專利名稱:一種梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土的制備方法
技術領域:
本發明屬于建筑材料制備領域,具體涉及一種梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土的制備方法。
背景技術:
在現代土木工程結構比如橋梁、海港工程、隧道、鐵路、地下工程、市政建造物、機場等,混凝土是最重要的建筑材料。混凝土材料本身是一種多孔材料,其孔隙分布于從十幾納米的微觀孔到毫米級的宏觀可見孔,以及宏觀的裂縫等。傳統的水泥砂漿存在著很多缺點,如抗壓強度較高而抗拉強度和粘結強度較低,彈性模量較高而變形能力較差,性質較脆,容易開裂等等,使得其在應用中面臨著很多困難。采用聚合物乳液或可再分散膠粉對砂漿和混凝土進行改性,可以賦予砂漿和混凝土許多優越的性能。大量的研究和實踐表明,聚合物加入水泥基砂漿和混凝土體系,其作用體現在兩個方面對新拌砂漿性能的改善,比如提高砂漿早期粘結力、改善工作性能和可操作時間等;對凝結后砂漿性能的改善,如改善力學性能,提高抗折強度及極限形變,增加柔韌性,提高砂漿粘結強度,降低體積收縮率,降低孔隙率,提高抗滲耐水性等,最終達到延長砂漿或混凝土體系使用壽命的功能。聚合物改性砂漿和混凝土作為一種新型的復合材料由于其優異的性能,越來越受到人們的廣泛關注。聚合物改性砂漿和混凝土是將聚合物乳液與水泥相拌和作為膠凝材料,摻入骨料配制成的混凝土。聚合物乳液在水泥砂漿和混凝土凝結硬化過程中脫水,在砂漿和混凝土中尤其是水泥和骨料的過渡區形成結構,包裹水泥顆粒,從而對水泥混凝土的性能起到改善作用。本世紀40年代以來,先后有人利用水泥填充天然橡膠膠乳用作鋪路材料,提出用配合比的方法生產天然橡膠乳液改性水泥基材料的方法。50年代后,對聚合物用于水泥混凝土進行了一定程度的研究,并開始把部分研究成果在實際工程中使用。60 70年代,開始研究用不同形態的聚合物,諸如應用聚合物單體、樹脂、聚合物粉末等對水泥混凝土進行改進。80年代后,研究的深度進一步深入,不僅是對各種聚合物改性效果進行了較深入的研究,而且對改性機理、聚合物與水泥、水泥水化生成物之間的作用機理也從理論上進行了較深入的分析。用于水泥基材料改性的聚合物乳液的種類也逐漸增多,從最初的天然橡膠漿,到聚醋酸乙烯酯乳液,而70年代以后廣泛采用丁苯膠乳、氯丁膠乳、丙烯酸酯共聚物乳液等。目前,聚合物水泥砂漿和混凝土在國內的應用,以聚合物的改性水泥砂漿的形式用于修補、耐蝕防護材料為主,而很少用聚合物改性水泥混凝土作為建筑結構材料。這是因為聚合物水泥混凝土改性砂漿施工比較方便,新鮮砂漿具有較好的工作性能,與老混凝土或鋼材表面粘結良好,便于與破損結構結合,形成致密的抗滲保護修復層。聚合物改性水泥砂漿和混凝土與其他水泥砂漿和混凝土改性措施(如加纖維水泥混凝土)相比有以下明顯的優點水泥砂漿和混凝土的力學性能得到改善,尤其是抗折強度得以提高,雖然抗壓強度有所降低,但韌性得以提高;砂漿和混凝土剛性降低,變形能力增大,對許多工程有利;砂漿和混凝土孔隙率有所降低,微裂縫發展有所抑制;砂漿和混凝土的耐久性與抗侵蝕能力有一定程度提高;特別適用于破損水泥砂漿和混凝土的修補工程;完全適應現有的水泥砂漿和混凝土制造工藝過程。在砂漿和混凝土中加入聚合物乳液改性,理想的狀況是水泥水化產物與聚合物相互穿透,聚合物相在砂漿和混凝土中呈現網狀結構,如果荷載造成混凝土內出現微裂紋,該部位的聚合物膜就會承受進一步傳遞來的拉應力。裂紋擴展須補充能量,因此可以提高砂漿和混凝土的抗拉和抗折強度,斷裂伸長率也有所提高。在水泥進一步水化過程中,聚合物集合體在孔隙壁上富集并部分形成覆蓋于孔隙內壁的薄層,進一步改善水泥砂漿和混凝土中較為薄弱的水泥骨料界面過渡區。這就要求聚合物乳液能在室溫下干燥成連續的膜結構,同時所成膜具有一定的彈性和強度。由于水泥砂漿和混凝土為強堿性環境,聚合物也必須具有良好的耐堿性。