一种适用于水泥基材料的非引气型抗冻剂制造技术

本发明专利技术涉及到一种适用于水泥基材料的非引气型抗冻剂。该抗冻剂由吸水性聚合物和疏水性聚合物复合而成，复合物为蜂窝结构，疏水性聚合物填充在吸水性聚合物的蜂窝结构中。该抗冻剂为弹性微球，分布在砂浆/混凝土基体中能够吸收水分、封闭水分渗入通道，并且能够缓解冻融循环时水结冰产生的体积膨胀压力和渗透压力。本发明专利技术的抗冻剂以外加剂的方式直接掺入水泥基材料中，能够有效提高材料的抗冻融循环次数，改善材料的耐久性，且抗冻效果不受环境气压及水灰比的影响，对水泥基材料的工作性和力学性能影响小，适当的掺量甚至会提高其力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于水泥基材料的非引气型抗冻剂
本专利技术涉及一种适用于水泥基材料的非引气型抗冻剂，属于混凝土

技术介绍
冻融破坏是寒冷地区混凝土结构损伤失效的主要原因之一，表现为混凝土的冻胀开裂和冻融剥蚀，造成混凝土的强度和粘聚性损伤，严重影响建筑物结构安全性和耐久性。工程上提高混凝土抗冻性的常规方法是加入引气剂，引入适量微细密闭的气泡，以缓解混凝土内部由冻融循环产生的静水压力和渗透压力，从而抑制混凝土内部冻融损伤的发展。引气剂实际上是一类表面活性剂，在混凝土搅拌过程中包裹并稳定大量的微小气泡，使气孔存在于硬化混凝土内部。然而，引气剂的种类、拌合物组成、颗粒形状、水灰比、温度、拌合时间甚至大气压力等各种因素均会影响气泡的数量、大小及分布状态(即气泡间距系数)，使得混凝土的抗冻性呈现明显差异。而且在工程实践中，施工的新拌混凝土通常经过较长时间的运输、泵送及振捣操作，使得硬化混凝土的含气量以及气孔的分布、形状、孔径等均发生较大变化，导致实际工程中的混凝土的抗冻性与设计值存在较大差异，难以精确计量。利用非引气型外加剂在混凝土内部制造封闭孔洞或类孔洞，将克服气泡含量变化、稳定性及孔隙大小难以控制的问题。专利2013800220878.5专利技术了一种用于水泥组合物的抗冻融损伤和抗剥落损伤的掺加剂及掺加方法，掺加剂为含有非水溶性高吸水性聚合物和膨胀的聚合物微球的水性浆料，可在水泥组合物内部建立尺寸可控的孔隙。与常规引气剂相比，可提供相似或更好的抗冻融损伤性。聚合物微球在掺加到水泥组合物前需要被膨胀。膨胀后，聚合物微球体积可达到未膨胀体积的约75倍，在水泥组合物中失水后收缩形成空腔。专利2013800220878.5中所述的高吸水性聚合物，在工程上常作为混凝土/砂浆的内养护剂，将其预吸水后以低掺量加入，利用其吸水-释水特性，保持水泥基材料的内部湿度，减少收缩、提高抗开裂性。由于吸水性树脂遇水后会大量吸水并膨胀，干燥掺加将会导致混凝土拌合物工作性的丧失，因此需要预先吸水，这是也专利2013800220878.5将膨胀微球配制成水性浆料的原因，尽管会增加高昂的运输成本。但是，混凝土拌合物实际用水量的增加，以及吸水性树脂释放水分后在硬化混凝土中形成的大孔隙，均会造成基体材料性能劣化，因此只能以低的掺量加入。H.S.Wong等人(2016)研究表明，当吸水性树脂掺加量为水泥质量的5％～13％时，基体材料的抗压强度将下降80～87％。本专利技术所述的适用于水泥基材料的非引气型抗冻剂，是一种聚合物复合微球，掺入水泥基材料后，微球均匀分布在硬化砂浆/混凝土内部，形成独立密闭的“类气孔”，能够有效提高水泥基材料的抗冻性。微球直接以固体形式掺加(干掺)入水泥基材料中，基本不会影响拌合物的工作性，微球本身对流动性的有益作用可抵消其吸水的负面影响。其特点为：(1)掺加剂为固体物质，大大降低运输成本，储存运输更为安全、环保、方便；(2)掺加剂无需配置成水性浆料，不增加混凝土拌合物的实际用水量，且在硬化的水泥基材料中，以弹性微球替代气孔，大大降低了对水泥基材料强度的影响；(3)以具有一定吸水性与弹性的微球替代水泥基体内部的气孔作用。当水泥基材料经受冻融循环时，弹性微球受压变形可以缓解基体所承受的冻胀压力，而且微球的吸水作用更有利于缓解冻融过程中产生的渗透压力；(4)微球的数量、粒径大小及间距系数可控，不受水灰比、骨料及水泥品种、拌合时间、工艺等因素的影响，对冻融性的影响可精确计量。
技术实现思路
