CN105330783A - 一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法 - Google Patents

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本发明提供了一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法，包括以下步骤：将聚乙烯醇完全溶解于去离子水中，然后加入中和过的丙烯酸溶液、交联剂和引发剂混匀，加热至40-60℃后反应8~12h，得到高吸水性树脂凝胶，经造粒、干燥、粉碎、筛分和表面交联后得到高吸水性树脂；将硅烷偶联剂溶于苯中，再加入高吸水性树脂充分混合，放入120~160℃烘箱中反应1~2h，即得最终的混凝土内养护剂。该方法制备工艺简便、化学结构易于控制，制得的内养护剂吸水速率较慢，可以降低其对混凝土工作性的影响，提高混凝土的早期自收缩减缩效果，解决了混凝土早期开裂的难题。

Description

一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法
技术领域
本发明属于混凝土外加剂技术领域，特别涉及一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法。
背景技术
混凝土的内养护是指在混凝土中加入吸水材料，从而在混凝土内部形成微型蓄水库，当混凝土内部相对湿度下降时能缓慢向四周释放水分，补充其内部水分消耗，维持混凝土内部湿度从而减缓自干燥效应，这样可以解决高性能混凝土的低水灰比造成自身早期收缩开裂的问题，具有十分重要的理论和实际意义。
高吸水性树脂(SAP)是一种新型高分子材料，可以吸收自重百倍甚至上千倍的水分，作为内养护剂使用时可以在水泥水化过程中不断释放水分，保证水泥进一步水化，防止混凝土早期收缩开裂。目前市售高吸水性树脂一般采用丙烯酸为原料制备合成，产品吸水倍率过高，吸液速率过快，作为内养护剂使用时很容易在早期吸收过多拌合水，大幅度降低混凝土的工作性能，无法满足实际施工要求，进而限制了高吸水性树脂在建筑领域的应用，因此混凝土内养护剂必须具备较慢的吸液速率和较低吸水倍率。专利CN201210000574.X公开了一种含羧基的高吸水树脂的表面改性方法，该方法采用单官能团化合物对高吸水性树脂进行改性，虽然延缓了自身吸液速率，但是表面改性的疏水效果一般，也并未公开其作为内养护剂的使用效果。
发明内容
为了解决现有混凝土内养护剂的吸水倍率过高，吸水速率过快，大幅度降低混凝土的工作性能的问题，本发明提供了一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法。
本发明提供了一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)高吸水性树脂的制备：将聚乙烯醇完全溶解于去离子水中，然后加入中和过的丙烯酸溶液、交联剂和引发剂混匀，加热至40-60℃后反应8～12h，得到高吸水性树脂凝胶，经造粒、干燥、粉碎、筛分和表面交联后得到高吸水性树脂；
(2)混凝土内养护剂的制备：将硅烷偶联剂溶于苯中，再加入步骤(1)制得的高吸水性树脂充分混合，放入120～160℃烘箱中反应1～2h，即得最终的混凝土内养护剂；
步骤(1)中所述聚乙烯醇、交联剂、引发剂的用量分别为丙烯酸质量的10～30wt％、0.5～2wt％、3～6wt％；所述丙烯酸浓度为20～30wt％，中和度为80％，中和剂为30wt％的氢氧化钠溶液；
步骤(2)中所述硅烷偶联剂用量为高吸水性树脂质量的50～80wt％，硅烷偶联剂苯溶液的浓度为25％。
步骤(1)中所述聚乙烯醇为聚乙烯醇1788；所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种。
步骤(1)中所述高吸水性树脂筛分后的目数为150～200目，表面交联采用CN103183842A公开的后处理方法。
步骤(2)中所述硅烷偶联剂为3,4环氧环己基乙基三甲氧基硅烷或缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
本发明所述制备方法制备工艺简便、化学结构易于控制，制得的内养护剂吸水速率较慢，可以显著降低其对混凝土工作性的影响，提高混凝土的早期自收缩减缩效果，7d减缩率为80％，14d减缩率可以达到68％，解决了混凝土早期开裂的难题。
相对于现有技术，本发明具有以下突出的优势：
(1)相对于传统高吸水性树脂，本发明不仅在聚合过程中引入了聚乙烯醇，而且进一步引入了硅烷偶联剂来降低其吸水速率，延缓了其作为内养护剂使用时吸收拌合水的速率，减少了对混凝土工作性的影响。
(2)该内养护剂后期具有适量的吸水倍率，具有储藏水分和释放水分的功能，可以提高混凝土内部含湿量，减少混凝土的早期自收缩，7d减缩率为80％，14d减缩率可以达到68％，解决了高吸水性树脂作为内养护剂使用时混凝土工作性和自收缩相矛盾的难题。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的内容作进一步的说明，但本发明的内容并不局限于实施例表述的范围。
实施例中混凝土试件制作按照GB8076-2008中6.4的规定执行，自收缩测试按照GB/T50082-2009中8.2的规定进行。内养护剂掺量为胶凝材料质量的0.5％，混凝土配比为水胶比0.3，水168kg/m3、水泥560kg/m3、砂685kg/m3、石1128kg/m3、减水剂6.72kg/m3，其中减水剂选用江苏苏博特新材料股份有限公司SBT萘系高效减水剂。
吸模拟孔溶液倍率和吸液倍率：称取质量为m的内养护剂于茶袋底部，将茶袋封口，浸泡到有足量的模拟孔溶液中，分别浸泡不同的时间后将茶袋拎起，静止状态下悬挂10min后称其质量m1。用没有试样的茶袋进行空白试验，称取空白试验茶袋质量m2。用下列公式计算内养护剂的吸液倍率Q：
Q(g/g)＝(m1-m2)/m
式中m1为装有试样茶袋的质量，g；m2为空白试验茶袋的质量，g；m为称取的试样质量。
模拟孔溶液的配制：分别称取16g氢氧化钠、17.92g氢氧化钾、6.96g硫酸钾和0.074g氢氧化钙于烧杯中，然后加入蒸馏水至1000g，搅拌混合均匀即可。
流动度的测试方法参照GB/T8077-2000，其中内养护剂掺量为水泥质量的0.5％，水灰比为0.35，减水剂掺量为0.5％。
实施例1
一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法，包括以下步骤：
将53.3g30％的氢氧化钠溶液加入到36g丙烯酸中，配制成中和度为80％的丙烯酸溶液；
将3.6g聚乙烯醇1788完全溶解于87.1g水中，然后加入上述中和过的丙烯酸溶液、0.18gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺和1.08g过硫酸铵混匀，加热至40℃后反应12h，得到高吸水性树脂凝胶，经造粒、干燥、粉碎、筛分和表面交联后得到150～200目高吸水性树脂；
将25g3,4环氧环己基乙基三甲氧基硅烷分散于75g苯中，再加入50g高吸水性树脂充分混合，放入120℃烘箱中反应2h，得到最终的混凝土内养护剂。
实施例2
一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法，包括以下步骤：
将53.3g30％的氢氧化钠溶液加入到36g丙烯酸中，配制成中和度为80％的丙烯酸溶液；
将10.8g聚乙烯醇1788完全溶解于79.9g水中，然后加入上述中和过的丙烯酸溶液、0.72gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2.16g过硫酸钾混匀，加热至60℃后反应8h，得到高吸水性树脂凝胶，经造粒、干燥、粉碎、筛分和表面交联后得到150～200目高吸水性树脂；
将40g缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷分散于120g苯中，再加入50g高吸水性树脂充分混合，放入160℃烘箱中反应1h，得到最终的混凝土内养护剂。
实施例3
一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法，包括以下步骤：
将53.3g30％的氢氧化钠溶液加入到36g丙烯酸中，配制成中和度为80％的丙烯酸溶液；
将7.2g聚乙烯醇1788完全溶解于23.5g水中，然后加入上述中和过的丙烯酸溶液、0.45gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺和1.62g过硫酸钠混匀，加热至50℃后反应10h，得到高吸水性树脂凝胶，经造粒、干燥、粉碎、筛分和表面交联后得到150～200目高吸水性树脂；
将40g缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷分散于120g苯中，再加入50g高吸水性树脂充分混合，放入160℃烘箱中反应1h，得到最终的混凝土内养护剂。
实施例4
一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法，包括以下步骤：
将53.3g30％的氢氧化钠溶液加入到36g丙烯酸中，配制成中和度为80％的丙烯酸溶液；
将7.2g聚乙烯醇1788完全溶解于70g水中，然后加入上述中和过的丙烯酸溶液、0.45gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺和1.62g过硫酸钠混匀，加热至50℃后反应10h，得到高吸水性树脂凝胶，经造粒、干燥、粉碎、筛分和表面交联后得到150～200目高吸水性树脂；
将32.5g环氧环己基乙基三甲氧基硅烷分散于97.5g苯中，再加入50g高吸水性树脂充分混合，放入140℃烘箱中反应1.5h，得到最终的混凝土内养护剂。
对比实施例1
参照专利CN200710053035.1实施例1制备混凝土内养护剂。
对比实施例2
参照专利CN201210000574.X实施例1制备混凝土内养护剂。
测试实施例1至4和对比实施例1和2制得的混凝土内养护剂性能，结果见表1。
表1实施例和对比实施例性能测试结果
由表1可知：本发明不仅在聚合过程中引入了聚乙烯醇，而且进一步引入了硅烷偶联剂来降低吸水速率，制备得到的内养护剂可以延缓其吸收拌合水的速率，减少了对混凝土工作性的影响；同时内养护剂可以吸收适量的孔溶液，减少混凝土的早期自收缩，7d减缩率达到80％，14d减缩率可以达到68％，解决了高吸水性树脂作为内养护剂使用时混凝土工作性和自收缩相矛盾的难题。