用于水泥砂漿和混凝土改性的聚合物有四類,即水溶性聚合物、聚合物乳液(分散體)、可再分散的聚合物粉料和液體聚合物。目前使用較多、效果較好的聚合物是聚合物乳液,主要分三類1)橡膠乳液類主要有天然乳膠、丁苯乳膠、氯丁乳膠和甲基丙烯酸甲脂-丁二烯膠乳等;2)熱塑性樹脂乳液類主要有聚丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯脂乳液、苯丙乳液、聚丙酸乙烯脂乳液、氯乙烯-偏氯乙烯共聚乳液等;3)熱固性樹脂乳液類主要有環氧樹脂乳液、不飽和聚酯乳液等。但是以上所述傳統的聚合物乳液改性砂漿和混凝土作用單一、聚合物乳液摻量較大,一般為砂漿和混凝土中水泥量的5% 20%,摻量的增多容易引起水泥砂漿和混凝土成型過程中引氣率的提高,抗壓強度的大幅度降低,吸水率的增大,同時由于聚合物乳液價格較為昂貴,較高的摻量也會導致成本的增加。本專利涉及一種新型的梯度分布聚合物乳液改性混凝土,本發明的技術效果是在較低的乳液摻量下(是目前同類產品的幾分之一至幾十分之一),顯著提高水泥砂漿和混凝土的抗滲性和抗離子滲透性,提高抗折強度。所用聚合物乳液是無機材料和聚合物的復合組成,具有硬核軟殼結構的納米粒子,能在較低溫度下形成連續的具有一定強度的聚合物膜,同時該乳液具有一定的磁場響應。砂漿和混凝土成型并用磁場強化表面M 48小時后,所加入聚合物乳液將沿磁場強度方向呈梯度分布,并在砂漿和混凝土表面層形成更加致密的保護膜。功能特點是由于在成型過程中加入因而可以在砂漿和混凝土表面原位生成保護,無需后期處理,聚合物乳液摻量小。改性砂漿和混凝土表面抗滲、抗離子滲透作用明顯,降低孔隙率,增加密實性,防止裂紋發展,且無其它不良副作用。本品所需合成聚合物乳液可調控性大,結構和粒徑大小方便調節,合成工藝簡單環保,合成原料經濟易得。外觀為淡咖啡色,均一穩定溶液,PH8 11,有良好的耐堿性和儲存穩定性,密封保存。
發明內容
本發明的目的是提供一種梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土的制備方法。一種梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土的制備方法,其特征在于,包括以下步驟(1)在氮氣環境下,將狗(13 · 6H20和i^eS04 · 7H20溶解在去離子水中,升溫至40 70°C,快速加入氨水,攪拌10分鐘,加入油酸,保溫2 3小時,之后繼續升溫至80 90°C,攪拌0. 5 1. 5小時,冷卻稀釋得黑色無機磁性液體;(2)用乙醇和去離子水交替洗滌無機磁性液體5 6次,進行磁場分離并加入5 15g正辛烷,得到質量分數5 80%的油基磁性母液;(3)將油基磁性母液與含乳化劑的水溶液進行超聲混合得到均勻溶液,加入10 500g聚合物單體溶脹1 5小時,升溫至50 90°C,加入1 30g引發劑充分聚合1 3 小時后,加入40 600g單體和4 50g引發劑持續反應1 12小時,降溫冷卻,濾去殘渣后用NaOH調節原液pH值至堿性,得磁性聚合物乳液;(4)將水泥與砂漿混合,制成砂漿混凝土配料;將磁性聚合物乳液與水充分攪拌至均勻,然后緩慢加入到砂漿混凝土配料中,并加入消泡劑,在所成型砂漿和混凝土上方加以磁場,M 48小時之后撤去磁場,養護觀天,得到具有致密表面保護層的梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土。所述步驟(1)中所加i^eC13 · 6H20、FeS04 · 7H20、去離子水、氨水與油酸的比例為 (20 IOOg) (10 60g) (50 250ml) (20 150g) (1 20g)。所述步驟(4)中所加水泥、砂漿、磁性聚合物乳液、水與消泡劑的質量比為 450g 1350g (5 90g) 225g (2 IOg)。本發明的有益效果1、本發明所加入的聚合物乳液摻量小,節約成本。