一種混凝土高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種混凝土高吸水樹脂型自養(yǎng) 護(hù)材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，走資源節(jié)約型發(fā)展道路已成為混凝土工程可持續(xù)發(fā)展的必然，提高工程施 工建設(shè)質(zhì)量、延長工程使用壽命是建設(shè)發(fā)展的核心?；炷凉こ淌┕ら_裂問題普遍存在，并 隨高強(qiáng)混凝土廣泛應(yīng)用，開裂問題加劇。施工裂縫加速混凝土工程劣化，造成工程質(zhì)量存在 先天不足，嚴(yán)重影響服役安全性、適用性和耐久性。如何提升混凝土工程施工裂縫防治技 術(shù)，是當(dāng)今國際關(guān)注的重大技術(shù)問題。
[0003] 混凝土養(yǎng)護(hù)方法包括外養(yǎng)護(hù)和自養(yǎng)護(hù)，外養(yǎng)護(hù)為目前混凝土工程普遍采用的方 式，包括濕制養(yǎng)護(hù)(灑水和濕覆蓋等)和保水養(yǎng)護(hù)(表面化學(xué)養(yǎng)生和覆蓋塑料膜等）。外養(yǎng)護(hù) 的技術(shù)缺陷如下：（1)養(yǎng)護(hù)作用范圍局限于結(jié)構(gòu)表層混凝土，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部混凝土養(yǎng)護(hù)作用有 限，尤其對(duì)于低滲透性的高強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)效果更有限；（2)在干旱或夏季高溫地區(qū)，混凝土 收縮開裂傾向加劇，加之養(yǎng)護(hù)水蒸發(fā)快，養(yǎng)護(hù)質(zhì)量難以保證；（3)拆模期內(nèi)構(gòu)件收縮開裂明 顯，外養(yǎng)護(hù)不能及時(shí)對(duì)未拆模構(gòu)件立面和底面養(yǎng)護(hù)；（4)對(duì)于構(gòu)件立面和隱蔽復(fù)雜部位，外 養(yǎng)護(hù)施工難度大，養(yǎng)護(hù)質(zhì)量不易保證。外養(yǎng)護(hù)技術(shù)防治混凝土收縮作用不足，是導(dǎo)致混凝土 工程施工開裂嚴(yán)重的重要原因。
[0004] 自養(yǎng)護(hù)指在混凝土澆筑成型后，不需外部補(bǔ)充養(yǎng)護(hù)水分，僅依靠自養(yǎng)護(hù)材料內(nèi)部 儲(chǔ)存水分，實(shí)時(shí)、持續(xù)地為混凝土提供養(yǎng)護(hù)水分，即可達(dá)到優(yōu)異的養(yǎng)護(hù)效果。相比外養(yǎng)護(hù)，自 養(yǎng)護(hù)有益于提高混凝土養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量，主要原因如下：（1)相比外養(yǎng)護(hù)水需要迀移至混凝土 內(nèi)部發(fā)揮養(yǎng)護(hù)作用，因自養(yǎng)護(hù)材料均勻分散于混凝土內(nèi)部，儲(chǔ)存養(yǎng)護(hù)水分僅需迀移極短距 離，即可發(fā)揮養(yǎng)護(hù)作用，可實(shí)現(xiàn)混凝土表層和內(nèi)部同步養(yǎng)護(hù)以提升養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量，作用效果 對(duì)低滲透性的高強(qiáng)混凝土尤為突出；（2)在干旱或夏季高溫地區(qū)，外養(yǎng)護(hù)水揮發(fā)快，養(yǎng)護(hù)質(zhì) 量難以保證，自養(yǎng)護(hù)水分因混凝土基體阻隔，水分難以揮發(fā)，有益于提升養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量；（3) 可實(shí)現(xiàn)拆模期內(nèi)混凝土構(gòu)件和拆模后構(gòu)件立面、隱蔽與復(fù)雜部位的及時(shí)養(yǎng)護(hù)，降低養(yǎng)護(hù)施 工難度;（4)避免施工水分流失和蒸發(fā)問題，節(jié)省水資源和施工人力、物力。
