高保水混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)按照以下質(zhì)量百分比稱取原料:植物淀粉2%~20%，非離子型單體5%~30%，離子型單體3%~25%，引發(fā)劑0.001%~0.1%，交聯(lián)劑0.01%~1%，水玻璃0.1%~1%，堿2%~10%，去離子水60%~90% ； (2)將步驟(1)稱取的離子型單體和非離子型單體溶于步驟(1)稱取的去離子水中，混合均勻，制備單體溶液； (3)將步驟(1)稱取的交聯(lián)劑加入到步驟(2)制備的單體溶液中，混合均勻，制得溶液； (4)將步驟(1)稱取的植物淀粉溶于去離子水中，控制植物淀粉溶度為29TlO%，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，控制溫度?(T90°C，保溫10-60分鐘； (5)將步驟(1)稱取的引發(fā)劑溶于去離子水制得引發(fā)劑溶液，然后和步驟(3)制得的溶液分別緩慢滴加到步驟(4)制得的溶液中，控制總滴加時(shí)間在60-120分鐘，控制溫度在40^90 0C，保溫60~120分鐘； (6)將步驟(1)稱取的水玻璃和堿分別溶于去離子水中制得溶液，然后先后緩慢滴加到步驟(5)制備的溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍玫剿夂蟮慕又簿畚铮? (7)將步驟(6)制得的接枝共聚物經(jīng)乙醇、異丙醇浸泡、洗滌、過濾，在6(T13(TC下恒溫烘干10-24小時(shí)，至完全干燥，然后粉碎至平均粒徑為50-200微米，即制得混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料； 所述植物淀粉為馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、玉米淀粉和小麥淀粉中的一種； 所述離子型單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙磺酸鈉和甲基丙烯磺酸鈉中的一種； 所述非離子型單體為丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺中的一種； 所述水玻璃模數(shù)為3.1-3.5 ； 所述堿為NaOH或KOH ； 所述引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨和硝酸鈰銨中的一種或者過硫酸鉀、過硫酸銨兩者之一與硝酸鈰銨按質(zhì)量比1-9:1混合形成的復(fù)合引發(fā)劑； 所述交聯(lián)劑為N，N -亞甲基雙丙烯酰胺或N-羥甲基丙烯酰胺。
【文檔編號(hào)】C08F8/12GK103819614SQ201410057770
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】劉榮進(jìn), 陳平, 向瑋衡, 丁慶軍, 趙艷榮, 韋家嶄, 周睿哲, 陳俊 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)