CN107879656B - 一种混凝土保水材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型混凝土保水材料，属于混凝土领域。一种混凝土保水材料，由以下方法制备得到：A、将丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺溶于水中，然后加入无机多孔材料，吸附后干燥，得复合材料；B、将亚硫酸氢钠、过硫酸铵并溶于水中，得溶液A，将溶液A滴入步骤A所得复合材料中，反应得粗产物；C、粗产物经乙醇和丙酮的混合溶剂浸泡，得纯产物，经干燥、破碎、研磨即得。本发明混凝土保水材料不受外界环境变化影响，保水性能优异，能显著提高混凝土的抗裂性，同时不影响混凝土其他性能；制备工艺简单，原料廉价，成本低廉，制得推广应用。

Description

一种混凝土保水材料

技术领域

本发明属于混凝土领域，涉及一种新型混凝土保水材料。

背景技术

混凝土保水材料是一种有机-无机相结合的材料，现有技术方案采用同步法制备复合交联网络聚合物，步骤如下：首先，进行自由基引发-接枝反应，根据酸碱度监测体系自由基接枝聚合反应的程度；接着，进行无机高分子预聚，预聚溶液一般不太稳定，需要调控酸碱度和温度维持其预聚状态；最后，当自由基聚合逐渐进行到共聚阶段时，溶液酸碱度会发生显著变化，此时应适当控制温度，降低反应速率，将预聚无机高分子溶液加入到有机反应溶液中，进行有机高分和无机高分子的“交联-聚合”。

上述制备有机-无机复合材料(即为混凝土保水材料)的方法十分复杂，且由于其所制备的复合材料中有机高分子材料并没有被有效地封装而是裸露在外，因此当其掺入到混凝土中会对混凝土的强度造成不利的影响，这些缺陷使得其应用受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型混凝土保水材料，其保水性能优异，能够抑制混凝土的开裂，且不影响混凝土的强度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种混凝土保水材料，该混凝土保水材料由以下方法制备得到：

A、将丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于水中，然后加入无机多孔材料，吸附后干燥，得复合材料；

B、将亚硫酸氢钠、过硫酸铵并溶于水中，得溶液A，将溶液A滴入步骤A所得复合材料中，滴毕，反应得粗产物；

C、粗产物经乙醇和丙酮的混合溶剂浸泡，得纯产物，纯产物经干燥、破碎、研磨，得混凝土保水材料。

其中，上述混凝土保水材料中，步骤A中，丙烯酰胺、丙烯酸与氢氧化钠的质量比为1： 3～5：0.5～0.8，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量为氢氧化钠质量的10％～30％。

其中，上述混凝土保水材料中，步骤A中，所述水的用量为丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的总质量的1.0～1.5倍。

其中，上述混凝土保水材料中，步骤A中，所述无机多孔材料的用量为丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的总质量的3.5～4.5倍。

其中，上述混凝土保水材料中，步骤A中，所述无机多孔材料为浮石粉或陶粒。

优选的，上述混凝土保水材料中，步骤A中，所述无机多孔材料为浮石粉，所述浮石粉的粒度为300～600目。

其中，上述混凝土保水材料中，步骤A中，所述吸附的时间为0.5～4.0h。

其中，上述混凝土保水材料中，步骤B中，所述亚硫酸氢钠与过硫酸铵的质量比为1： 2～2.5；所述硫酸铵和亚硫酸氢钠的总用量为丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和N,N-亚甲基双丙烯酰胺总质量的0.01％～1.0％。