2、該聚合物乳液外加磁場后沿磁場強度方向呈梯度分布,并在砂漿和混凝土表面層形成更加致密的保護膜,顯著提高水泥砂漿和混凝土的抗滲性和抗離子滲透性,提高抗折強度。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明實施例1 氮氣環境下,將25g FeC13 · 6H20和40g FeS04 · 7H20溶解在50ml去離子水中,升溫至60°C,快速加入80g氨水,保持加熱溫度及攪拌速度10分鐘后,加入2g油酸,保溫2小時,之后繼續升溫至80°C,繼續攪拌0. 5小時。用乙醇和去離子水交替洗滌該液體5 6次洗去多余的油酸之后,進行磁場分離并加入IOg正辛烷,得到油基磁性母液。 將IOg所制備的油基磁性母液與含有5g乳化劑的水溶液進行超聲混合得到均勻溶液后,加入IOg聚合物單體溶脹2小時,升溫至90°C,用3g的引發劑充分聚合3小時后,加入50g聚合物單體和IOg引發劑持續反應3小時,降溫冷卻,濾去殘渣后用NaOH調節原液PH值至堿性,即得磁性聚合物乳液。測試磁性聚合物原液粒徑大小為180nm,分散指數為0. 134。實施例2 氮氣環境下,將45g FeC13 · 6H20和60g FeS04 · 7H20溶解在IOOml去離子水中,升溫至60°C,快速加入120g氨水,保持加熱溫度及攪拌速度10分鐘后,加入5g 油酸,保溫2小時,之后繼續升溫至90°C,繼續攪拌1小時。用乙醇和去離子水交替洗滌該液體5 6次洗去多余的油酸之后,進行磁場分離并加入5g正辛烷,即可得到油基磁性母液。 將IOg所制備的油基磁性母液與含有8g乳化劑的水溶液進行超聲混合得到均勻溶液后,加入IOOg聚合物單體溶脹5小時,升溫至90°C,用6g的引發劑充分聚合3小時后,加入150g 聚合物單體和20g引發劑持續反應8小時,降溫冷卻,濾去殘渣后用NaOH調節原液PH值至堿性,即得磁性聚合物乳液。測試磁性聚合物原液粒徑大小為130nm,分散指數為0. 152。實施例3 氮氣環境下,將75g FeCl3 · 6H20和40g FeS04 · 7H20溶解在150ml去離子水中,升溫至70°C,快速加入40g氨水,保持加熱溫度及攪拌速度10分鐘后,加入7g 油酸,保溫3小時,之后繼續升溫至90°C,繼續攪拌1小時。用乙醇和去離子水交替洗滌該液體5 6次洗去多余的油酸之后,進行磁場分離并加入18g正辛烷,即可得到油基磁性母液。將60g所制備的磁性母液與含有15g乳化劑的水溶液進行超聲混合得到均勻溶液后,加入300g聚合物單體溶脹4小時,升溫至90°C,用8g的引發劑充分聚合2小時后,加入300g 聚合物單體和40g引發劑持續反應10小時,降溫冷卻,濾去殘渣后用NaOH調節原液PH值至堿性,即得磁性聚合物乳液。測試磁性聚合物原液粒徑大小為210nm,分散指數為0. 092。實施例4 氮氣環境下,將IOOg FeC13 ·6Η20和IOg FeS04 ·7Η20溶解在200ml去離子水中,升溫至40°C,快速加入150g氨水,保持加熱溫度及攪拌速度10分鐘后,加入IOg 油酸,保溫3小時,之后繼續升溫至90°C,繼續攪拌1小時。用乙醇和去離子水交替洗滌該液體5 6次洗去多余的油酸之后,進行磁場分離并加入IOg正辛烷,即可得到油基磁性母液。將40g所制備的油基磁性母液與含有25g乳化劑的水溶液進行超聲混合得到均勻溶液后,加入380g聚合物單體溶脹1小時,升溫至60°C,用IOg的引發劑充分聚合1小時后,加入400g聚合物單體和45g引發劑持續反應12小時,降溫冷卻,濾去殘渣后用NaOH調節原液PH值至堿性,即得磁性聚合物乳液。測試磁性聚合物原液粒徑大小為253nm,分散指數為 0.078。實施例5 氮氣環境下,將 IOOg FeC13 · 6H20 和 40g FeS04 · 7H20 溶解在 250ml 去離子水中,升溫至50°C,快速加入140g氨水,保持加熱溫度及攪拌速度10分鐘后,加入 18g油酸,保溫2小時,之后繼續升溫至80°C,繼續攪拌1小時。