CN106380112B

CN106380112B - 憎水微胶囊在提高混凝土抗渗透性的应用

Info

Publication number: CN106380112B
Application number: CN201610781814.2A
Authority: CN
Inventors: 王振军; 赵鹏; 阎鑫; 吴佳育; 艾涛; 刘加平; 白敏�
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: CN106380112A

Abstract

本发明提供一种抗渗透混凝土及其憎水微胶囊在混凝土中的应用，其中抗渗透混凝土制备原料包括集料、水泥，还包括憎水微胶囊，抗渗透混凝土由以下原料按质量百分比组成：憎水微胶囊为0.1％～0.5％，水泥为17.6％～17.8％，集料为74.5％～74.9％，水为7.2％～7.4％，原料的质量百分数之和为100％。其中，憎水微胶囊的囊芯采用憎水材料，囊壁采用具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯的复合材料。本发明抗渗性混凝土内置憎水微胶囊，在混凝土碱性条件下，其憎水微胶囊壁材逐渐变薄，直至慢慢破裂，缓慢释放憎水微胶囊内部的憎水材料，能够人为控制憎水程度，明显提高水泥混凝土的抗渗能力，同时不影响混凝土的力学性能。

Description

憎水微胶囊在提高混凝土抗渗透性的应用

技术领域

本发明属于道路材料领域，涉及混凝土憎水材料，具体涉及憎水微胶囊在提高混凝土抗渗透性的应用。

背景技术

水泥混凝土由于内部水泥水化或体积收缩而产生水分蒸发，导致其孔隙增大或连通孔隙增加，而使其抗渗能力明显降低。提高水泥混凝土的抗渗能力常用的技术手段是通过提高混凝土的密实度，改善孔隙结构，从而减少渗透通道，提高抗渗性。常用的办法是掺用引气型外加剂，使混凝土内部产生不连通的气泡，截断毛细管通道，改变孔隙结构，从而提高混凝土的抗渗性。此外，减小水灰比，选用适当品种及强度等级的水泥，保证施工质量，特别是注意振捣密实、养护充分等，都可提高水泥混凝土的抗渗性能。

但是，混凝土中添加引气型外加剂后，其力学性能会明显降低；减小水灰比、选用适当的水泥等措施会影响混凝土的工作性能，提高混凝土的成本。另外，水泥混凝土中掺加憎水剂可提高混凝土的抗渗性能，但是憎水剂会出现与水泥适用性差的问题，在一定程度上导致水泥混凝土的工作性能变差，从而影响混凝土的力学性能和抗渗性能。

混凝土的浆体-集料界面本身结构疏松，致密程度较差，是水分渗入混凝土内部的主要通道，掺加到混凝土中的憎水剂容易吸附在集料表面，致使水泥浆体与集料间形成明显的界面，从而影响混凝土的力学性能和抗渗性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种憎水微胶囊用于提高混凝土抗渗透性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

憎水微胶囊在提高混凝土抗渗透性的应用，憎水微胶囊的囊芯采用憎水材料，囊壁为具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物的复合材料，或具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷与聚苯乙烯的复合材料。

憎水材料为甲基硅油、甲基硅酸钠、有机硅烷、四乙氧基硅烷或有机硅氧烷。

具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷为硅醇聚倍半硅氧烷或乙烯基聚倍半硅氧烷。

一种抗渗透混凝土，其制备原料包括集料、水泥，还包括憎水微胶囊，所述憎水微胶囊的囊芯采用憎水材料，囊壁采用具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯的复合材料。

一种抗渗透混凝土，由以下原料按质量百分比组成：憎水微胶囊为 0.1％～0.5％，水泥为17.6％～17.8％，集料为74.5％～74.9％，水为7.2％～7.4％，原料的质量百分数之和为100％。

一种抗渗透混凝土，由以下原料按质量百分比组成：憎水微胶囊为 0.3％，水泥为17.7％，集料为74.7％，水为7.3％。

集料包括粒径范围小于5mm的细集料以及粒径范围为10mm～31.5 mm的粗集料。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明抗渗透混凝土内置憎水微胶囊，在混凝土碱性条件下，其憎水微胶囊壁材逐渐变薄，直至慢慢破裂，缓慢释放憎水微胶囊内部的憎水材料，能够人为控制憎水程度，明显提高水泥混凝土的抗渗能力。

(Ⅱ)本发明憎水微胶囊由于在水泥混凝土拌和和水化初期并未破裂，因此不影响混凝土正常水化，具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷材料的触发作用，能够与混凝土中的组分反应生成二次产物，从而可以提高混凝土力学性能。