[0005] 然而，現(xiàn)有自養(yǎng)護(hù)材料及其制備方法存在諸多缺陷，距工程規(guī)?；瘧?yīng)用尚有較大 距離，主要問題如下：（1)缺乏自養(yǎng)護(hù)材料對(duì)混凝土中膠凝材料水化溶液吸收率的設(shè)計(jì)，現(xiàn) 有研究多以水吸收率、飽和氫氧化鈣溶液或氯化鈉溶液吸收率替代，易導(dǎo)致自養(yǎng)護(hù)材料應(yīng) 用效果不足，并產(chǎn)生混凝土和易性不良及力學(xué)性能降低等負(fù)面問題，實(shí)際上，膠凝材料水化 溶液為高堿性復(fù)雜離子溶液，本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，上述替代方法測(cè)得的吸收率高出實(shí)際膠 凝材料水化溶液吸收率6倍以上；（2)高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料顆粒偏粗，易降低自養(yǎng)護(hù)性 能和混凝土力學(xué)性能；（3)高吸水樹脂自養(yǎng)護(hù)材料反應(yīng)體系中缺乏緩沖體系，易發(fā)生單體爆 聚形成聚合密度不均勻等問題;（4)化學(xué)合成反應(yīng)缺乏對(duì)反應(yīng)熱量釋放的控制，易導(dǎo)致生產(chǎn) 安全性問題。
[0006] 鑒于此，本發(fā)明人基于此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，綜合運(yùn)用高分子 材料分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混凝土材料學(xué)和混凝土結(jié)構(gòu)工程等多學(xué)科原理，積極研究創(chuàng)新，以期創(chuàng) 設(shè)一種新型的自養(yǎng)護(hù)材料和自養(yǎng)護(hù)混凝土，能夠改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)諸多缺陷，使其更具有實(shí)用 性，經(jīng)過多年研究和實(shí)踐，提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料及其制備方法，要解決現(xiàn)有外養(yǎng)護(hù)技術(shù) 防治混凝土收縮作用不足、易導(dǎo)致混凝土工程施工開裂的問題。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種混凝土高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料，作為自養(yǎng)護(hù)功能組分摻入混凝土，其特征在于， 其配方中各組分的重量份比為： 乙二胺四乙酸二鈉 0.01~0.90份； 三乙醇胺 0.05~1.00份； 互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物 1~20份； 丙烯酸及(或)其衍生物 1~20份； 丙烯酰胺及(或)其衍生物 16~67份； 還原劑 0.006~0.040份； 交聯(lián)劑 0.02~0.20份； 引發(fā)劑 0.02~0.20份； 去離子水 100份。
[0009] 其中，所述互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物可以為聚氧乙烯醚系列、聚乙二醇系列、聚乙二醇單甲 醚系列或聚乙烯醇系列單體中的一種或至少兩種的混合物。
[0010] 所述丙烯酸及(或)其衍生物可以為C4~C8的單烯式不飽和酸，優(yōu)選為丙烯酸、甲基 丙烯酸、乙基丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、N，N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸羥乙酯之 中的一種或至少兩種的混合物。
[0011] 優(yōu)選的，丙烯酰胺及(或)其衍生物為丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或N-羥甲基丙烯酰胺之中的一種或至少兩種的混合物。
[0012]優(yōu)選的，所述還原劑為Ν，Ν，Ν?-四甲基乙二胺;所述交聯(lián)劑為N，Y-亞甲基雙丙 烯酰胺;所述引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨或過硫酸鈉之中的一種或至少兩種的混合物。
[0013] 優(yōu)選的，所述自養(yǎng)護(hù)材料為顆粒狀，顆粒平均粒徑為0 · Ιμπι~50 · Ομπι，至少有占總 重量90%的顆粒粒徑小于60μπι。
