CN108947302B - 一种纳米复合保水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米复合保水剂及其制备方法，纳米复合保水剂是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料1～3份，丙烯酰胺14.2份、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527～530份。制备方法：称取纳米材料，将其溶于去离子水中，超声分散，得到纳米材料分散液；将纳米材料分散液、丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、去离子水加入反应釜中，搅拌并升温；将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温，搅拌下反应，反应结束后，再加入氢氧化钠和去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂。本发明对水泥吸附性好，能显著提高水泥基灌浆料的粘聚、抗离析、抗泌水性能，且制备工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种保水剂，特别是一种纳米复合保水剂。本发明还涉及所述纳米复合保水剂的制备方法。
背景技术
水泥被制成各种形式混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土及构筑物，在工业和民用建筑、公路、铁路、水利、电力、海港和国防工程等应用领域都显示出其优越性。但是水泥也有其难以克服的缺点，例如：粘聚性差、同其他材料混合和易性差、易离析等。因而，水泥基灌浆料经搅拌后容易出现水泥浆和水上浮而骨料下沉而导致的分层离析现象，影响灌浆料质量的均匀性、成型的密实性。为了改善水泥基灌浆料的这些缺陷，加入适量的保水剂可以达到改善和易性、提高灌浆料粘聚性、防止泌水的效果。
发明人检索到以下相关专利文献：CN1854246A公开了一种纳米复合保水剂及其制备方法，复合保水剂的原料重量份数组成为：丙烯酰胺100份，凹凸棒土10－50份，引发剂0.05－1.0份，交联剂0.05－1.0份。所制备的保水剂吸蒸馏水倍数为1500－3000g/g，吸生理盐水的倍数为90－120g/g，该保水剂在节水农业、退耕还林、防风固沙和生态恢复等方面有广泛的应用前景。CN106750567A公开了一种高效复合保水剂，该发明由膨润土，纤维素醚，聚丙烯酰胺，生物质颗粒，淀粉醚等组分混合配制而成。
以上这些技术对于如何使米复合保水剂做到对水泥吸附性好，能显著提高水泥基灌浆料的粘聚、抗离析、抗泌水性能，并未给出具体的指导方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种纳米复合保水剂，该纳米复合保水剂对水泥吸附性好，能显著提高水泥基灌浆料的粘聚、抗离析、抗泌水性能，且制备工艺简单。
为此，本发明还要提供所述的纳米复合保水剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种纳米复合保水剂，其技术方案在于它是由下述组分及重量份数(质量份数)的原料制成的：纳米材料1～3份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527～530份。
所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米硅酸镁锂(水辉石)、纳米蒙脱土中的一种或几种以任意比例形成的组合物(即组合)。上述的引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种。
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于去离子水中，去离子水的用量为30～40重量份，超声分散1～1.5小时，得到纳米材料分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、30～35重量份去离子水加入反应釜中，搅拌并将温度升至50±5℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50±5℃，搅拌下反应3～3.5小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和剩余的去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂(产品)。
上述技术方案中，优选的技术方案可以是，所述的步骤①中去离子水的用量最好为35重量份，步骤②中去离子水的用量最好为32重量份，步骤③中去离子水的用量最好为460重量份。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是实施例1～实施例6记载的技术方案。
本发明的使用方法可采用拌合混凝土时添加以及和混凝土外加剂复配两种方式进行。本发明的掺量(加入量)为混凝土中胶凝材料(总质量)的0.1％～0.2％。
本发明的纳米复合保水剂达到了良好的性能效果，其性能指标参见本说明书后面的表1。与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:本发明制备的纳米复合保水剂为水溶液，无需后处理，可直接应用，且长时间放置后其粘度变化极小。本发明制备的纳米复合保水剂对水泥吸附性好，能显著提高水泥基灌浆料的粘聚、抗离析、抗泌水性能，且不显著影响其流动度。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：本发明所述的纳米复合保水剂是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料即纳米二氧化硅1份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即过硫酸铵0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份。所述重量份数可以是重量单位克。
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于35份(可以是大约35ml)去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液即纳米二氧化硅分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜(可以是500ml三口烧瓶)中，搅拌(可以调节搅拌速度)并将温度升至50℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂(产品)。
实施例2：本发明所述的纳米复合保水剂是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料即纳米二氧化硅2份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即过硫酸铵0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份。
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液即纳米二氧化硅分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜(可以是500ml三口烧瓶)中，搅拌(可以调节搅拌速度)并将温度升至50℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂(产品)。
实施例3：本发明所述的纳米复合保水剂是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料即纳米氧化铝3份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份。
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液即纳米氧化铝分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜(可以是500ml三口烧瓶)中，搅拌(可以调节搅拌速度)并将温度升至50℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂(产品)。
实施例4：本发明所述的纳米复合保水剂是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料即纳米蒙脱土2份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份。
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液即纳米蒙脱土分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜(可以是500ml三口烧瓶)中，搅拌(可以调节搅拌速度)并将温度升至55℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温55℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂(产品)。
实施例5：本发明所述的纳米复合保水剂是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料即纳米硅酸镁锂2份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即过硫酸铵0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份。
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液即纳米硅酸镁锂分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜(可以是500ml三口烧瓶)中，搅拌(可以调节搅拌速度)并将温度升至50℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂(产品)。
