CN109020325A - 一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新型功能材料技术领域，公开了一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，按照重量份计由以下成分制成：水泥340‑350份、磷酸二氢铵溶液15‑18份、聚乙二醇7.5‑8.0份、改性剂2.0‑2.4份、硫酸镁0.45‑0.50份、乳化剂0.35‑0.38份、固化剂0.25‑0.30份、消泡剂0.15‑0.20份、水200‑210份；在水泥水化反应过程中添加改性剂，交联固化成膜，利用改性剂形成网络结构，填补水泥粒子空隙，具有稳定的物理化学结构，改善效果不受外界环境影响，使得水泥结构更加密实，防止裂纹的形成，与现有水泥产品相比较，防水耐腐蚀性能显著提高，孔隙率明显降低。

Description

一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料
技术领域
本发明属于新型功能材料技术领域，具体涉及一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料。
背景技术
1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现:要获得水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制;用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。这个重要的发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础。
水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。早期石灰与火山灰的混合物与现代的石灰火山灰水泥 很相似，用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。在家庭装修中，地砖、墙砖粘贴以及砌筑等都要用到水泥砂浆，它不仅可以增强面材与基层的吸附能力，而且还能保护内部结构，同时可以作为建筑毛面的找平层，所以在装修工程中，水泥砂浆是必不可少的材料。
水泥作为常用建筑材料的代表，施工性较好，具有优良的抗压强度，但是随着对工程材料的要求越来越高，水泥存在的缺点得以放大，其脆性差，自重高，施工后容易开裂，延伸性差，耐久性差，防水性、耐腐蚀性弱等缺点，使得水泥在工程材料上的应用受到限制。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，防水耐腐蚀性能显著提高，抗裂性能增强，孔隙率明显降低。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，按照重量份计由以下成分制成：水泥340-350份、磷酸二氢铵溶液15-18份、聚乙二醇7.5-8.0份、改性剂2.0-2.4份、硫酸镁0.45-0.50份、乳化剂0.35-0.38份、固化剂0.25-0.30份、消泡剂0.15-0.20份、水200-210份；所述改性剂的制备方法包括以下步骤：
（1）向三口烧瓶中加入35-40毫升甘油和0.6-0.7克三氟化硼，搅拌混合30-40分钟，然后水浴加热至70-75℃，向烧瓶中滴加28-30克环氧氯丙烷，控制滴加速度为1.2-1.3克/分钟，滴加完后以400-500转/分钟的速度搅拌反应55-60分钟，得到粘稠液体，降温至60-65℃，加碳酸钠溶液调节pH值在7.5-7.6范围，加入35-40毫升无水乙醇，搅拌混合均匀，保温2-3小时反应完全；
（2）将壳聚糖、氢氧化钠按照质量比为1:4.2-4.3的比例混合，称取1.1-1.2克混合物置于烧杯中，加入20-25毫升无水乙醇，磁力搅拌40-50分钟，得到混合碱液，将配制得到的混合碱液均分为3次加入到步骤（1）中反应物中，每次间隔15-20分钟搅拌至完全溶解，加入14-15克聚乙烯亚胺和0.3-0.4克氯化钴，搅拌均匀，通入氮气，在78-80℃下恒温搅拌反应3.0-3.5小时，过滤除去生成的碳酸钴沉淀，然后减压蒸馏除去剩余溶剂，所得产物使用沸腾去离子水离心分离洗涤2-3次，再经过减压脱水得到极性基团接枝改性甘油环氧树脂即为所述改性剂。
作为对上述方案的进一步描述，磷酸二氢铵溶液质量浓度为2.0-2.5%。
作为对上述方案的进一步描述，所述固化剂是由己二胺与乙醇按照质量比为2.0-2.2:1.7-1.9的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，所述改性水泥工程材料制备中先将水泥、改性剂和水混合机械搅拌均匀，再加入剩余成分。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述碳酸钠溶液pH值在10.4-10.8范围。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氯化钴在使用前在60-70℃真空干燥箱中干燥3-5小时。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有水泥在工程材料应用中防水防裂性能不足的问题，本发明提供了一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，在水泥水化反应过程中添加改性剂，交联固化成膜，利用改性剂形成网络结构，填补水泥粒子空隙，具有稳定的物理化学结构，改善效果不受外界环境影响，使得水泥结构更加密实，防止裂纹的形成，与现有水泥产品相比较，防水耐腐蚀性能显著提高，孔隙率明显降低，本发明制备得到的具有防水防裂性能的改性水泥工程材料解决了现有水泥在工程材料应用中防水防裂性能不足的问题，并具有较高的抗折、抗压强度，耐酸碱性、耐候性强，不受环境变化影响，兼顾了防水性能和耐久性能的提高，提高了有改性水泥的开发利用，能够实现提高水泥综合性能以及扩展水泥适用领域的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，按照重量份计由以下成分制成：水泥340份、磷酸二氢铵溶液15份、聚乙二醇7.5份、改性剂2.0份、硫酸镁0.45份、乳化剂0.35份、固化剂0.25份、消泡剂0.15份、水200份；所述改性剂的制备方法包括以下步骤：
