一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂，由硫铝酸钙膨胀剂熟料、部分中和的不饱和羧酸、不饱和酰胺类单体、链转移剂、引发剂、交联剂等制备而成；本发明专利技术还提供所述聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂的制备方法，包括原材料预均化处理、聚合反应过程。聚合物表面改性后的硫铝酸钙膨胀剂在不同水胶比情况下，仍能使硫铝酸钙膨胀剂持续获得水分，保持一定的湿度，使膨胀源的水化不断进行，从而提供足够大的膨胀能和足够的补偿收缩实际时间，起到良好的补偿收缩作用，提高混凝土的抗裂性能。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂及其制备方法
本专利技术属于建筑材料混凝土外加剂
，特别是涉及一种聚合物表面改性硫铝酸钙混凝土膨胀剂及其制备方法。
技术介绍
水泥混凝土作为全世界用量最大的建筑材料，具有价格便宜，容易成型等诸多优点，被广泛应用。随着现在工程质量要求的提高，对水泥混凝土的强度要求越来越高，伴随着高性能混凝土外加剂的使用，水泥混凝土水胶比越来越低，在大幅度提高混凝土的强度等级的同时，也增加了混凝土的开裂风险，裂缝会使混凝土中的钢筋发生锈蚀，缩短工程结构的使用寿命，严重影响了混凝土的耐久性。为解决水泥混凝土的开裂问题，水泥混凝土膨胀剂应运而生，膨胀剂的主要特性是掺入水泥混凝土后，它的膨胀性能可以补偿混凝土硬化过程中的收缩，提高其抗裂性。混凝土膨胀剂只有在潮湿的环境下才能很好的发挥对水泥石的补偿收缩作用。因为在此条件下水分不会很快蒸发，膨胀源能不断形成，并保持强度与膨胀协调一致，不断补偿水泥石的收缩。由于自干燥的效应影响，高强混凝土内部的相对湿度可降低到80％左右，此时需水量较大的膨胀剂的水化反应会受到抑制。理论上，完全水化的水泥结合水量占水泥质量的0.227，而使水泥完全水化并具有最低毛细孔孔隙率的水灰比为0.438。实际上即使水胶比为0.5左右，随着水化的不断进行，水化物增多，自由水减少，混凝土中的水泥也不可能完全水化。混凝土中的自由水随水胶比的降低而减少，而水泥水化则随水胶比降低而加快，与水化时需要大量水的膨胀剂争夺自由水，形成的有限膨胀源不能满足补偿收缩的需要，在短时间内混凝土就会产生裂缝，从而发生开裂。硫铝酸盐类膨胀剂是一种极为重要的水泥混凝土膨胀剂，硫铝酸钙类膨胀剂加入水泥混凝土后，自身组成中的无水硫铝酸钙水化或参与水泥矿物的水化或与水泥水化产物反应，形成三硫型水化硫铝酸钙(钙矾石)，化学反应式如下：C3A+3CaSO4.2H2O+26H2O→C3A.3CaSO4.32H2O.CA+3CaSO4.2H2O+2Ca(OH)2+24H2O→C3A.3CaSO4.32H2O.C4A3S+8CaSO4.2H2O+6Ca(OH)2+74H2O→3C3A.3CaSO4.32H2O由以上化学反应式可以看出：钙矾石相的生成，使水泥石膨胀固相体积增大从而产生膨胀作用。钙矾石晶胞中水分子的容积达55.53％，OH-水容积为25.62％，两者共为81.15％，由此可见，钙矾石是一个高结晶水的水化物，引起表观体积膨胀钙钒石膨胀源的膨胀剂因水化需水量大，湿度敏感性高、对低水胶比混凝土的补偿作用较差，对低水胶比混凝土的收缩补偿效果有限而越来越限制其应用。因此需要对硫铝酸钙类膨胀剂熟料进行改进提高，从而使硫铝酸钙类膨胀剂加入到混凝土拌和后，硫铝酸钙类膨胀剂熟料能充分被水润湿、在低水胶比情况下，随着水泥水化的进行，仍能保持硫铝酸钙类熟料能持续获得水分，保持一定的湿度，使其膨胀源的水化不断进行，从而提供足够大的膨胀能和足够的补偿收缩实际时间是硫铝酸钙类膨胀剂研究及性能提升的难点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂及其制备方法，解决硫铝酸钙膨胀剂产生膨胀需要消耗大量水分，湿度敏感性高，对低水胶比混凝土的补偿作用较差，不能提供足够大的膨胀能和足够的补偿收缩实际时间的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂，由如下质量份数的原料组成：硫铝酸钙膨胀剂熟料80～100份、部分中和的不饱和羧酸2～4份、不饱和酰胺类单体0.4～0.8份、链转移剂0.01～0.05份、引发剂0.01～0.05份、交联剂0.002～0.006份、溶剂5～8.5份。优选的，所述的一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂，所述硫铝酸钙膨胀剂熟料的比表面积为200～500m2/kg。优选的，所述不饱和羧酸为丙烯酸、甲基丙烯酸或富马酸中的一种；所述部分中和的不饱和羧酸的中和剂为氢氧化钠或氢氧化钾；所述部分中和的不饱和羧酸的中和度为30％～70％。优选的，所述不饱和酰胺类单体为丙烯酰胺、N-乙烯基己内酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-甲基-N-乙烯基乙酰胺、N-烷基丙烯酸酯或N-烷基甲基丙烯酸酯的一种或两种组合。优选的，所述链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、2-巯基丙酸、3-巯基丙酸、异丙醇、次磷酸、次磷酸钠或次磷酸钾中的任意一种。优选的，所述引发剂为过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的任意一种。