CN112125608A - 一种高强抗渗混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高强抗渗混凝土，所述混凝土的原料包含改性天然河沙，所述天然河沙经过3‑氨基丁基三乙氧基硅烷改性，河沙颗粒的表面具有氨基，与特制的聚氨酯水分散体中的大分子交联，能够减少混凝土固化后内部的空隙，阻断毛细管通道，提高混凝土抗渗性能，同时具备优异的力学性能。本发明还提供了所述混凝土的制备方法。

Description

一种高强抗渗混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域。更具体地，涉及一种高强抗渗混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子等建筑材料按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材；混凝土因具有良好的可塑性、优异的耐久性和强度性能等在建筑、道路施工等领域被广泛使用。但是，由于普通混凝土自身结构的特点，在使用过程中经常会出现渗漏现象，这严重制约了混凝土材料的应用。
因此，需要提供一种抗渗性能优异的混凝土材料，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种高强抗渗混凝土，所述混凝土的原料包含改性天然河沙，所述天然河沙经过3-氨基丁基三乙氧基硅烷改性，河沙颗粒的表面具有氨基，与特制的聚氨酯水分散体中的大分子交联，能够减少混凝土固化后内部的空隙，阻断毛细管通道，提高混凝土抗渗性能，同时具备优异的力学性能。本发明还提供了所述混凝土的制备方法。
一种高强抗渗混凝土，其特征在于，所述混凝土包含以下原料制备而成，各组分以质量份计：水泥20～30份、粗骨料50～60、改性天然河沙20～30、聚氨酯水分散体30～40份；
其中，所述改性天然河沙的制备方法为：
步骤一，在反应器中加入天然河沙、浓硫酸和双氧水，开启搅拌，1～3小时后取出天然河沙，用去离子水洗涤后干燥，得到表面处理的天然河沙；
步骤二，将所述表面处理的天然河沙、甲苯、3-氨基丁基三乙氧基硅烷加入反应器，控制反应器温度为60～80℃，开启搅拌，8～12小时后出料，经过乙醇洗涤、干燥，得到所述改性天然河沙；
所述聚氨酯水分散体的制备方法为：
步骤一，将聚醚二元醇和二羟甲基丙酸加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为70～80℃，缓慢加入异氰酸酯，反应2～4小时后，加入乙二胺基乙磺酸钠，反应1～3小时；
步骤二，继续在反应器中加入丙酮，搅拌均匀后缓慢加入二苯基甲醇，控制反应器温度为50～60℃，反应3～5小时；
步骤三，继续在反应器中加入三乙胺水溶液，将混合物的pH值控制在6～8，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入有机硅润湿剂、消泡剂，搅拌均匀后得到所述聚氨酯分散体。
本领域常用的混凝土固化后，材料内部存在大量连通的毛细管，造成混凝土抗渗性能不好。本发明的发明人通过大量研究发现，采用特制的聚氨酯水分散体参与混凝土的固化，配合特制的改性天然河沙共同使用，其中，所述改性天然河沙的表面存在接枝的氨基，所述聚氨酯水分散体在特定条件下能够对分子中的异氢酸酯基团进行解封，活化后的异氰酸酯基团能够与改性天然河沙表面的氨基反应交联，阻断材料中毛细管的通路，从而提高混凝土的抗渗性能。
所述水泥可以选择本领域常用的水泥，优选为普通硅酸盐水泥。
所述改性天然河沙的制备方法步骤一中，所述浓硫酸、双氧水、天然河沙的用量为：
浓硫酸的质量份为20～30；
双氧水的质量份为10～20；
天然河沙的质量份为10～20。
所述改性天然河沙的制备方法步骤二中，所述表面处理的天然河沙、甲苯、3-氨基丁基三乙氧基硅烷的用量为：
表面处理的天然河沙的质量份为10～30；
甲苯的质量份为100～200；
3-氨基丁基三乙氧基硅烷的质量份为10～30。
天然河沙的主要成分是二氧化硅，本发明采用的是3-氨基丁基三乙氧基硅烷对天然河沙进行改性，通过反应使得天然河沙颗粒的表面接枝上氨丁基，能够与异氰酸酯基团反应，提高材料的抗渗性能。但是本发明的发明人并未能够在其他类似改性方式中发现相似效果，例如采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷进行改性。
需要说明的是，本发明所述质量份指的是特定步骤中各组分相互之间的质量比例。
所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇，数均分子量为1000～2000；所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯。
所述聚醚二元醇、二羟甲基丙酸、乙二胺基乙磺酸钠、二苯基甲醇、异氰酸酯的摩尔比为(0.45～0.55):(0.15～0.25):(0.05～0.15):(0.35～0.45):1。
所述三乙胺水溶液的浓度为1～3％，其中所述浓度为质量浓度。
所述聚氨酯分散体的固含量为40～50％。