（1）向三口烧瓶中加入35毫升甘油和0.6克三氟化硼，搅拌混合30分钟，然后水浴加热至70℃，向烧瓶中滴加28克环氧氯丙烷，控制滴加速度为1.2克/分钟，滴加完后以400转/分钟的速度搅拌反应55分钟，得到粘稠液体，降温至60℃，加碳酸钠溶液调节pH值在7.5-7.6范围，加入35毫升无水乙醇，搅拌混合均匀，保温2小时反应完全；
（2）将壳聚糖、氢氧化钠按照质量比为1:4.2的比例混合，称取1.1克混合物置于烧杯中，加入20毫升无水乙醇，磁力搅拌40分钟，得到混合碱液，将配制得到的混合碱液均分为3次加入到步骤（1）中反应物中，每次间隔15分钟搅拌至完全溶解，加入14克聚乙烯亚胺和0.3克氯化钴，搅拌均匀，通入氮气，在78℃下恒温搅拌反应3.0小时，过滤除去生成的碳酸钴沉淀，然后减压蒸馏除去剩余溶剂，所得产物使用沸腾去离子水离心分离洗涤2次，再经过减压脱水得到极性基团接枝改性甘油环氧树脂即为所述改性剂。
作为对上述方案的进一步描述，磷酸二氢铵溶液质量浓度为2.0%。
作为对上述方案的进一步描述，所述固化剂是由己二胺与乙醇按照质量比为2.0:1.7的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，所述改性水泥工程材料制备中先将水泥、改性剂和水混合机械搅拌均匀，再加入剩余成分。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述碳酸钠溶液pH值在10.4-10.8范围。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氯化钴在使用前在60℃真空干燥箱中干燥3小时。
实施例2
一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，按照重量份计由以下成分制成：水泥345份、磷酸二氢铵溶液16份、聚乙二醇7.8份、改性剂2.2份、硫酸镁0.48份、乳化剂0.37份、固化剂0.28份、消泡剂0.18份、水205份；所述改性剂的制备方法包括以下步骤：
（1）向三口烧瓶中加入38毫升甘油和0.65克三氟化硼，搅拌混合35分钟，然后水浴加热至72℃，向烧瓶中滴加29克环氧氯丙烷，控制滴加速度为1.25克/分钟，滴加完后以450转/分钟的速度搅拌反应58分钟，得到粘稠液体，降温至62℃，加碳酸钠溶液调节pH值在7.5-7.6范围，加入38毫升无水乙醇，搅拌混合均匀，保温2.5小时反应完全；
（2）将壳聚糖、氢氧化钠按照质量比为1:4.25的比例混合，称取1.15克混合物置于烧杯中，加入22毫升无水乙醇，磁力搅拌45分钟，得到混合碱液，将配制得到的混合碱液均分为3次加入到步骤（1）中反应物中，每次间隔18分钟搅拌至完全溶解，加入14.5克聚乙烯亚胺和0.35克氯化钴，搅拌均匀，通入氮气，在79℃下恒温搅拌反应3.3小时，过滤除去生成的碳酸钴沉淀，然后减压蒸馏除去剩余溶剂，所得产物使用沸腾去离子水离心分离洗涤2次，再经过减压脱水得到极性基团接枝改性甘油环氧树脂即为所述改性剂。
作为对上述方案的进一步描述，磷酸二氢铵溶液质量浓度为2.2%。
作为对上述方案的进一步描述，所述固化剂是由己二胺与乙醇按照质量比为2.1:1.8的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，所述改性水泥工程材料制备中先将水泥、改性剂和水混合机械搅拌均匀，再加入剩余成分。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述碳酸钠溶液pH值在10.4-10.8范围。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氯化钴在使用前在65℃真空干燥箱中干燥4小时。
实施例3
一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，按照重量份计由以下成分制成：水泥350份、磷酸二氢铵溶液18份、聚乙二醇8.0份、改性剂2.4份、硫酸镁0.50份、乳化剂0.38份、固化剂0.30份、消泡剂0.20份、水210份；所述改性剂的制备方法包括以下步骤：
（1）向三口烧瓶中加入40毫升甘油和0.7克三氟化硼，搅拌混合40分钟，然后水浴加热至75℃，向烧瓶中滴加30克环氧氯丙烷，控制滴加速度为1.3克/分钟，滴加完后以500转/分钟的速度搅拌反应60分钟，得到粘稠液体，降温至65℃，加碳酸钠溶液调节pH值在7.5-7.6范围，加入40毫升无水乙醇，搅拌混合均匀，保温3小时反应完全；
（2）将壳聚糖、氢氧化钠按照质量比为1:4.3的比例混合，称取1.2克混合物置于烧杯中，加入25毫升无水乙醇，磁力搅拌50分钟，得到混合碱液，将配制得到的混合碱液均分为3次加入到步骤（1）中反应物中，每次间隔20分钟搅拌至完全溶解，加入15克聚乙烯亚胺和0.4克氯化钴，搅拌均匀，通入氮气，在80℃下恒温搅拌反应3.5小时，过滤除去生成的碳酸钴沉淀，然后减压蒸馏除去剩余溶剂，所得产物使用沸腾去离子水离心分离洗涤3次，再经过减压脱水得到极性基团接枝改性甘油环氧树脂即为所述改性剂。
