水泥混凝土內(nèi)摻型水性增強(qiáng)劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及建筑材料行業(yè)混凝±外加劑領(lǐng)域，特別設(shè)及一種水泥混凝±內(nèi)滲型水 性增強(qiáng)劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水泥混凝±是當(dāng)今世界使用量最大的建筑材料，廣泛應(yīng)用于市政、橋梁、公路、工 業(yè)民用工程。水泥混凝±硬化后具有極高的抗壓強(qiáng)度，但是其抗彎或抗拉強(qiáng)度相對很低，工 程中普遍通過使用鋼筋的方法增加混凝±結(jié)構(gòu)的抗彎或抗拉強(qiáng)度。鋼筋混凝±的使用，在 提高混凝±初性的同時(shí)，也帶來了一些弊端:一方面，增加了混凝±的成本;另一方面，由于 鋼筋會發(fā)生誘蝕，鋼筋誘蝕使鋼筋體積增加，會給混凝±結(jié)構(gòu)帶來開裂風(fēng)險(xiǎn)，尤其是海工混 凝±結(jié)構(gòu)或西部鹽堿地環(huán)境下的鋼筋混凝±結(jié)構(gòu);最后，鋼筋混凝±施工相對復(fù)雜，增加了 安裝、焊接等步驟。
[0003] 水泥混凝±抗彎強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度低的主要原因是水泥水化產(chǎn)物C-S-H凝膠的本質(zhì) 決定的。一方面，水泥水化產(chǎn)物C-S-H凝膠主要通過巧離子或侶離子通過離子配位鍵與娃氧 四面體形成新鍵，眾所周知的，離子配位鍵的鍵能很低；另一方面，更主要的原因是C-S-H凝 膠由低聚合度的娃氧四面體組成，聚合度低，導(dǎo)致其抗彎抗拉強(qiáng)度低，在宏觀上表現(xiàn)為脆性 特征，初性較差。
[0004] 實(shí)際工程上除通過配筋改善混凝±初性差的缺點(diǎn)。隨著研究的深入，特別是交叉 學(xué)科的發(fā)展，鋼纖維及各種聚合物纖維被用于提升混凝±的抗彎或抗拉強(qiáng)度。
[0005] 中國專利(CN101585680B)公開一種具有均勻金屬纖維的混凝±，具有減少混凝± 斷面并增加對抗應(yīng)力的剛性作用。
[0006] 中國專利(CN102603232B)公開了 一種用于混凝±的聚甲醒纖維，可W與混凝±的 組分發(fā)生鍵合作用，從而提高混凝±性能。
[0007] 中國專利(CN103641326B)公開了一種混凝±改性劑，主要由膨潤±、丙締酸乳液、 聚丙締纖維和納米碳粉組成。
[000引滲入各種纖維可W在一定程度上改善混凝±性能，但是需要纖維具有足夠的模 量，鋼纖維具有很大的模量，但是存在分散難，容易誘蝕的風(fēng)險(xiǎn)，高分子聚合物纖維同樣存 在分散難的問題，且其模量相對較低，最主要的，纖維的使用只是降低了混凝±塑形階段的 抗裂風(fēng)險(xiǎn)，且并不能從根本上解決混凝±初性差、易開裂的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明針對混凝±自身表現(xiàn)為脆性特征，初性較差；而添加纖維，又難分散的問 題;提供一種水泥混凝上內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑;從水化產(chǎn)物聚合度角度解決水泥混凝上初性 差的缺點(diǎn)，提出利用分子結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)娃原子的雙官能團(tuán)硅氧烷化合物改進(jìn)混凝±初性 差的缺陷。
[0010] 本發(fā)明所述水泥混凝±內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑，為雙官能團(tuán)硅烷乳液，所述雙官能團(tuán) 硅烷乳液按重量百分比，包括下列組分：1-65%的硅烷，0.2-5%的乳化劑，0-2%的消泡劑 W及余量的水。
[0011] 其中，所述硅烷為每個(gè)分子結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)娃原子的雙官能團(tuán)硅氧烷化合物，通 式如下：
[0012] (Ri〇)3SiR2NHR3Si(OR4)3
[001 ；3 ] r1為C出或C出C出;r2為(C出)3〇C出CH (0H) C出、C出C出C出或 [0014] CH2CH2CH(CH2CH2CH(0H)CH2CH2) ;R3為CH2CH2C出或 [001引 C出C出C出畑C出C出;尺4為(：出或C出C出；
[0016] 符合前述通式的硅烷，為雙-(丫甲氧基娃丙基)胺或雙-(丫-Ξ乙氧基娃丙基） 胺；
