一种混凝土高吸水树脂型自养护材料及制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地说，涉及一种混凝土高吸水树脂型自养 护材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，走资源节约型发展道路已成为混凝土工程可持续发展的必然，提高工程施 工建设质量、延长工程使用寿命是建设发展的核心。混凝土工程施工开裂问题普遍存在，并 随高强混凝土广泛应用，开裂问题加剧。施工裂缝加速混凝土工程劣化，造成工程质量存在 先天不足，严重影响服役安全性、适用性和耐久性。如何提升混凝土工程施工裂缝防治技 术，是当今国际关注的重大技术问题。
[0003] 混凝土养护方法包括外养护和自养护，外养护为目前混凝土工程普遍采用的方 式，包括湿制养护(洒水和湿覆盖等)和保水养护(表面化学养生和覆盖塑料膜等）。外养护 的技术缺陷如下：（1)养护作用范围局限于结构表层混凝土，对结构内部混凝土养护作用有 限，尤其对于低渗透性的高强混凝土养护效果更有限；（2)在干旱或夏季高温地区，混凝土 收缩开裂倾向加剧，加之养护水蒸发快，养护质量难以保证；（3)拆模期内构件收缩开裂明 显，外养护不能及时对未拆模构件立面和底面养护；（4)对于构件立面和隐蔽复杂部位，外 养护施工难度大，养护质量不易保证。外养护技术防治混凝土收缩作用不足，是导致混凝土 工程施工开裂严重的重要原因。
[0004] 自养护指在混凝土浇筑成型后，不需外部补充养护水分，仅依靠自养护材料内部 储存水分，实时、持续地为混凝土提供养护水分，即可达到优异的养护效果。相比外养护，自 养护有益于提高混凝土养护施工质量，主要原因如下：（1)相比外养护水需要迀移至混凝土 内部发挥养护作用，因自养护材料均匀分散于混凝土内部，储存养护水分仅需迀移极短距 离，即可发挥养护作用，可实现混凝土表层和内部同步养护以提升养护施工质量，作用效果 对低渗透性的高强混凝土尤为突出；（2)在干旱或夏季高温地区，外养护水挥发快，养护质 量难以保证，自养护水分因混凝土基体阻隔，水分难以挥发，有益于提升养护施工质量；（3) 可实现拆模期内混凝土构件和拆模后构件立面、隐蔽与复杂部位的及时养护，降低养护施 工难度;（4)避免施工水分流失和蒸发问题，节省水资源和施工人力、物力。
[0005] 然而，现有自养护材料及其制备方法存在诸多缺陷，距工程规模化应用尚有较大 距离，主要问题如下：（1)缺乏自养护材料对混凝土中胶凝材料水化溶液吸收率的设计，现 有研究多以水吸收率、饱和氢氧化钙溶液或氯化钠溶液吸收率替代，易导致自养护材料应 用效果不足，并产生混凝土和易性不良及力学性能降低等负面问题，实际上，胶凝材料水化 溶液为高碱性复杂离子溶液，本发明人研究发现，上述替代方法测得的吸收率高出实际胶 凝材料水化溶液吸收率6倍以上；（2)高吸水树脂型自养护材料颗粒偏粗，易降低自养护性 能和混凝土力学性能；（3)高吸水树脂自养护材料反应体系中缺乏缓冲体系，易发生单体爆 聚形成聚合密度不均匀等问题;（4)化学合成反应缺乏对反应热量释放的控制，易导致生产 安全性问题。
[0006] 鉴于此，本发明人基于此类产品设计制造多年经验及专业知识，综合运用高分子 材料分子结构设计、混凝土材料学和混凝土结构工程等多学科原理，积极研究创新，以期创 设一种新型的自养护材料和自养护混凝土，能够改进现有技术诸多缺陷，使其更具有实用 性，经过多年研究和实践，提出本发明。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种高吸水树脂型自养护材料及其制备方法，要解决现有外养护技术 防治混凝土收缩作用不足、易导致混凝土工程施工开裂的问题。
[0008] 为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案： 一种混凝土高吸水树脂型自养护材料，作为自养护功能组分掺入混凝土，其特征在于， 其配方中各组分的重量份比为： 乙二胺四乙酸二钠 0.01~0.90份； 三乙醇胺 0.05~1.00份； 互穿网络聚合物 1~20份； 丙烯酸及(或)其衍生物 1~20份； 丙烯酰胺及(或)其衍生物 16~67份； 还原剂 0.006~0.040份； 交联剂 0.02~0.20份； 引发剂 0.02~0.20份； 去离子水 100份。
[0009] 其中，所述互穿网络聚合物可以为聚氧乙烯醚系列、聚乙二醇系列、聚乙二醇单甲 醚系列或聚乙烯醇系列单体中的一种或至少两种的混合物。
