一種互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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，特別涉及一種互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對混凝土力學(xué)性能、耐久性要求的不斷提高，高性能混凝土在工程中的應(yīng)用越來越廣泛。然而由于高性能混凝土低水膠比、高膠凝材料的特征，混凝土中的水不足以滿足水化反應(yīng)的要求，極易出現(xiàn)早期自干燥作用明顯、自收縮變形
嚴(yán)重的現(xiàn)象，造成結(jié)構(gòu)開裂破壞?；炷羶?nèi)養(yǎng)護(hù)是指在混凝土內(nèi)部引入一種組分作為養(yǎng)護(hù)劑，它均勻地分散在混凝土中，起到內(nèi)部“蓄水池”的作用。當(dāng)混凝土水化過程中出現(xiàn)水分不足時(shí)，養(yǎng)護(hù)劑中的水分便補(bǔ)給水化所需水分，支持混凝土水化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。國內(nèi)外的混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)方法包括采用飽和水輕集料(LWA)和摻加高吸水性樹脂(SAP)。但用輕集料作為內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，易產(chǎn)生一系列問題:如工作性能變差，集料上浮，強(qiáng)度、彈性模量明顯下降等。而后來使用高吸水樹脂(SAP)來改善混凝土的收縮，解決了輕集料工作性能變差的問題，且其摻量很小，在解決早期收縮開裂和耐久性問題的同時(shí)，強(qiáng)度不會(huì)受到很大的影響。但目前用于混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)的主流產(chǎn)品屬離子型聚合物，另外還有一些非離子型聚合物。傳統(tǒng)離子型聚合物吸水-釋水性能極易受混凝土外部溶液影響，在混凝土拌合過程中內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料與水泥發(fā)生競爭性吸水，增加混凝土稠度。而且由于其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；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。
[0003]中國發(fā)明專利(CN201210160691.2)公開了一種以丙烯酞胺、叔胺類陽離子單體、季按鹽類陽離子單體為原料，經(jīng)自由基聚合制備一種抗鹽性陽離子型高吸水樹脂的方法。中國發(fā)明專利(CN201110228108.2)公開了一種以丙烯酸、丙烯酰胺為原料制得丙烯酸/丙烯酰胺共聚物，與無機(jī)吸水材料、膨脹劑、保水劑的填充劑通過機(jī)械共混，得到一種高性能混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，用其配制的混凝土處于極端干旱環(huán)境下仍具有良好的抗開裂性能。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。江西萍鄉(xiāng)聯(lián)友建材有限公司發(fā)明了一種有機(jī)-無機(jī)物鰲合的凝膠混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料(CN201210006786.9)可以有效的降低混凝土自收縮率。目前，此類材料的吸堿水率普遍為吸去離子水的1/10~1/5、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。通過有機(jī)-無機(jī)復(fù)合確實(shí)能夠提高凝膠的耐堿性能及保水性能，但是僅僅通過簡單的機(jī)械共混并不能從本質(zhì)上提高凝膠的性能。因此，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重要意義。
[0004]互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(Interpenetrating network)，是兩種或兩種以上的共混聚合物，分子鏈相互貫穿，并至少一種聚合物分子鏈以化學(xué)鍵的方式交鏈而形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于IPN材料中兩種或兩種以上的聚合物網(wǎng)絡(luò)相互纏結(jié)，互穿而不失去原聚合物固有的特性，從而獲得其他聚合物無法比擬的獨(dú)特性能。由于IPN材料表現(xiàn)出比一般共混更優(yōu)良的力學(xué)性能和相容性，因此廣泛用于對高聚物材料的改性。目前該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于涂料、粘合劑等領(lǐng)域，而在內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料(SAP)方面應(yīng)用并不多見，即便使用表征效果也并不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料(SAP)環(huán)境友好型較差的問題，提供一種操作簡單，具有良好吸液能力，耐鹽性好，強(qiáng)度高的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的構(gòu)思和原理如下:
在酸性條件下正硅酸乙酯(TE0S)能夠水解生成有機(jī)硅網(wǎng)狀聚合物，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有良好的機(jī)械性能和強(qiáng)度。本發(fā)明首先利用正硅酸乙酯、去離子水和無水乙醇配成硅酸預(yù)聚物，再將這種硅酸預(yù)聚物加入到正在反應(yīng)的淀粉接枝共聚物中，由于此時(shí)的淀粉預(yù)聚物呈酸性，硅酸預(yù)聚物能夠在此環(huán)境下發(fā)生水解縮合反應(yīng)，形成二聚硅酸、四聚硅酸等鏈狀產(chǎn)物；而此時(shí)，淀粉接枝共聚物的聚合物鏈也在增長過稱中。通過合理控制溶液濃度和pH值，可以使兩個(gè)過程盡可能維持在一個(gè)反應(yīng)時(shí)間和空間，這樣就可以實(shí)現(xiàn)TE0S溶膠聚合網(wǎng)絡(luò)和接枝聚合物網(wǎng)絡(luò)的互穿交聯(lián)，形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于兩種網(wǎng)絡(luò)均為連續(xù)相，且相互穿插、交聯(lián)而成，所以有效的解決了有機(jī)-無機(jī)兩相間的相容性問題，保證了兩者完全互穿。
[0007]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
(a)將植物淀粉完全溶于去離子水；(b)將兩種單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、去離子水按所述質(zhì)量百分比混合加入到步驟(a)制得的溶液中；(c)將硅溶膠預(yù)聚物加入到步驟(b)的溶液中，反應(yīng)至膠狀，降溫至室溫，將所得凝膠洗滌、烘干、粉粹，即得產(chǎn)物。
[0008]具體步驟為:
(1)按照以下質(zhì)量百分比稱取原料:植物淀粉5~25%，離子型單體5~30%，非離子型單體5%~30%，交聯(lián)劑0.1%~1%，引發(fā)劑0.001%~0.01%，正硅酸乙酯0.5%~5%，乙醇0.5%~5%，四份去離子水A、B、C、D和E，質(zhì)量百分比分別為5~10%、30~50%、5~10%、0.5~5%和10~15%，上述原料的質(zhì)量百分比之和為100%。
[0009](2)將步驟⑴稱取的植物淀粉溶于步驟⑴稱取的A去離子水中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，控制溫度?0~90°C，控制轉(zhuǎn)速在150~220轉(zhuǎn)/分鐘，保持10~50分鐘，制得植物淀粉溶液。
[0010](3)將步驟(1)稱取的離子型單體、非離子型單體、交聯(lián)劑溶于步驟(1)稱取的B去離子水中，混合均勻，制備單體溶液。
[0011](4)將步驟(1)稱取的引發(fā)劑溶于步驟(1)稱取的C去離子水制得引發(fā)劑溶液，然后和步驟⑶制得的單體溶液分別緩慢滴加到步驟(2)制得的植物淀粉溶液中，控制總滴加時(shí)間在60~180分鐘，控制溫度在50~90°C，控制轉(zhuǎn)速在150~220轉(zhuǎn)/分鐘，保溫60~180分鐘。
[0012](5)將堿溶于步驟⑴稱取的D去離子水制得堿溶液，然后緩慢滴加到步驟(4)制備的溶液中，控制溶液pH值在1~3。
[0013](6)將步驟(1)稱取的正硅酸乙酯、乙醇與E去離子水混合制得硅溶膠預(yù)聚溶液。
[0014](7)將步驟(6)制得的硅溶膠預(yù)聚溶液緩慢滴加到步驟(5)制備的溶液中，充分?jǐn)嚢瑁旌暇鶆?，控制溫度?0~90°C，控制轉(zhuǎn)速在90~150轉(zhuǎn)/分鐘，保溫15~45分鐘，制得互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接枝共聚物。
[0015](8)將步驟(7)制得的接枝共聚物經(jīng)乙醇和異丙醇浸泡、洗滌、過濾后，在60~120°C下恒溫烘干24~48小時(shí)，至完全干燥，然后粉粹至平均粒徑為50~200微米，即制得互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]所述引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨和硝酸飾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)量比為1~10:1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]所述正硅酸乙酯中二氧化硅含量大于28%。
[0022]所述堿為NaOH或Κ0Η。
[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(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。
[0024](2)加入正硅酸乙酯，利用正硅酸乙酯在有機(jī)溶液中(酸性)水解，形成硅溶膠，然后和有機(jī)凝膠發(fā)生復(fù)合效應(yīng)，形成一種互穿網(wǎng)絡(luò)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)強(qiáng)度，達(dá)到耐鹽性好、強(qiáng)度高，增強(qiáng)保水性能的目的。
[0025](3)選擇正硅酸乙酯在有機(jī)體系中水解形成硅溶膠，增加了有機(jī)相與無機(jī)相間的交聯(lián)密度，解決了有機(jī)無機(jī)兩相間的相容性問題，保證了兩者完全互穿。
[0026](4)所制備的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料施工性能好，不存在輕集料在混凝土攪拌過程中集料上浮和離析問題