[0017] 符合前述通式的硅烷，也可W由含有一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的硅氧烷和含有端氨基的娃氧 燒制備得到，制備條件為:20-80°C條件下，將摩爾比為1:1的含有一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的硅氧烷加 入攬拌的端氨基的硅氧烷中，保持?jǐn)埌?0minW上，降溫。
[001引上述含有一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的硅氧烷選自下述硅烷的任意一種W上任意比例的混合 物:3-(2,3環(huán)氧丙氧）丙基Ξ甲氧基硅烷、3-(2,3環(huán)氧丙氧）丙基Ξ乙氧基硅烷、2-(3,4-環(huán) 氧環(huán)己烷基）乙基二甲氧基硅烷、2-( 3,4-環(huán)氧環(huán)己烷基）乙基二乙氧基硅烷；
[0019] 上述含有端氨基的硅氧烷選自下述硅烷的一種或任意兩種W上的混合物:3-氨丙 基Ξ甲氧基硅烷、3-氨丙基Ξ乙氧基硅烷、Ν-(β-氨乙基-丫-氨丙基)Ξ甲氧基硅烷、Ν-(β- 氨乙基-丫-氨丙基)Ξ乙氧基硅烷。
[0020] 所述乳化劑為下述一種W上非離子乳化劑的任意比例的混合物：聚氧乙締烷基 酸、聚氧乙締烷基苯基酸、聚氧乙締脂肪酸醋、脫水山梨糖醇脂肪酸醋、聚氧乙締脫水山梨 糖醇脂肪酸醋。具體的講，可W包括:脫水山梨糖醇單月桂酸醋、脫水山梨糖醇單棟桐酸醋、 脫水山梨糖醇單硬脂酸醋、脫水山梨糖醇Ξ硬脂酸醋、脫水山梨糖醇單油酸醋、脫水山梨糖 醇Ξ油酸醋、脫水山梨糖醇單倍半油酸醋、聚氧乙締脫水山梨糖醇Ξ硬脂酸醋、聚氧乙締脫 水山梨糖醇單油酸醋、聚氧乙締脫水山梨糖醇Ξ油酸醋、聚氧乙締山梨糖醇四油酸醋、聚氧 乙締月桂基酸等。
[0021] 所述消泡劑為C7-C22的高碳醇，聚酸類和有機(jī)娃類消泡劑的一種W上任意比例的 混合物。
[0022] 本發(fā)明所述水泥混凝±內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑的制備方法:0-60°C時(shí)，將乳化劑溶解 分散于水中，向其中加入上述的雙官能團(tuán)硅氧烷化合物；W不小于20化pm的轉(zhuǎn)速攬拌5min W上，至體系呈乳液狀，加入消泡劑并補(bǔ)齊余量的水后將溫度降至室溫。
[0023] 本發(fā)明所述水泥混凝±內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑，有別于傳統(tǒng)的纖維外加劑，主要為水 性雙官能團(tuán)硅烷乳液，利用硅烷可W與水泥水化產(chǎn)物形成新的娃氧鍵，從水泥水化產(chǎn)物C- S-H凝膠聚合度的角度進(jìn)行增強(qiáng)，利用有機(jī)分子的柔初性提升了混凝±的力學(xué)性能。 具體實(shí)施例
[0024] 根據(jù)下述實(shí)施例，可W更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí) 施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會限 制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
[0025]下述實(shí)施，例所示均為總量為100份的重量份。
[00%] 實(shí)施例1
[0027] 3(TC水浴條件下，將0.2份脫水山梨糖醇單月桂酸醋乳化劑加入適量的水中，攬拌 分散后加入1份雙-(丫-Ξ甲氧基娃丙基)胺，300rpm條件下攬拌30min，體系呈均勻的乳液 狀后，加入0.01份的正十二醇消泡劑和余量的水，得水泥混凝±內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑1。
[0028] 實(shí)施例2
[0029] 60°C水浴條件下，將1份脫水山梨糖醇單棟桐酸醋、2份脫水山梨糖醇單硬脂酸醋 和2份脫水山梨糖醇Ξ硬脂酸醋乳化劑加入適量的水中，攬拌分散后加入65份雙-(丫 -Ξ乙 氧基娃丙基)胺，l〇(K)rpm條件下攬拌5min，體系呈均勻的乳液狀后，加入2份的有機(jī)娃消泡 劑和余量的水，得水泥混凝±內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑2。
[0030] 實(shí)施例3
[0031] 20°C條件下，將摩爾比為1:1的3-(2,3環(huán)氧丙氧)丙基Ξ甲氧基硅烷加入攬拌的3- 氨丙基二甲氧基硅烷中，30min后降溫得雙官能團(tuán)硅烷3-1。