实施例6：本发明所述的纳米复合保水剂是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料3份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份。所述纳米材料为纳米氧化铝、纳米硅酸镁锂、纳米蒙脱土三种原料的组合(组合物)，纳米氧化铝、纳米硅酸镁锂、纳米蒙脱土的重量之比为1∶0.5∶1.5；
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，即分别称取纳米氧化铝、纳米硅酸镁锂、纳米蒙脱土，将它们溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜(可以是500ml三口烧瓶)中，搅拌(可以调节搅拌速度)并将温度升至48℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温48℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂(产品)。
以下为本发明的试验部分：本发明的纳米复合保水剂达到了良好的性能效果，其性能指标参见表1，表1为以上各实施例性能指标。
将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6的纳米复合保水剂与一般保水剂进行比较，分别测试对混凝土坍落度、扩展度和泌水率的影响。实验所用水泥为拉法基425普硅水泥，按照GB/8076-2008《混凝土外加剂》进行试验。
表1不同保水剂对混凝土性能的影响
由混凝土坍落度、扩展度和泌水率数据可知，相比于一般保水剂，本发明的纳米复合保水剂对混凝土初始流动度影响很小；纳米复合保水剂对混凝土保坍性的影响也明显优于一般保水剂；保水剂可明显降低混凝土泌水率，纳米复合保水剂对混凝土泌水改善效果更好。综上所述，纳米复合保水剂可不降低初始流动性，并显著提高保坍性，降低了泌水率。
本发明提供了一种纳米复合保水剂，该纳米复合保水剂对水泥吸附性好，能显著提高水泥基灌浆料的粘聚、抗离析、抗泌水性能，且不显著影响其流动度，制备工艺简单，本发明的制造成本降低了20％以上。
Claims (10)
1.一种纳米复合保水剂，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料1～3份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527～530份；
所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米硅酸镁锂、纳米蒙脱土中的一种或几种以任意比例形成的组合物；
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于去离子水中，去离子水的用量为30～40重量份，超声分散1～1.5小时，得到纳米材料分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、30～35重量份去离子水加入反应釜中，搅拌并将温度升至50±5℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50±5℃，搅拌下反应3～3.5小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和剩余的去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂。
2.根据权利要求1所述的纳米复合保水剂，其特征在于上述的引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种。
3.根据权利要求1所述的纳米复合保水剂，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料即纳米二氧化硅1份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即过硫酸铵0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份；
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液即纳米二氧化硅分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜中，搅拌并将温度升至50℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂。
4.根据权利要求1所述的纳米复合保水剂，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料即纳米二氧化硅2份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即过硫酸铵0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份；
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液即纳米二氧化硅分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜中，搅拌并将温度升至50℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂。
5.根据权利要求1所述的纳米复合保水剂，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料即纳米氧化铝3份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份；
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液即纳米氧化铝分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜中，搅拌并将温度升至50℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂。
6.根据权利要求1所述的纳米复合保水剂，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料即纳米蒙脱土2份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份；
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液即纳米蒙脱土分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜中，搅拌并将温度升至55℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温55℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂。
7.根据权利要求1所述的纳米复合保水剂，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料即纳米硅酸镁锂2份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即过硫酸铵0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份；
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液即纳米硅酸镁锂分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜中，搅拌并将温度升至50℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂。
8.根据权利要求1所述的纳米复合保水剂，其特征在于它是由下述组分及重量份数的原料制成的：纳米材料3份，丙烯酰胺14.2份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.2份，甲基丙烯酸酯3份，引发剂即偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐0.05份，氢氧化钠4.3份、去离子水527份；
所述纳米材料为纳米氧化铝、纳米硅酸镁锂、纳米蒙脱土三种原料的组合，纳米氧化铝、纳米硅酸镁锂、纳米蒙脱土的重量之比为1∶0.5∶1.5；
所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，即分别称取纳米氧化铝、纳米硅酸镁锂、纳米蒙脱土，将它们溶于35份去离子水中，超声分散1小时，得到纳米材料分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、32重量份去离子水加入到反应釜中，搅拌并将温度升至48℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温48℃，搅拌下反应3小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和460重量份去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂。
9.一种权利要求1所述的纳米复合保水剂的制备方法，其特征在于所述的纳米复合保水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述重量份数称取纳米材料，将其溶于去离子水中，去离子水的用量为30～40重量份，超声分散1～1.5小时，得到纳米材料分散液；②将得到的纳米材料分散液、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、30～35重量份去离子水加入反应釜中，搅拌并将温度升至50±5℃；③将引发剂加入到升温后的溶液中，恒温50±5℃，搅拌下反应3～3.5小时，反应结束后，再加入氢氧化钠和剩余的去离子水，得到粘稠状液体即为纳米复合保水剂。
10.根据权利要求9所述的纳米复合保水剂的制备方法，其特征在于上述的步骤①中去离子水的用量为35重量份，步骤②中去离子水的用量为32重量份，步骤③中去离子水的用量为460重量份。
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