一种混凝土内养护剂及其制备方法与流程

本发明涉及混凝土内养护剂，具体涉及一种混凝土内养护剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着科技的进步与社会的发展，高性能和超高性能混凝土的应用日益广泛。高性能和超高性能混凝土具有水胶比低和致密度高的特点。传统的外养护水分集中分布于混凝土外表面，大多沿混凝土外表面“从外向内”扩散，因而外养护的养护深度有限，特别是在密实的高性能混凝土中，内部可能得不到充分养护。而内养护材料均匀分布于混凝土内部，与未水化胶凝材料接触更为充分，并且水分以载体材料为中心向四周扩散，因而内养护最大程度实现了就近养护与及时养护。

2、混凝土内养护材料分为两类——轻骨料(law)和高吸水树脂(sap)，其中sap内养护被认为是最有效的方法，sap是一种新型的功能型材料，因其基团中含有大量的羟基、羧基等亲水性基团，因而具备优良的吸水性能和一定的保水能力，sap吸水后可作为混凝土内部的湿度补偿介质，在水泥水化硬化过程中释放出水分，补偿混凝土内部湿度，改善混凝土内部相对湿度梯度，减少毛细孔负压，减少自收缩，防止混凝土因自收缩应力过大而抗拉强度不足产生的开裂。但现有的sap材料多用于卫生和农业土壤保湿领域，其吸水倍率、吸水速率以及保水性受溶液环境（ph值、离子浓度、离子价态）影响较大，特别是在复杂的混凝土环境中应用效果会大打折扣。此外为保证混凝土的工作状态，sap在应用时需要预吸水或额外的引水，一定程度上增加了用水量，势必造成一定的强度损失。专利cn113105578a公开了一种耐盐碱缓释吸水树脂及应用，由丙烯酰氨基辛烷基磺酸钠和丙烯酸类化合物共聚而成，主要是通过引入酰胺基团和磺酸基团来提高sap的耐盐碱和缓释水性能，虽可改善sap的耐盐碱性，但一定程度上影响了sap的吸水速率，且对sap的三维网络结构改善不明显，其缓释水性能改善有限；专利cn112194756a公开了一种耐盐性内养护剂，用亲水性离子单体和非离子单体聚合而成，同样是通过引入磺酸基和酰胺基来改善耐盐性，依然存在吸液速率慢、保水率低、强度低的问题。

3、因此sap在耐盐碱性的改性过程中，不仅要关注其在耐盐碱条件下的吸液倍率，还要进一步关注其吸液速率以及在高离子浓度条件下的保水率，此外，因用水量增加而引起的强度损失也不容忽视。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种吸液速率快、保水率高的耐盐碱性sap，并基于此sap制备了对强度无影响且抗裂性能优异的内养护材料。

2、为了实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、一种混凝土内养护剂，其组分按重量计包括：改性吸水树脂5-20%，木质纤维5-10%，膨胀剂20-40%，碳酸钙20-40%。

4、其中，所述改性吸水树脂制备包含下述步骤：

5、（1）吸水树脂的制备：由丙烯酸类预聚体反应得到吸水树脂；所述丙烯酸类预聚体的制备方法为：s1. 配置浓度为10mol/l的氢氧化钠溶液，在冰浴条件下将氢氧化钠溶液缓加入到丙烯酸中，使其中和度为60-80%；s2. 将引发剂和交联剂溶于去离子水中；s3.将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以及溶有引发剂和交联剂的去离子水依次加入中和后的丙烯酸中，混合均匀得到丙烯酸类预聚体。

6、（2）改性吸水树脂的制备：将阳离子单体与丙烯酸酯类单体混合均匀，加入棉纤维和偶联剂分散均匀后浸泡12-24h，然后加入步骤（1）制备的吸水树脂，快速搅拌均匀，在功率200-500w辐照条件下使其进行原位聚合，将产物烘干球磨后得到改性吸水树脂。

7、进一步地，所述吸水树脂、阳离子单体、丙烯酸酯类单体、棉纤维、偶联剂的重量比为100：（12.5-35）：（12.5-35）：（1-5）：（0.1-0.5）。

8、进一步地，所述丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的重量比为（50-70）：（20-40）：（10-20）。