作为对上述方案的进一步描述，磷酸二氢铵溶液质量浓度为2.5%。
作为对上述方案的进一步描述，所述固化剂是由己二胺与乙醇按照质量比为2.2:1.9的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，所述改性水泥工程材料制备中先将水泥、改性剂和水混合机械搅拌均匀，再加入剩余成分。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述碳酸钠溶液pH值在10.4-10.8范围。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氯化钴在使用前在70℃真空干燥箱中干燥5小时。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，省略所述改性剂的制备添加，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，使用等量的甘油环氧树脂代替所述改性剂，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，改性剂制备中，省略步骤（2）中壳聚糖的添加，其余保持一致。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，改性剂制备中，省略步骤（2）中聚乙烯亚胺的添加，其余保持一致。
对比例5
与实施例3的区别仅在于，改性剂制备中，省略步骤（2）中氯化钴的添加，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-5的方法制备具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，以在水泥中添加质量分数为5%的双酚A环氧树脂的方法作为对照组，以相同厂家生产的硅酸盐水泥作为试验对象，按照各组方法加工制备水泥工程材料，装入长宽厚为16cm·8cm·5cm的模具成型，脱模后分别进行养护（温度为20±2℃，相对湿度为85±5%），做好标记作为试样（每组制备5个），在不同养护龄期进行各项性能测试，保持试验中无关变量一致，对制备得到的各组样品性能进行评估，统计有效平均值，结果如下表所示：
本发明制备得到的具有防水防裂性能的改性水泥工程材料解决了现有水泥在工程材料应用中防水防裂性能不足的问题，并具有较高的抗折、抗压强度，耐酸碱性、耐候性强，不受环境变化影响，兼顾了防水性能和耐久性能的提高，提高了有改性水泥的开发利用，能够实现提高水泥综合性能以及扩展水泥适用领域的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。

Claims (6)

1.一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，其特征在于，按照重量份计由以下成分制成：水泥340-350份、磷酸二氢铵溶液15-18份、聚乙二醇7.5-8.0份、改性剂2.0-2.4份、硫酸镁0.45-0.50份、乳化剂0.35-0.38份、固化剂0.25-0.30份、消泡剂0.15-0.20份、水200-210份；所述改性剂的制备方法包括以下步骤：
（1）向三口烧瓶中加入35-40毫升甘油和0.6-0.7克三氟化硼，搅拌混合30-40分钟，然后水浴加热至70-75℃，向烧瓶中滴加28-30克环氧氯丙烷，控制滴加速度为1.2-1.3克/分钟，滴加完后以400-500转/分钟的速度搅拌反应55-60分钟，得到粘稠液体，降温至60-65℃，加碳酸钠溶液调节pH值在7.5-7.6范围，加入35-40毫升无水乙醇，搅拌混合均匀，保温2-3小时反应完全；
（2）将壳聚糖、氢氧化钠按照质量比为1:4.2-4.3的比例混合，称取1.1-1.2克混合物置于烧杯中，加入20-25毫升无水乙醇，磁力搅拌40-50分钟，得到混合碱液，将配制得到的混合碱液均分为3次加入到步骤（1）中反应物中，每次间隔15-20分钟搅拌至完全溶解，加入14-15克聚乙烯亚胺和0.3-0.4克氯化钴，搅拌均匀，通入氮气，在78-80℃下恒温搅拌反应3.0-3.5小时，过滤除去生成的碳酸钴沉淀，然后减压蒸馏除去剩余溶剂，所得产物使用沸腾去离子水离心分离洗涤2-3次，再经过减压脱水得到极性基团接枝改性甘油环氧树脂即为所述改性剂。
2.如权利要求1所述一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，其特征在于，磷酸二氢铵溶液质量浓度为2.0-2.5%。
3.如权利要求1所述一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，其特征在于，所述固化剂是由己二胺与乙醇按照质量比为2.0-2.2:1.7-1.9的比例混合得到的。
4.如权利要求1所述一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，其特征在于，所述改性水泥工程材料制备中先将水泥、改性剂和水混合机械搅拌均匀，再加入剩余成分。
5.如权利要求1所述一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，其特征在于，步骤（1）所述碳酸钠溶液pH值在10.4-10.8范围。
6.如权利要求1所述一种具有防水防裂性能的改性水泥工程材料，其特征在于，步骤（2）所述氯化钴在使用前在60-70℃真空干燥箱中干燥3-5小时。
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