其中，上述混凝土保水材料中，步骤B中，所述水的用量为浮石粉质量的60％～80％。

其中，上述混凝土保水材料中，步骤B中，溶液A的滴加速率为0.5～1滴/秒。

其中，上述混凝土保水材料中，步骤B中，所述反应的温度为15～50℃，时间为1～3h。

其中，上述混凝土保水材料中，步骤B中，所述浸泡的时间为不少于2h。

本发明的有益效果是：

本发明创造性的提出了一种混凝土内保水的新思路，将丙烯酸、丙烯酰胺以及N,N-亚甲基双丙烯酰胺通过自然吸附封装技术封装在无机材料(浮石或陶粒)内部，在引发剂(亚硫酸氢钠、过硫酸铵)作用下反应生成的有机高分子材料，制备出类似“核-壳”结构的新型内保水材料，该材料相对于传统无机材料的优势是充分发挥有机高分子材料和无机材料的作用，通过化学作用(氢键、范德华力)和物理作用双管齐下共同作用保水，而非单一的物理作用，保水效率更高，并且在外界环境发生变化时，仍能够尽可能地锁住混凝土中的水分，同时尽可能的降低成本；同时“核-壳”结构的混凝土保水材料不会造成有机高分子材料对混凝土性能(如抗折抗压强度、耐久性等)的不利影响，并且能抑制混凝土的开裂，能够满足工程施工的需要；本发明混凝土保水材料的制备工艺简单，原料廉价，成本低廉，制得推广应用。

附图说明

图1本发明混凝土保水材料的制备流程示意图

具体实施方式

具体的，一种混凝土保水材料，由以下方法制备得到：

A、将丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于水中，然后加入浮石粉，吸附后干燥，得复合材料；

B、将亚硫酸氢钠、过硫酸铵并溶于水中，得溶液A，将溶液A滴入步骤A所得复合材料中，滴毕，反应得粗产物；

C、粗产物经乙醇和丙酮的混合溶剂浸泡，得纯产物，纯产物经干燥、破碎、研磨，得混凝土保水材料。

本发明方法步骤A中，丙烯酰胺、丙烯酸与氢氧化钠的质量比为1：3～5：0.5～0.8，N,N- 亚甲基双丙烯酰胺的质量为氢氧化钠质量的10％～30％；丙烯酰胺、丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺三种物质为反应单体参与聚合物生产的反应，而氢氧化钠起到催化剂和中和丙烯酸的作用；控制反应物和催化剂用量，可能够生产最大分子量的高分子聚合物，而N,N-亚甲基双丙烯酰胺的用量不可过多，否则会造成聚合物交联，影响产品质量。

本发明方法对丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、N,N-亚甲基双丙烯酰胺的纯度要求较低，一般不低于化学纯。

本发明方法步骤A中，水的用量为丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的总质量的1.0～1.5倍；水用量不宜过多，否则导致反应单体不能完全进入浮石粉内部，从而导致反应单体在外表面发生反应，影响有机高分子材料的性能；优选的，水的纯度不低于蒸馏水。

本发明中无机多孔材料可以包括浮石粉、陶粒等，浮石粉是指岩浆凝成的海绵状岩石经过研磨后得到的粉体，其在反应中起到提供载体的作用，即其内部孔道为聚合反应的场所；步骤A中，无机多孔材料的用量为丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的总质量的3.5～4.5倍；优选的，所述无机多孔材料为浮石粉，所述浮石粉的粒度为300～600 目。

无机多孔材料对丙烯酸、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺有吸附作用，为保证吸附效果，吸附的时间为0.5～4h。吸附烷后，干燥至待其表面干燥即可，不需要对内部的水分进行处理。

本发明方法步骤B中，亚硫酸氢钠和过硫酸铵起到作为氧化-还原反应引发剂的作用，亚硫酸氢钠与过硫酸铵的质量比为1：2～2.5，作为引发剂，亚硫酸氢钠和过硫酸铵的用量一般为单体质量(丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的总质量)的0.01％～1.0％。

本发明方法步骤B中，水的用量为浮石粉质量的60％～80％；溶液A的滴加速率为0.5～1 滴/秒，滴加过慢，反应变慢，影响效率；滴加过快，反应加快，容易爆聚。

本发明方法步骤B中控制温度为10～50℃，有助于控制反应的进程，不至于出现反应过快的现象，一般反应1～3h即可。

步骤B制得粗产物，将粗产物在乙醇和丙酮的混合溶剂(混合溶剂的质量一般为浮石粉质量的3～8倍)浸泡不少于2h可洗去残留未反应的单体，纯产物。

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

(1)、混凝土保水材料的制备：

A、取42g丙烯酰胺、128g丙烯酸、24g氢氧化钠、2.8gN,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于200mL 的水中并搅拌均匀，然后加入800g无机多孔材料浮石粉，充分搅拌混匀，待浮石粉吸附半小时后，干燥(待其表面干燥即可，不需要对内部的水分进行处理)，得复合材料；