(Ⅲ)本发明的憎水微胶囊为内置型，即在水泥混凝土原材料拌和过程中加入，制备工艺简单。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷，是一种具有笼状结构的有机/无机杂化分子，通式(RSiO_3/2)_n，其中R为八个顶角Si原子所连接基团。本发明中掺入的憎水微胶囊，其外壁是具有能够与碱反应的Si-O结构，随着水泥水化程度的深入，水泥内部碱性环境逐渐加强，此时碱性物质很容易与具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷化合物中的二氧化硅发生化学反应，使壁材逐渐变薄，直至慢慢破裂，缓慢释放胶囊内部的憎水芯材。当改变具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷基团的浓度时，胶囊外壁与碱的反应速度就会得到改变，从而能够人为地控制憎水程度。憎水微胶囊的掺入能够明显提高水泥混凝土的抗渗能力，不影响水泥混凝土的工作性能和力学性能；而且具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷材料的触发作用，生成二次水化产物C-S-H，能够提高混凝土的力学性能。

碱与胶囊壁中二氧化硅的反应过程可用如下方程式表示：

xCa(OH)₂+SiO₂+mH₂O→xCaO·SiO₂·nH₂O

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明所述具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷是指分子级大小在1～3nm，其化合物中含有的二氧化硅能特定的与水泥水化后期碱性化合物发生化学反应的一类物质，优选硅醇聚倍半硅氧烷或乙烯基聚倍半硅氧烷。

本发明所述憎水材料是指含有憎水基团的一类憎水性物质，优选甲基硅油、甲基硅酸钠、有机硅烷、四乙氧基硅烷或有机硅氧烷。

实施例1：

本实施例给出一种抗渗透混凝土，由以下原料按质量百分比组成：憎水微胶囊为0.3％，水泥为17.7％，集料为74.7％(其中细集料为21.4％，粗集料为53.3％)，水为7.3％。

其中，粗集料：石灰岩碎石，压碎值为15.1％，粒径为5mm～31.5mm；

细集料：天然河砂，细度模数为2.51，粒径小于5mm；

水泥：P·C32.5水泥，安定性合格，强度等级满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥标准》要求。

基于本实施例的原料配方，本实施例抗渗透混凝土的具体制备过程如下所述：

步骤一，称取2g明胶溶于200ml去离子水中，加热搅拌直至全部溶解，得到乳化剂质量浓度为1％的水相；

步骤二，分别称取2g聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和2g甲基硅油溶于20ml 有机溶剂二氯甲烷中，搅拌使之溶解完全，再向其中加入0.002g硅醇倍半硅氧烷，搅拌均匀，形成的溶液为油相；

步骤三，将油相慢慢加入到水相中，经过高速剪切乳化，高速剪切速率为1000r/min，剪切时间为30min，然后在常温下，转速为300r/min搅拌6h 至有机溶剂完全挥发，即得到憎水微胶囊的悬浊液；

步骤四，将得到的悬浊液经过离心，得到的沉淀使用去离子水洗涤，常温干燥得到憎水微胶囊。

步骤五，将粗集料533g、细集料214g、水泥177g和憎水微胶囊3g在常温条件下拌和，再加入水73g拌和，制得抗渗透混凝土试件。

对本实施例中成型的抗渗透混凝土试件，测试其工作性能、静压强度和抗渗性能：

其中，工作性能：

对本实施例中成型的水泥混凝土试件进行坍落度试验。将坍落度筒清洗干净后，放在经水润湿的刚性平板上，将混凝土拌合物平均分层均匀地装入筒内捣实，刮平筒口多余的混凝土拌合物，在5～10s内垂直平稳提起坍落度筒，量取混凝土试样顶面与坍落度筒顶面的垂直距离，即为坍落度；同时测试加水拌和30min后混凝土的坍落度，评价混凝土的保坍性能，试验结果见表1。

静压强度：

水泥混凝土抗压强度标准试件尺寸为150mm×150mm×150mm，试件成型后放入标准养护箱中静置24h后拆模，随后移至温度为20±5℃，相对湿度在90％以上，采用雾化加湿的养护室中养护。分别测试养护龄期为3d、7d和28d的混凝土立方体抗压强度，试验结果见表2。

抗渗性能：

水泥混凝土试件外形为圆台体，上、下两面分别为直径175mm和185mm 髙度为150mm，养护龄期28d，每组6个试件。经过烤化石蜡密封，固定于抗渗仪模具中。水压设定值为(1.2±0.5)MPa，记录顶面渗水时间。若没有发生渗水现象，应于24h后结束试验。取出试件，用压力机将试块在中心处对称劈裂成两半，用记号笔画出水痕，测取渗水高度，用以渗水高度评价混凝土的抗渗性，测试结果见表3。

实施例2：

本实施例给出一种抗渗透混凝土，由以下原料按质量百分比组成：憎水微胶囊为0.1％，水泥为17.7％，集料为74.9％(其中细集料为21.6％，粗集料为53.3％)，水为7.3％。

本实施例对原料的要求和抗渗透混凝土的制备方法均与实施例1相同。所不同的是，憎水材料采用甲基硅酸钠。

本实施例水泥混凝土试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表 1-3所示。

实施例3：

本实施例给出一种抗渗透混凝土，由以下原料按质量百分比组成：憎水微胶囊为0.2％，水泥为17.8％，集料为74.8％(其中细集料为21.5％，粗集料为53.3％)，水为7.2％。