[0010] 所述丙烯酸及(或)其衍生物可以为C4~C8的单烯式不饱和酸，优选为丙烯酸、甲基 丙烯酸、乙基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、N，N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯之 中的一种或至少两种的混合物。
[0011] 优选的，丙烯酰胺及(或)其衍生物为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或N-羟甲基丙烯酰胺之中的一种或至少两种的混合物。
[0012]优选的，所述还原剂为Ν，Ν，Ν?-四甲基乙二胺;所述交联剂为N，Y-亚甲基双丙 烯酰胺;所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠之中的一种或至少两种的混合物。
[0013] 优选的，所述自养护材料为颗粒状，颗粒平均粒径为0 · Ιμπι~50 · Ομπι，至少有占总 重量90%的颗粒粒径小于60μπι。
[0014] 本发明还涉及上述混凝土高吸水树脂型自养护材料的制备方法，包括如下步骤： 步骤一、称取100重量份去离子水和0.01~0.90重量份乙二胺四乙酸二钠，加入反应容 器中搅拌均匀； 步骤二、称取0.05~1.00份三乙醇胺，加入步骤一所述的反应器中搅拌均匀； 步骤三、称取1~20份互穿网络聚合物，加入步骤二所述的反应器中搅拌均匀； 步骤四、称取〇. 006~0.040份还原剂，加入步骤三所述的反应器中搅拌均匀； 步骤五、称取0.02~0.20份交联剂，加入步骤四所述的反应容器中搅拌均匀； 步骤六、称取1~20份丙烯酸及(或)其衍生物，加入步骤五所述的反应器中搅拌均匀， 操作时间小于10分钟； 步骤七、称取16~67份丙烯酰胺及(或）其衍生物加入步骤六所述的反应器中搅拌均 匀； 步骤八、称取0.02~0.20份引发剂加入步骤七所述的反应器中搅拌均匀； 步骤九、将混合物转移至恒温器中进行聚合反应，恒温器中温度为60~90°C，并继续保 温3~8小时后在室温静置20~24小时完成化学反应； 步骤十、将步骤九的反应生成物机械分割成碎块状，等效粒径小于2厘米，在60~120°C 恒温干燥箱中干燥至恒重； 步骤十一、将步骤十得到的干燥完成的物质粉碎至需要的粒径，至此，混凝土高吸水树 脂型自养护材料的制备完成。
[0015] 其中，所述步骤九中，可以在恒温器内部放置托盘，将反应物制备成厚度小于2厘 米的薄层反应体系。
[0016] 本发明还保护一种利用上述混凝土高吸水树脂型自养护材料制作的自养护混凝 土，包括水泥混凝土和混凝土高吸水树脂型自养护材料，其特征在于，所述混凝土高吸水树 脂型自养护材料在水泥混凝土中掺量为0.05%~0.80%(占凝胶材料质量百分比）。
[0017] 上述自养护混凝土对去离子水的吸收率为5倍~150倍，对新拌混凝土离心液吸收 率为3倍~150倍，对新拌混凝土离心液吸收率与对去离子水吸收率的比值为0.5~1.2。
[0018] 本发明高吸水树脂型自养护材料吸附养护水，并均匀分散于混凝土中，将施工养 护水储存于混凝土内部，随混凝土中胶凝材料水化，在湿度梯度作用下自养护材料持续释 放养护水。与现有混凝土养护技术相比，本发明产品具有以下优点： 1、 经本发明所述制备方法制取的高吸水树脂型自养护材料，具备优异的自养护性能指 标，其对去离子水的吸收率(DW)为5倍~150倍，对新拌混凝土离心液吸收率(CH)为3倍~ 150倍，且DW/CH为0.5~1.2;同时，颗粒平均粒径为0. Ιμπι~50. Ομπι，至少有90%(质量比）的 颗粒粒径小于60μπι，可有效保证高吸水树脂型自养护材料的自养护性能，并避免了同类技 术易导致自养护混凝土和易性不良和降低力学性能等问题； 2、 在制备高吸水树脂自养护材料反应体系中，添加胺类有机表面活性剂与反应溶液组 成缓冲体系，使反应体系能量转化平稳进行，可避免单体爆聚形成聚合密度不均匀问题； 3、 聚合反应中采用薄层合成法，控制反应热量的释放，使反应体系温和平稳，简化了合 成制备工艺，提高了生产安全性； 4、 通过使用胺类表面活性剂，结合互穿网络聚合物的凝胶增强作用，提升了自养护材 料对水和溶液及新拌混凝土离心液吸收率一致性，实现了对混凝土和易性及力学性能影响 的量化控制。
[0019] 综上，本发明的混凝土高吸水树脂型自养护材料性能优异，化学合