B、取0.3g亚硫酸氢钠、0.68g过硫酸铵并溶于500g量的蒸馏水中，搅拌均匀后，采用缓慢滴加方式(滴加速率为0.5～1滴/秒)，将其滴入到步骤A所得复合材料中，滴毕，20～30℃ (常温)下反应1h，得粗产物；

C、粗产物在乙醇和丙酮的混合溶剂(质量为浮石粉质量的4倍)中浸泡2h，过滤洗涤，洗去残留未反应的单体，得固体，固体在真空烘箱中干燥至恒重，经破碎、研磨至所需细度 (300～600目)，即得到新型混凝土保水材料。

(2)、新型混凝土保水材料失水速率测试效果：

称取20g新型混凝土保水材料两批和20g原始材料(浮石)两批，分别加入15g的水让其吸附0.5h，然后放置于50℃和60℃温度下，测试两种材料分别在两个温度下的保水能力，试验结果表明新型混凝土保水材料的失水速率慢，在10小时后仍能出现重量损失的现象即持续失水的能力，说明本实施例混凝土保水材料的保水性能十分优异。

(3)、砂浆平板抗裂试验测试效果：

按一定的配合比来配制砂浆，掺入不同量的新型保水材料(0％和0.2％)，见表1。

在加强实验条件情况下(试块表面温度50～60℃)，经过1h的试验后，发现未添加有保水材料的试块出现2～3条裂缝，随着时间的增加，裂缝越来越大，而添加有保水材料的试块并未出现裂缝；4h后，添加有保水材料的砂浆试块仍然没有出现裂缝，说明保水材料的加入能够明显提高砂浆试块的抗裂效果，这是由于保水材料能够通过物理作用和化学作用双重作用将水分锁住，在外界温度持续升高时能够防止因过多水分散失而造成的裂缝。

表1砂浆配合比

(4)、胶砂性能研究测试效果：

按照GB200-2003的方法，进行新型混凝土保水材料不同掺量(0、0.2％、0.4％、0.6％) 的胶砂强度试验，试验结果表明，保水材料的加量存在一个最佳加量范围即为0.2％-0.5％(结合以下试验结果而来)之间，在这个范围内，保水材料对抗折抗压强度的影响都很小，能够满足工程施工的需要。

(5)、混凝土耐久性能测试效果：

用不同掺量的新型混凝土保水材料拌制混凝土，保持混凝土配合比的水胶比、砂率等参数(参数见砂浆配合比，见表1)不变，混凝土耐久性试验成果见表2。

表2不同掺量新型保水材料拌制混凝土耐久性试验成果

由表1数据可知，新型混凝土保水材料的增减对混凝土抗冻性能影响比较明显，混凝土保水材料掺量增加，混凝土相对动弹模损失减小；用不同掺量新型保水材料所拌制的混凝土经过200次冻融循环后质量损失率基本相同。

实施例2

(1)、混凝土保水材料的制备：

A、取44g丙烯酰胺、128g丙烯酸、28g氢氧化钠、5.6gN,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于240mL 水中并搅拌均匀，然后加入800g无机多孔材料浮石粉，充分搅拌混匀，待浮石粉吸附半小时后，干燥，得复合材料；

B、取0.3g亚硫酸氢钠、0.68g过硫酸铵并溶于600mL蒸馏水中，搅拌均匀后，采用缓慢滴加方式(滴加速率为0.5～1滴/秒)，将其滴入到步骤A所得复合材料中，滴毕，20～30℃(常温)下反应1h，得粗产物；

C、粗产物在乙醇和丙酮的混合溶剂(质量为浮石粉质量的5倍)中浸泡2h，洗去残留未反应的单体，得固体，固体在真空烘箱中干燥至恒重，经破碎、研磨至所需细度(300～600 目)，即得新型混凝土保水材料。

(2)、新型混凝土保水材料失水速率测试效果：

称取20g新型混凝土保水材料两批和20g原始材料(浮石)两批，分别加入15g的水让其吸附0.5h，然后放置于50℃和60℃温度下，测试保水材料的保水能力，试验结果表明新型保水材料的失水速率慢，在6小时后仍能出现重量损失的现象即持续失水的能力，说明本实施例混凝土保水材料的保水性能十分优异。