Claims (4)

1.一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）高吸水性树脂的制备：将聚乙烯醇完全溶解于去离子水中，然后加入中和过的丙烯酸溶液、交联剂和引发剂混匀，加热至40-60℃后反应8~12h，得到高吸水性树脂凝胶，经造粒、干燥、粉碎、筛分和表面交联后得到高吸水性树脂；
（2）混凝土内养护剂的制备：将硅烷偶联剂溶于苯中，再加入步骤（1）制得的高吸水性树脂充分混合，放入120~160℃烘箱中反应1~2h，即得最终的混凝土内养护剂；
步骤（1）中所述聚乙烯醇、交联剂、引发剂的用量分别为丙烯酸质量的10~30wt%、0.5~2wt%、3~6wt%；所述丙烯酸浓度为20~30wt%，中和度为80%，中和剂为30wt%的氢氧化钠溶液；
步骤（2）中所述硅烷偶联剂用量为高吸水性树脂质量的50~80wt%，硅烷偶联剂苯溶液的浓度为25%。
2.根据权利要求1所述的一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述聚乙烯醇为聚乙烯醇1788；所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述高吸水性树脂筛分后的目数为150~200目。
4.根据权利要求1所述的一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述硅烷偶联剂为3,4环氧环己基乙基三甲氧基硅烷或缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
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