本实施例对原料的要求和抗渗透混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，囊壁采用乙烯基聚倍半硅氧烷和聚苯乙烯复合材料，憎水材料采用四乙氧基硅烷。

本实施例的水泥混凝土试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表 1-3所示。

实施例4：

本实施例给出一种抗渗透混凝土，由以下原料按质量百分比组成：憎水微胶囊为0.4％，水泥为17.7％，集料为74.6％(其中细集料为21.3％，粗集料为53.3％)，水为7.3％。

本实施例对原料的要求和抗渗透混凝土的制备方法均与实施例1相同。所不同的是，憎水材料采用有机硅烷。

实施例5：

本实施例给出一种抗渗透混凝土，由以下原料按质量百分比组成：憎水微胶囊为0.5％，水泥为17.6％，集料为74.5％(其中细集料为21.2％，粗集料为53.3％)，水为7.4％。

本实施例对原料的要求和抗渗透混凝土的制备方法均与实施例1相同。所不同的是，憎水材料采用有机硅氧烷。

对比例1：

本对比例给出一种水泥混凝土，其制备原料按重量百分比为：水泥 17.7％，水7.3％，细集料21.7％，粗集料53.3％。

本对比例水泥混凝土试件的测试方法与实施例1相同，测试结果如表 1-3所示。

对比例2

本对比例给出一种憎水微胶囊，其中，聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、憎水材料的加入量按质量比为1:1；

水相中乳化剂质量浓度为1％。

本对比例中对原料的要求和憎水微胶囊以及水泥混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，其中憎水微胶囊囊壁只是聚甲基丙烯酸甲酯聚合物，没有添加笼型倍半硅氧烷。

效果分析：

表1表明，随着憎水微胶囊质量百分比的增加，混凝土的初始坍落度和 30min坍落度与未掺加微胶囊的混凝土相比略有提高，但最大值仅为7mm，说明微胶囊对水泥混凝土工作性能没有明显的影响。

表1坍落度测试结果

序号	初始坍落度(mm)	30min坍落度(mm)
			实施例1	71	45
实施例2	66	41
			实施例3	68	42
实施例4	70	46
			实施例5	72	47
对比例1	65	41
			对比例2	68	43

表2混凝土静压强度测试结果

表2表明，随着憎水胶囊质量百分比的增加，水泥混凝土的静压强度先提高后下降，当微胶囊掺量为0.3％时(实施例1)，不同龄期混凝土的强度最高，当掺量逐渐增大时，虽然微胶囊的质量百分比提高，但水泥混凝土内部碱性条件有限，对微胶囊壁材的溶解能力降低，混凝土的强度增长幅度下降，但仍高于对比例1中未掺加微胶囊混凝土的，以及对比例2中使用囊壁未采用笼型倍半硅氧烷的憎水微胶囊的混凝土，说明微胶囊对水泥混凝土不同龄期强度提高效果明显。

表3表明，掺加憎水微胶囊后，混凝土的渗水高度明显降低，混凝土的抗渗能力明显提高。3d龄期混凝土被水渗透，掺加微胶囊后，渗水高度降低；7d龄期混凝土未被水渗透，因为此时混凝土水化程度逐渐加深，碱性环境增强，甲基硅油缓慢释放，渗水高度明显降低；在28d养护龄期时，水泥水化基本结束，混凝土内部碱性最高，憎水材料较好地释放，阻止水分的渗入，混凝土渗水高度降低，水泥混凝土的抗渗能力显著提高。28d养护龄期时实施例中水泥混凝土的渗水高度明显低于对比例2，说明笼型倍半硅氧烷的添加可以起到缓慢释放憎水材料，逐步提高混凝土抗渗能力的效果。

表3混凝土渗水高度测试结果

。

Claims

1.憎水微胶囊在提高混凝土抗渗透性的应用，所述憎水微胶囊包括囊芯和囊壁，所述囊芯采用憎水材料，囊壁为具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物的复合材料，或具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷与聚苯乙烯的复合材料；

所述具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷为硅醇聚倍半硅氧烷或乙烯基聚倍半硅氧烷。

2.如权利要求1所述憎水微胶囊在提高混凝土抗渗透性的应用，其特征在于，所述憎水材料为甲基硅油、甲基硅酸钠、有机硅烷、四乙氧基硅烷或有机硅氧烷。

3.一种抗渗透混凝土，其制备原料包括集料、水泥和水，其特征在于，还包括憎水微胶囊，所述憎水微胶囊的囊芯采用憎水材料，囊壁采用具有官能团的笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯的复合材料；

憎水微胶囊为0.1％～0.5％，水泥为17.6％～17.8％，集料为74.5％～74.9％，水为7.2％～7.4％，原料的质量百分数之和为100％。

4.如权利要求3所述抗渗透混凝土，其特征在于，所述集料包括粒径范围小于5mm的细集料以及粒径范围为10mm～31.5mm的粗集料。