9、进一步地，步骤（1）中所述吸水树脂的制备方法为：将环己烷和分散剂按一定的比例在三口烧瓶中混合均匀，开启搅拌，将水浴升温至66℃；将丙烯酸类预聚体滴加到三口烧瓶中，恒温搅拌0.5-1h；然后升温至72℃恒温搅拌1-1.5h；升温至74℃恒温搅拌2h，所得产物用甲醇充分洗涤后抽滤、干燥、球磨后得到吸水树脂。

10、进一步地，所述丙烯酸类预聚体、环己烷、分散剂的重量比为100：（200-400）：（1-5）。

11、进一步地，步骤（1）中所述吸水树脂的后处理工艺为：用甲醇洗涤3-4次后，真空抽滤，将滤饼在105℃烘箱中干燥2-4h，然后用球磨机球磨30-60min，取过200目方孔筛的筛下物，其粒径≤74μm。

12、进一步地，所述丙烯酸类预聚体由混合单体、引发剂、交联剂、去离子水组成，其重量比为100：（0.1-0.8）：（0.02-0.1）：（1-10）。

13、所述混合单体由丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸组成。

14、进一步地，所述分散剂为亲油性非离子型表面活性剂，所述亲油性非离子型表面活性剂包括失水山梨醇脂肪酸酯（span）、山梨醇酐硬脂酸酯、十二酸山梨醇酯中的一种。

15、进一步地，所述阳离子单体为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基-丙烯酰氧乙基三甲基、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵）、二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或多种；进一步优选地阳离子单体为二甲基二乙烯基氯化铵。

16、进一步地，步骤（2）中所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种；进一步优选的丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸丁酯。

17、进一步地，所述引发剂为过硫化物类引发剂。

18、进一步地，所述交联剂为偶氮类交联剂。

19、进一步地，所述偶联剂为硅烷类偶联剂，所述硅烷类偶联剂包括kh550、kh560、kh570中的一种；进一步优选地偶联剂为kh570。

20、进一步地，所述棉纤维平均手扯长度33~45mm，马克隆值3.5~4.2，线密度1.18~1.54dtex。

21、进一步地，所述辐照的时间为1-4min。

22、进一步地，所述烘干的温度为105℃，烘干的时间2-4h。

23、进一步地，步骤（2）中球磨后过80目和120目的方孔筛，取两筛之间的筛余物，其粒径为124μm-178μm。

24、进一步地，所述木质纤维长度300-500μm，体积密度≤210g/l。

25、进一步地，所述所述膨胀剂为ii型膨胀剂，水中7d限制膨胀率≥0.05%，空气中21d限制膨胀率≥-0.01%。

26、进一步地，所述碳酸钙为超细碳酸钙，密度2.6-2.8g/cm3，平均粒径2.6-3.2μm。

27、所述混凝土内养护剂的制备方法为：在干燥氛围中将改性吸水树脂、木质纤维、膨胀剂、碳酸钙混合均匀，出料，密封保存即可。

28、进一步地，所述改性吸水树脂、木质纤维、膨胀剂、碳酸钙的重量比为（5-20）：（5-10）：（20-40）：（20-40）；进一步地优选地比例为20:5:35:40。

29、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

30、1、从分子层面改善吸水树脂的机械强度，一定程度上降低sap的吸水倍率，在混凝土用水量和sap吸水速率一定的前提下，sap吸水倍率越大，混凝土浆体中水就越少，浆体流动性和工作性越差；同时sap三维网络结构越松散，其吸水溶胀后体积就越大，释水后在混凝土内部留下的孔洞或空隙结构就越大，混凝土强度就越低。而本发明采用丙烯酸类预聚体反应获得吸水树脂，再对吸水树脂进行半互穿网络改性，将线型分子结构充分贯穿于网状的sap分子中，形成“锁状”结构，网状结构在吸水溶胀过程中会受到线型分子结构的约束，从而吸水倍率降低，溶胀体积减小，应用到混凝土中会降低sap对混凝土流动性和强度的影响；

31、2、对sap进行半互穿网络改性，可改善sap分子的网络的机械强度，提高其保水性能，使得sap可对混凝土进行持续的有效的养护；

32、3、将阳离子单体作为线型改性组分，贯穿于sap分子的三维网络中，协同吸水树脂结构中的极性基团，使得sap吸水溶胀后，部分包裹于网络结构中，可平衡混凝土浆体和sap的渗透压，从而起到水份缓释的目的，降低混凝土开裂的风险；

33、4、本发明用改性的sap与功能型矿物掺合料进行复配，进一步降低sap对混凝土流动度和强度的影响，提高了内养护剂应用普及的可能性。