用乙醇和去離子水交替洗滌該液體5 6次洗去多余的油酸之后,進行磁場分離并加入15g正辛烷,即可得到油基磁性母液。將80g所制備的油基磁性母液與含有5g乳化劑的水溶液進行超聲混合得到均勻溶液后,加入500g聚合物單體溶脹5小時,升溫至60°C,用8g的引發劑充分聚合2小時后, 加入600g聚合物單體和48g引發劑持續反應4小時,降溫冷卻,濾去殘渣后用NaOH調節原液PH值至堿性,即得磁性聚合物乳液。測試磁性聚合物原液粒徑大小為276nm,分散指數為 0. 178。實施例6 將450g水泥與1350g砂漿混合,制成砂漿混凝土配料;將實施例3所述磁性聚合物乳液5 90g與225g水充分攪拌至均勻,然后緩慢加入到砂漿混凝土配料中, 并加入2 IOg消泡劑,在所成型砂漿和混凝土上方加以磁場,24 48小時之后撤去磁場, 養護觀天,得到具有致密表面保護層的梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土。所得到的產品性能測試結果如下1)抗滲透性測試ASTM C1202直流電量法
權利要求
1.一種梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土的制備方法,其特征在于,包括以下步驟(1)在氮氣環境下,將狗(13· 6H20和i^eS04 · 7H20溶解在去離子水中,升溫至40 70°C,快速加入氨水,攪拌10分鐘,加入油酸,保溫2 3小時,之后繼續升溫至80 90°C, 攪拌0. 5 1. 5小時,冷卻稀釋得黑色無機磁性液體;(2)用乙醇和去離子水交替洗滌無機磁性液體5 6次,進行磁場分離并加入5 15g 正辛烷,得到質量分數5 80%的油基磁性母液;(3)將油基磁性母液與含乳化劑的水溶液進行超聲混合得到均勻溶液,加入10 500g 聚合物單體溶脹1 5小時,升溫至50 90°C,加入1 30g引發劑充分聚合1 3小時后,加入40 600g單體和4 50g引發劑持續反應1 12小時,降溫冷卻,濾去殘渣后用 NaOH調節原液pH值至堿性,得磁性聚合物乳液;(4)將水泥與砂漿混合,制成砂漿混凝土配料;將磁性聚合物乳液與水充分攪拌至均勻,然后緩慢加入到砂漿混凝土配料中,并加入消泡劑,在所成型砂漿和混凝土上方加以磁場,M 48小時之后撤去磁場,養護觀天,得到具有致密表面保護層的梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土。
2.根據權利要求1所述一種梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土的制備方法,其特征在于,步驟(1)中所加狗(13 WffiOJeSCM ·7Η20、去離子水、氨水與油酸的比例為(20 IOOg) (10 60g) (50 250ml) (20 150g) (1 20g)。
3.根據權利要求1所述一種梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土的制備方法,其特征在于,步驟中所加水泥、砂漿、磁性聚合物乳液、水與消泡劑的質量比為 450g 1350g (5 90g) 225g (2 IOg)。
全文摘要
本發明公開了屬于建筑材料制備領域的一種梯度分布聚合物乳液改性砂漿和混凝土的制備方法。該制備方法在較少聚合物乳液摻量下,提高砂漿和混凝土表面層密實性、防水性、抗氯離子滲透性、抗拉強度,克服了普通聚合物乳液改性砂漿和混凝土乳液摻量高、價格昂貴的缺點。該改性砂漿和混凝土可廣泛應用于鐵路、橋梁、隧道、大壩、近海工程、修補工程等領域。
文檔編號C08K3/30GK102152397SQ20101057576
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者吳純超, 孔祥明 申請人:清華大學