[0032] 30°C水浴條件下，將2份聚氧乙締脫水山梨糖醇Ξ硬脂酸醋和2份聚氧乙締脫水山 梨糖醇單油酸醋乳化劑加入適量的水中，攬拌分散后加入15份上述雙官能團(tuán)硅烷3-1， SOOrpm條件下攬拌20min，體系呈均勻的乳液狀后，加入0.1份的有機(jī)娃消泡劑和余量的水， 得水泥混凝±內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑3。
[0033] 實(shí)施例4
[0034] 80°C條件下，將摩爾比為1:1的2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己烷基）乙基Ξ乙氧基硅烷加入攬 拌的Ν-(β-氨乙基-丫-氨丙基)Ξ乙氧基硅烷中，45min后降溫得雙官能團(tuán)硅烷4-1。
[0035] 50°C水浴條件下，將1份聚氧乙締山梨糖醇四油酸醋和2份脫水山梨糖醇Ξ硬脂酸 醋乳化劑加入適量的水中，攬拌分散后加入25份上述雙官能團(tuán)硅烷4-1,2000巧m條件下攬 拌45min，體系呈均勻的乳液狀后，加入1份的聚酸類消泡劑和余量的水，得水泥混凝±內(nèi)滲 型水性增強(qiáng)劑4。
[0036] 實(shí)施例5
[0037] 60°C條件下，將3-(2，3環(huán)氧丙氧）丙基Ξ乙氧基硅烷和2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己烷基）乙 基二甲氧基硅烷的混合物加入攬拌的等摩爾的3-氨丙基二乙氧基硅烷中，60min后降溫得 雙官能團(tuán)硅烷5-1。
[0038] 45°C水浴條件下，將1份脫水山梨糖醇單棟桐酸醋、2份脫水山梨糖醇單硬脂酸醋 和2份脫水山梨糖醇Ξ硬脂酸醋乳化劑加入適量的水中，攬拌分散后加入30份雙-(丫 -Ξ乙 氧基娃丙基)胺和35份上述雙官能團(tuán)硅烷5-l，3000rpm條件下攬拌30min，體系呈均勻的乳 液狀后，加入0.5份的有機(jī)娃消泡劑和余量的水，得水泥混凝±內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑5。
[0039] 應(yīng)用例：
[0040] 將上述硅烷乳液按照5wt %的取代水進(jìn)行混凝±成型及養(yǎng)護(hù)，28天后按照GB50081 標(biāo)準(zhǔn)測試其力學(xué)性能，與基準(zhǔn)對照混凝上相比，
[0041] 對比應(yīng)用例1
[0042] W實(shí)施例1所制得的水泥混凝±內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑1進(jìn)行混凝±外防護(hù)涂敷，用量 與上述實(shí)施例1相同，涂敷齡期為21天，7天后即齡期為28天時(shí)按照GB50081標(biāo)準(zhǔn)測試其力學(xué) 性能，結(jié)果與基準(zhǔn)混凝±對比。
[0043] 結(jié)果如下表所示。
[0044]

[0045] 基準(zhǔn)混凝±的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度為原始絕對數(shù)據(jù)，上表中的數(shù)據(jù)為與基準(zhǔn)混凝 ±的相對比。與基準(zhǔn)混凝±相比，滲加了本發(fā)明專利的混凝±力學(xué)性能有了明顯的增加，折 壓比反應(yīng)的初性也有了不同程度的提高。
[0046] 對比例應(yīng)用例1顯示，所制得的水泥混凝±內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑外涂敷后對混凝± 強(qiáng)度無明顯影響，比較實(shí)施例1與對比例1，所制得的水泥混凝±內(nèi)滲型水性增強(qiáng)劑通過內(nèi) 滲的添加方式可W更加明顯的提升混凝±強(qiáng)度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水泥混凝土內(nèi)摻型水性增強(qiáng)劑，其特征在于，所述內(nèi)摻型水性增強(qiáng)劑為雙官能 團(tuán)硅烷乳液，所述雙官能團(tuán)硅烷乳液按重量百分比，包括下列組分：1-65%的硅烷，0.2-5% 的乳化劑，0-2 %的消泡劑以及余量的水； 所述硅烷為每個(gè)分子結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)娃原子的雙官能團(tuán)硅氧烷化合物，通式如下： (R10)3SiR2NHR3Si(0R 4)3 R1 為 CH3 或 CH3CH2;R2 為（CH2)3〇CH2CH(OH)CH2、CH2CH2CH2SCH2CH2CH(CH2CH2CH(OH) CH2CH2); R3為CH2CH2CH2或CH2CH2CH2NHCH2CH2; R4為CH3或CH3CH2; 所述乳化劑為下述一種以上非離子乳化劑的任意比例的混合物：聚氧乙烯烷基醚、聚 氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯脂肪酸酯、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇脂 肪酸酯。