所述有机硅润湿剂和消泡剂可以采用本领域常用的类别，例如通过商业采购或者自制得到。
本发明的发明人通过大量研究发现，所述聚氨酯水分散体应用于混凝土的制备中，一方面对混凝土的其他组分有良好的分散作用，促进各组分均匀混合；另一方面，所述混凝土过程中，聚合物分子中的异氰酸酯基团被解封后，既能够与天然河沙表面的氨基反应，又能够与材料中残留的水分反应，提高聚合物分子在材料中的交联性，在保证材料力学性能的情况下，还能够提高材料的抗渗性能。
一种所述混凝土的制备方法，步骤包括：将所述水泥、粗骨料、改性天然河沙、聚氨酯水分散体混合，搅拌均匀后浇注成型，拆模，养护，得到混凝土。优选地，所述步骤中，拆模后将成型的预制品至于45～50℃下放置1～3小时。
本发明的有益效果在于：将所述聚氨酯水分散体应用于混凝土的制备中，配合所述改性天然河沙，能够提高骨料之间的粘结性，减少材料中空隙和连通的毛细管，在保证混凝土力学性能的同时又能够提高材料的抗渗性。此外，所述混凝土的制备不需额外添加减水剂，就能达到传统减水剂所能达到的效果，简化工艺步骤，节约资源。
需要说明的是，本发明技术方案中未做说明的部分，可以参考本领域常用的技术方案，不影响本发明的实施。
本发明所述的混凝土还可以根据实际需要、并参考本领域常用的技术方案向原料中增加其他种类的原料，或者在本发明限定的范围内调整工艺或参数等，不影响本发明的实施。
具体实施方式
实施例和对比例采用的原料包括：
六亚甲基二异氰酸酯，巴斯夫公司生产；
聚四氢呋喃醚二醇1，数均分子量1000，巴斯夫公司生产；
聚四氢呋喃醚二醇2，数均分子量2000，巴斯夫公司生产；
有机硅润湿剂，产品牌号为W110，普为化学公司生产；
消泡剂，产品牌号为DF-420，普为化学公司生产；
普通硅酸盐水泥，唐山奥顺公司生产；
粗骨料，成分为天然石料，廊坊松兴公司生产；
天然河沙，廊坊松兴公司生产。
聚氨酯水分散体1的制备方法为：
步骤一，将聚四氢呋喃醚二醇和二羟甲基丙酸加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为70℃，缓慢加入异氰酸酯，反应4小时后，加入乙二胺基乙磺酸钠，反应3小时；
步骤二，继续在反应器中加入丙酮，搅拌均匀后缓慢加入二苯基甲醇，控制反应器温度为50℃，反应5小时；
步骤三，继续在反应器中加入质量浓度为2％的三乙胺水溶液，将混合物的pH值控制在6～8的范围内，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入有机硅润湿剂、消泡剂，向反应器中补加去离子水至混合物的固含量为40％，搅拌均匀后得到所述聚氨酯水分散体1。
聚氨酯水分散体2～4的制备方法为：
步骤一，将聚四氢呋喃醚二醇和二羟甲基丙酸加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为80℃，缓慢加入异氰酸酯，反应2小时后，加入乙二胺基乙磺酸钠，反应1小时；
步骤二，继续在反应器中加入丙酮，搅拌均匀后缓慢加入二苯基甲醇，控制反应器温度为60℃，反应3小时；
步骤三，继续在反应器中加入质量浓度为2％的三乙胺水溶液，将混合物的pH值控制在6～8的范围内，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入有机硅润湿剂、消泡剂，向反应器中补加去离子水至混合物的固含量为50％，搅拌均匀后分别得到相应聚氨酯水分散体2～4。
聚氨酯水分散体1～4的采用的原料列于表1，各原料以质量份计，所述质量份仅指制备聚氨酯水分散体步骤中各原料相互之间的质量比例。
表1制备聚氨酯水分散体的原料用量(质量份)
Figure BDA0002690662640000051
改性天然河沙1的制备方法为：
步骤一，在反应器中加入天然河沙、浓硫酸和双氧水，开启搅拌，1小时后取出天然河沙，用去离子水洗涤后干燥，得到表面处理的天然河沙；
步骤二，将所述表面处理的天然河沙、甲苯、3-氨基丁基三乙氧基硅烷加入反应器，控制反应器温度为60℃，开启搅拌，8小时后出料，经过乙醇洗涤、干燥，得到改性天然河沙1。
改性天然河沙2～4的制备方法为：
步骤一，在反应器中加入天然河沙、浓硫酸和双氧水，开启搅拌，3小时后取出天然河沙，用去离子水洗涤后干燥，得到表面处理的天然河沙；
步骤二，将所述表面处理的天然河沙、甲苯、3-氨基丁基三乙氧基硅烷加入反应器，控制反应器温度为80℃，开启搅拌，12小时后出料，经过乙醇洗涤、干燥，分别得到所述改性天然河沙2～4。
对比例河沙的制备方法为：
步骤一，在反应器中加入天然河沙、浓硫酸和双氧水，开启搅拌，3小时后取出天然河沙，用去离子水洗涤后干燥，得到表面处理的天然河沙；
步骤二，将所述表面处理的天然河沙、甲苯、3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入反应器，控制反应器温度为80℃，开启搅拌，12小时后出料，经过乙醇洗涤、干燥，得到对比例河沙。
所述改性天然河沙1～4、对比例河沙采用的各原料的用量列于表2，各原料以质量份计，所述质量份仅指制备改性天然河沙步骤中各原料相互之间的质量比例。
表2制备改性天然河沙的原料用量(质量份)
Figure BDA0002690662640000061