优选的，所述交联剂为N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、三丙烯酸-(丙基)三甲酯或聚乙二醇二丙烯酸酯中的任意一种。本专利技术还提供所述的一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂的制备方法，包括以下步骤：S1)原材料预均化处理用溶剂将不饱和酰胺类单体配制成质量百分比为40％的溶液，将链转剂移配制成质量百分比为10％的溶液、将引发剂和部分中和的不饱和羧酸混合后配制成质量百分比为15％的溶液；将交联剂配制成质量百分比为30％的溶液；所述溶剂选自干燥的乙醇、甲醇、三氯甲烷、四氢呋喃或甲苯中的任意一种；将所述质量份数的硫铝酸钙膨胀剂熟料加入超细粉磨机中粉磨至比表面积为200～500m2/kg；S2)聚合反应过程配制并投入聚合反应小料：A料：质量百分比为10％的链转移剂溶液；B料：质量百分比为15％的引发剂溶液和部分中和的不饱和羧酸溶液；底料：质量百分比为40％不饱和酰胺类单体溶液；C料：质量百分比为30％交联剂溶液；将底料初始温度控制在30～35℃，将A料、B料同时匀速滴加到底料中，并不断搅拌，滴完后得到一种一定粘度的聚合溶液，再加入C料充分搅拌均匀形成混合溶液，将混合溶液通过超细粉磨机上的喷雾计量装置持续喷入到已经粉磨好的硫铝酸钙膨胀剂熟料超细粉磨机中；S3)后处理过程聚合反应过程的喷雾投入完成后，持续粉磨30分钟，同时加大通风，利用粉磨过程产生的热量完成对改性后的膨胀剂表面的干燥、脱水处理，即可得到本专利技术产品。优选的，所述的一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂的制备方法，所述S2步骤中控制喷雾计量装置的喷雾速率使喷雾过程持续25±3min，同时控制超细粉磨机内温度为50～70℃。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所述改性硫铝酸钙混凝土膨胀剂是利用吸水性高分子有机聚合物对硫铝酸钙表面进行包裹改性，在硫铝酸钙膨胀剂熟料表面形成一层膜，当其加入到混凝土中拌和时，逐渐吸附固定其周围环境中的自由水，形成高水凝胶而不溶解，从而促使硫铝酸钙熟料在很长时间内保持较高的内部相对湿度，保持硫铝酸钙膨胀源的水化持续进行，从而达到提高硫铝酸钙膨胀剂膨胀性能的目的。附图说明图1为0.50水胶比混凝土的限制膨胀率；图2为0.28水胶比混凝土的限制膨胀率；图3为不同水胶比下掺加改性膨胀剂的混凝土自身体积变形的峰值与空白组差值；图4为不同水胶比下掺加改性膨胀剂的混凝土自身体积变形最终值与空白组差值。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂，其特征在于，由如下质量份数的原料组成：硫铝酸钙膨胀剂熟料80～100份、部分中和的不饱和羧酸2～4份、不饱和酰胺类单体0.4～0.8份、链转移剂0.01～0.05份、引发剂0.01～0.05份、交联剂0.002～0.006份、溶剂5～8.5份。

【技术特征摘要】
2018.02.05 CN 20181011374801.一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂，其特征在于，由如下质量份数的原料组成：硫铝酸钙膨胀剂熟料80～100份、部分中和的不饱和羧酸2～4份、不饱和酰胺类单体0.4～0.8份、链转移剂0.01～0.05份、引发剂0.01～0.05份、交联剂0.002～0.006份、溶剂5～8.5份。2.根据权利要求1所述的一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂，其特征在于，所述硫铝酸钙膨胀剂熟料的比表面积为200～500m2/kg。3.根据权利要求1所述的一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂，其特征在于，所述不饱和羧酸为丙烯酸、甲基丙烯酸或富马酸中的一种；所述部分中和的不饱和羧酸的中和剂为氢氧化钠或氢氧化钾；所述部分中和的不饱和羧酸的中和度为30％～70％。4.根据权利要求1所述的一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂，其特征在于，所述不饱和酰胺类单体为丙烯酰胺、N-乙烯基己内酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-甲基-N-乙烯基乙酰胺、N-烷基丙烯酸酯或N-烷基甲基丙烯酸酯的一种或两种组合。5.根据权利要求1所述的一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂，其特征在于，所述链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、2-巯基丙酸、3-巯基丙酸、异丙醇、次磷酸、次磷酸钠或次磷酸钾中的任意一种。6.根据权利要求1所述的一种聚合物表面改性硫铝酸钙膨胀剂，其特征在于，所述引发剂为过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的任意一种。7.根据权利要求1所述的一种聚合物表...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，代柱端，董耀武，周晓阳，
申请(专利权)人：武汉优城科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42