(3)、砂浆平板抗裂试验测试效果：

按一定的配合比来配制砂浆，掺入不同量的新型混凝土保水材料(0％和0.2％)，见表1。

在加强实验条件情况下(试块表面温度50～60℃)，经过1h的试验后，发现未添加有保水材料的试块出现3～4条裂缝，随着时间的增加，裂缝越来越大，而添加有保水材料的试块并未出现裂缝；4h后，添加有保水材料的砂浆试块仍然没有出现裂缝，说明混凝土保水材料的加入能够明显提高砂浆试块的抗裂效果。

实施例3

(1)、混凝土保水材料的制备：

A、取39g丙烯酰胺、182g丙烯酸、28g氢氧化钠、7.5gN,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于250mL 水中并搅拌均匀，然后加入800g无机多孔材料浮石粉，充分搅拌混匀，待浮石粉吸附半小时后，干燥，得复合材料；

B、取0.3g亚硫酸氢钠、0.68g过硫酸铵并溶于500蒸馏水中，搅拌均匀后，采用缓慢滴加方式(滴加速率为0.5～1滴/秒)，将其滴入到步骤A所得复合材料中，滴毕，20～30℃(常温)下反应1h，得粗产物；

C、粗产物在乙醇和丙酮的混合溶剂(质量为浮石粉质量的4倍)中浸泡2h，洗去残留未反应的单体，得固体，固体在真空烘箱中干燥至恒重，经破碎、研磨至所需细度(300～600 目)，即得新型混凝土保水材料。

(2)、新型混凝土保水材料失水速率测试效果：

称取20g新型混凝土保水材料两批和20g原始材料(浮石)两批，分别加入15g的水让其吸附0.5h，然后放置于50℃和60℃温度下，测试保水材料的保水能力，试验结果表明新型保水材料的失水速率慢，在8.5小时后仍能出现重量损失的现象即持续失水的能力，说明本实施例混凝土保水材料的保水性能十分优异。

(3)、砂浆平板抗裂试验测试效果：

按一定的配合比来配制砂浆，掺入不同量的新型保水材料(0％和0.2％)，见表1。

在加强实验条件情况下(试块表面温度50～60℃)，经过1h的试验后，发现未添加混凝土保水材料的试块出现1～3条裂缝，随着时间的增加，裂缝越来越大；添加混凝土保水材料的试块也并未出现裂缝，抗裂效果明显。

Claims (3)

1.混凝土保水材料，其特征在于：由以下方法制备得到：

A、将丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于水中，然后加入无机多孔材料，吸附后干燥，得复合材料；

B、将亚硫酸氢钠、过硫酸铵并溶于水中，得溶液A，将溶液A滴入步骤A所得复合材料中，滴毕，反应得粗产物；

C、粗产物经乙醇和丙酮的混合溶剂浸泡，得纯产物，纯产物经干燥、破碎、研磨，得混凝土保水材料；

步骤A中，丙烯酰胺、丙烯酸与氢氧化钠的质量比为1：3~5：0.5~0.8；所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量为氢氧化钠质量的10%~30%；

步骤A中，所述水的用量为丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的总质量的1.0~1.5倍；

步骤A中，所述无机多孔材料为浮石粉；所述浮石粉的用量为丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的总质量的3.5~4.5倍；

步骤A中，所述吸附的时间为0.5~4h；

步骤B中，所述亚硫酸氢钠与过硫酸铵的质量比为1：2~2.5；所述硫酸铵和亚硫酸氢钠的总用量为丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和N,N-亚甲基双丙烯酰胺总质量的0.01%~1.0%；

步骤B中，所述水的用量为浮石粉质量的60%~80%；

步骤B中，溶液A的滴加速率为0.5~1滴/秒；

步骤B中，所述反应的温度为15~50℃，时间为1~3h。

2.根据权利要求1所述的混凝土保水材料，其特征在于：步骤A中，所述浮石粉的粒度为300~600目。

3.根据权利要求1或2所述的混凝土保水材料，其特征在于：步骤B中，所述浸泡的时间为不少于2h。

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