实施例1～4测试样品的制备方法为：将硅酸盐水泥、粗骨料和改性天然河沙混合均匀，然后加入聚氨酯水分散体混合均匀后在模具中浇注成型，固化24小时后拆模，将预制品至于50℃下放置3小时，取出的预制品经养护28天后得到待测试样品，测试样品为边长100mm的立方体。
对比例1测试样品的制备方法为：将硅酸盐水泥、粗骨料、对比例河沙混合均匀，然后加入聚氨酯水分散体混合均匀后在模具中浇注成型，固化24小时后拆模，将预制品至于50℃下放置3小时，取出的预制品经养护28天后得到待测试样品，测试样品为边长100mm的立方体。
对比例2测试样品的制备方法为：将硅酸盐水泥、粗骨料、天然河沙混合均匀，然后加入聚氨酯水分散体混合均匀后在模具中浇注成型，固化24小时后拆模，将预制品至于50℃下放置3小时，取出的预制品经养护28天后得到待测试样品，测试样品为边长100mm的立方体。
制备实施例和对比例样品所用的原料列于表3，各原料以质量份计，所述质量份仅指制备混凝土样品步骤中各原料相互之间的质量比例。
表3制备混凝土测试样品的原料用量(质量份)
Figure BDA0002690662640000071
对实施例和对比例的测试样品进行力学性能测试，包括抗压测试和劈拉强度测试，测试标准为GB50081-2002；对测试样品进行抗渗性能的测试标准为GB/T50082-2009。
表3实施例和对比例测试样品的测试结果
Figure BDA0002690662640000072
Figure BDA0002690662640000081
由测试结果可以看出，按照本发明技术方案制备的混凝土，具备优异的力学性能的同时能够提高材料的抗渗性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强抗渗混凝土，其特征在于，所述混凝土包含以下原料制备而成，各组分以质量份计：水泥20～30份、粗骨料50～60、改性天然河沙20～30、聚氨酯水分散体30～40份；
其中，所述改性天然河沙的制备方法为：
步骤一，在反应器中加入天然河沙、浓硫酸和双氧水，开启搅拌，1～3小时后取出天然河沙，用去离子水洗涤后干燥，得到表面处理的天然河沙；
步骤二，将所述表面处理的天然河沙、甲苯、3-氨基丁基三乙氧基硅烷加入反应器，控制反应器温度为60～80℃，开启搅拌，8～12小时后出料，经过乙醇洗涤、干燥，得到所述改性天然河沙；
所述聚氨酯水分散体的制备方法为：
步骤一，将聚醚二元醇和二羟甲基丙酸加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为70～80℃，缓慢加入异氰酸酯，反应2～4小时后，加入乙二胺基乙磺酸钠，反应1～3小时；
步骤二，继续在反应器中加入丙酮，搅拌均匀后缓慢加入二苯基甲醇，控制反应器温度为50～60℃，反应3～5小时；
步骤三，继续在反应器中加入三乙胺水溶液，将混合物的pH值控制在6～8，搅拌均匀后减压蒸馏除去丙酮，加入有机硅润湿剂、消泡剂，搅拌均匀后得到所述聚氨酯分散体。
2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述改性天然河沙的制备方法步骤一中，所述浓硫酸、双氧水、天然河沙的用量为：
浓硫酸的质量份为20～30；
双氧水的质量份为10～20；
天然河沙的质量份为10～20。
4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述改性天然河沙的制备方法步骤二中，所述表面处理的天然河沙、甲苯、3-氨基丁基三乙氧基硅烷的用量为：
表面处理的天然河沙的质量份为10～20；
甲苯的质量份为100～200；
3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量份为10～30。
5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇，数均分子量为1000～2000；所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯。
6.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述聚醚二元醇、二羟甲基丙酸、乙二胺基乙磺酸钠、二苯基甲醇、异氰酸酯的摩尔比为(0.45～0.55):(0.15～0.25):(0.05～0.15):(0.35～0.45):1。
7.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述三乙胺水溶液的浓度为1～3％。
8.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述聚氨酯分散体的固含量为40～50％。
9.一种权利要求1～8所述混凝土的制备方法，其特征在于，步骤包括：将所述水泥、粗骨料、改性天然河沙、聚氨酯水分散体混合，搅拌均匀后浇注成型，拆模，养护，得到混凝土。优选地，所述步骤中，拆模后将成型的预制品至于45～50℃下放置1～3小时。
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