具體的講，可以包括:脫水山梨糖醇單月桂酸酯、脫水山梨糖醇單棕櫚酸酯、脫水山 梨糖醇單硬脂酸酯、脫水山梨糖醇三硬脂酸酯、脫水山梨糖醇單油酸酯、脫水山梨糖醇三油 酸酯、脫水山梨糖醇單倍半油酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨 糖醇單油酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇三油酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇四油酸酯、聚氧乙烯月 桂基醚； 所述消泡劑為C7-C22的高碳醇，聚醚類和有機(jī)硅類消泡劑的一種以上任意比例的混合 物。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥混凝土內(nèi)摻型水性增強(qiáng)劑，其特征在于，符合前述通式的硅 烷，為雙-(γ-三甲氧基硅丙基)胺或雙-(γ-三乙氧基硅丙基)胺。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥混凝土內(nèi)摻型水性增強(qiáng)劑，其特征在于，符合前述通式的硅 烷，由含有一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的硅氧烷和含有端氨基的硅氧烷制備得到，制備條件為:20-80°C 條件下，將摩爾比為1:1的含有一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的硅氧烷加入攪拌的端氨基的硅氧烷中，保持 攪拌30min以上，降溫。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述水泥混凝土內(nèi)摻型水性增強(qiáng)劑，其特征在于，上述含有一個(gè)環(huán)氧 基團(tuán)的硅氧烷選自下述硅烷的任意一種以上任意比例的混合物：3-(2，3環(huán)氧丙氧）丙基三 甲氧基硅烷、3-(2,3環(huán)氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4_環(huán)氧環(huán)己烷基）乙基三甲氧基硅 烷、2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己烷基）乙基三乙氧基硅烷。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述水泥混凝土內(nèi)摻型水性增強(qiáng)劑，其特征在于，上述含有端氨基的 硅氧烷選自下述硅烷的一種或任意兩種以上的混合物：3_氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基 二乙氧基硅烷、Ν_(β_氛乙基-γ -氛丙基)二甲氧基硅烷、Ν_(β_氛乙基-γ -氛丙基)二乙氧 基硅烷。6. 權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述水泥混凝土內(nèi)摻型水性增強(qiáng)劑的制備方法，其特征在 于，具體步驟為，0-60°C時(shí)，將乳化劑溶解分散于水中，向其中加入上述的雙官能團(tuán)硅氧烷 化合物；以不小于200rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5min以上，至體系呈乳液狀，加入消泡劑并補(bǔ)齊余量的 水后將溫度降至室溫。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水泥混凝土內(nèi)摻型水性增強(qiáng)劑，為雙官能團(tuán)硅烷乳液，所述雙官能團(tuán)硅烷乳液按重量百分比，包括下列組分：1-65%的硅烷，0.2-5%的乳化劑，0-2%的消泡劑以及余量的水。本發(fā)明利用硅烷可以與水泥水化產(chǎn)物形成新的硅氧鍵的特征，從水泥水化產(chǎn)物C-S-H凝膠聚合度的角度進(jìn)行增強(qiáng)，利用有機(jī)分子的柔韌性提升混凝土的力學(xué)性能。
【IPC分類】C04B24/42
【公開號】CN105712657
【申請?zhí)枴緾N201510994096
【發(fā)明人】王瑞, 李磊, 田倩, 蔣永菁, 王洪松, 李全龍
【申請人】江蘇蘇博特新材料股份有限公司