[0014] 本發(fā)明還涉及上述混凝土高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料的制備方法，包括如下步驟： 步驟一、稱取100重量份去離子水和0.01~0.90重量份乙二胺四乙酸二鈉，加入反應(yīng)容 器中攪拌均勻； 步驟二、稱取0.05~1.00份三乙醇胺，加入步驟一所述的反應(yīng)器中攪拌均勻； 步驟三、稱取1~20份互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物，加入步驟二所述的反應(yīng)器中攪拌均勻； 步驟四、稱取〇. 006~0.040份還原劑，加入步驟三所述的反應(yīng)器中攪拌均勻； 步驟五、稱取0.02~0.20份交聯(lián)劑，加入步驟四所述的反應(yīng)容器中攪拌均勻； 步驟六、稱取1~20份丙烯酸及(或)其衍生物，加入步驟五所述的反應(yīng)器中攪拌均勻， 操作時(shí)間小于10分鐘； 步驟七、稱取16~67份丙烯酰胺及(或）其衍生物加入步驟六所述的反應(yīng)器中攪拌均 勻； 步驟八、稱取0.02~0.20份引發(fā)劑加入步驟七所述的反應(yīng)器中攪拌均勻； 步驟九、將混合物轉(zhuǎn)移至恒溫器中進(jìn)行聚合反應(yīng)，恒溫器中溫度為60~90°C，并繼續(xù)保 溫3~8小時(shí)后在室溫靜置20~24小時(shí)完成化學(xué)反應(yīng)； 步驟十、將步驟九的反應(yīng)生成物機(jī)械分割成碎塊狀，等效粒徑小于2厘米，在60~120°C 恒溫干燥箱中干燥至恒重； 步驟十一、將步驟十得到的干燥完成的物質(zhì)粉碎至需要的粒徑，至此，混凝土高吸水樹 脂型自養(yǎng)護(hù)材料的制備完成。
[0015] 其中，所述步驟九中，可以在恒溫器內(nèi)部放置托盤，將反應(yīng)物制備成厚度小于2厘 米的薄層反應(yīng)體系。
[0016] 本發(fā)明還保護(hù)一種利用上述混凝土高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料制作的自養(yǎng)護(hù)混凝 土，包括水泥混凝土和混凝土高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料，其特征在于，所述混凝土高吸水樹 脂型自養(yǎng)護(hù)材料在水泥混凝土中摻量為0.05%~0.80%(占凝膠材料質(zhì)量百分比）。
[0017] 上述自養(yǎng)護(hù)混凝土對(duì)去離子水的吸收率為5倍~150倍，對(duì)新拌混凝土離心液吸收 率為3倍~150倍，對(duì)新拌混凝土離心液吸收率與對(duì)去離子水吸收率的比值為0.5~1.2。
[0018] 本發(fā)明高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料吸附養(yǎng)護(hù)水，并均勻分散于混凝土中，將施工養(yǎng) 護(hù)水儲(chǔ)存于混凝土內(nèi)部，隨混凝土中膠凝材料水化，在濕度梯度作用下自養(yǎng)護(hù)材料持續(xù)釋 放養(yǎng)護(hù)水。與現(xiàn)有混凝土養(yǎng)護(hù)技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)品具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、 經(jīng)本發(fā)明所述制備方法制取的高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料，具備優(yōu)異的自養(yǎng)護(hù)性能指 標(biāo)，其對(duì)去離子水的吸收率(DW)為5倍~150倍，對(duì)新拌混凝土離心液吸收率(CH)為3倍~ 150倍，且DW/CH為0.5~1.2;同時(shí)，顆粒平均粒徑為0. Ιμπι~50. Ομπι，至少有90%(質(zhì)量比）的 顆粒粒徑小于60μπι，可有效保證高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料的自養(yǎng)護(hù)性能，并避免了同類技 術(shù)易導(dǎo)致自養(yǎng)護(hù)混凝土和易性不良和降低力學(xué)性能等問題； 2、 在制備高吸水樹脂自養(yǎng)護(hù)材料反應(yīng)體系中，添加胺類有機(jī)表面活性劑與反應(yīng)溶液組 成緩沖體系，使反應(yīng)體系能量轉(zhuǎn)化平穩(wěn)進(jìn)行，可避免單體爆聚形成聚合密度不均勻問題； 3、 聚合反應(yīng)中采用薄層合成法，控制反應(yīng)熱量的釋放，使反應(yīng)體系溫和平穩(wěn)，簡化了合 成制備工藝，提高了生產(chǎn)安全性； 4、 通過使用胺類表面活性劑，結(jié)合互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物的凝膠增強(qiáng)作用，提升了自養(yǎng)護(hù)材 料對(duì)水和溶液及新拌混凝土離心液吸收率一致性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝土和易性及力學(xué)性能影響 的量化控制。
[0019] 綜上，本發(fā)明的混凝土高吸水樹脂型自養(yǎng)護(hù)材料性能優(yōu)異，化學(xué)合