本专利技术采用微胶囊技术，以吸水性聚合物为壁材，疏水性聚合物为芯材制备了一种聚合物，作为非引气型的水泥基材料抗冻剂。将抗冻剂以外加剂的方式直接加入水泥基材料中，形成一种抗冻融损伤的水泥基材料，可明显提高水泥基材料的抗冻融循环次数，有效改善水泥基材料的耐久性。1.一种适用于水泥基材料的非引气型抗冻剂，该抗冻剂是由吸水性聚合物和疏水性聚合物组成的复合材料；吸水性聚合物为海藻酸钙，疏水性聚合物为E-51环氧树脂；疏水性聚合物与吸水性聚合物的质量比为1:4～9:1；吸水性聚合物为固体蜂窝结构，疏水性聚合物填充在吸水性聚合物的蜂窝结构中。2.所述的抗冻剂，其蜂窝结构的孔径在10μm～120μm之间。3.所述的抗冻剂，该抗冻剂的质量饱和吸水率为15.0％～115.0％。4.所述的抗冻剂，该抗冻剂的形状为球形，干燥状态下，粒径分布范围在0.3mm～2.0mm。5.一种抗冻融损伤的水泥基材料，该材料的组成为，方案一：水泥、水、所述的抗冻剂和聚羧酸减水剂，或者方案二：水泥、水、所述的抗冻剂、聚羧酸减水剂、以及砂或石子或矿物掺合料三者的一种或多种。6.一种抗冻融损伤的水泥基材料，该材料制备方法为以下两种方案之一：方案一：称取水泥、所述的抗冻剂，混合均匀后加入水和聚羧酸减水剂，其中水灰比为0.2～0.6，搅拌240s后，将其浇筑成型，拆模后养护，即形成抗冻融损伤的水泥基材料；方案二：称取水泥、所述的抗冻剂、砂或石子或矿物掺合料三者的一种或多种，其中砂、石子、矿物掺合料的总质量为水泥质量的0.1％～9.0％，混合均匀后加入水和聚羧酸减水剂，其中水胶比为0.2～0.6，搅拌240s后，将其浇筑成型，拆模后养护，即形成抗冻融损伤的水泥基材料；聚羧酸减水剂含量为水泥质量的0.1％～0.4％；抗冻剂掺量为水泥基材料总体积的0.5％～4.0％；方案一中水灰比为水与水泥的质量比；方案二中水胶比为水泥和胶凝材料的总质量比，胶凝材料为水泥和矿物掺合料，原材料组成不包括矿物掺合料时，矿物掺合料的质量为0。本抗冻剂的有益效果为：本专利技术的聚合物抗冻剂可明显提高水泥基材料的抗冻效果：(1)抗冻融循环次数高，弹性微胶囊可有效缓解冻胀压力；(2)抗剥落性好，冻融循环时质量损失小；(3)抗冻效果稳定可控，不受水灰比、掺合料、拌合时间及外界气压、温度等的影响；(4)疏水聚合物组分具有流动性，当受到较大的冻胀压力造成微球破裂时，能够流出，粘结裂缝界面，增加水泥基材料的黏合性，从而自动抑制裂缝的发展；(5)具有一定的内养护效果，能够减少水泥基材料收缩，起到减少裂缝产生提高抗开裂的作用；(6)当材料出现裂缝时，水分进入裂缝，该抗冻剂的吸水性聚合物可吸水膨胀封堵裂缝，且疏水聚合物对裂缝的粘接，均能阻止水及有害离子通过裂缝渗入材料内部，从而提高材料的抗冻性与耐久性。附图说明图1：抗冻剂微球蜂窝结构示意图图2：抗冻剂B不同掺量的净浆流动度及经时损失图3：抗冻剂D不同掺量的净浆流动度及经时损失图4：抗冻剂B不同掺量的混凝土坍落度及经时损失图5：不同吸水率抗冻剂的混凝土坍落度及经时损失图6：抗冻剂B不同掺量的砂浆试件7d与28d抗压强度图7：不同饱和吸水率抗冻剂的砂浆试件7d与28d抗压强度图8：抗冻剂B不同掺量的砂浆试样冻融循环次数与相对动弹模量图9：抗冻剂B不同掺量的砂浆试样冻融循环250次前后的试件质量对比图10：抗冻剂B不同掺量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于水泥基材料的非引气型抗冻剂，其特征在于，由吸水性聚合物和疏水性聚合物组成的复合材料；吸水性聚合物为海藻酸钙，疏水性聚合物为E-51环氧树脂；疏水性聚合物与吸水性聚合物的质量比为1:4～9:1；吸水性聚合物为固体蜂窝结构，疏水性聚合物填充在吸水性聚合物的蜂窝结构中。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于水泥基材料的非引气型抗冻剂，其特征在于，由吸水性聚合物和疏水性聚合物组成的复合材料；吸水性聚合物为海藻酸钙，疏水性聚合物为E-51环氧树脂；疏水性聚合物与吸水性聚合物的质量比为1:4～9:1；吸水性聚合物为固体蜂窝结构，疏水性聚合物填充在吸水性聚合物的蜂窝结构中。


2.根据权利要求1所述的抗冻剂，其蜂窝结构的孔径在10μm～120μm之间。


3.根据权利要求1所述的抗冻剂，其特征是，质量饱和吸水率为15.0％～115.0％。


4.根据权利要求1所述的抗冻剂，其特征是，形状为球形，干燥状态下，粒径分布范围在0.3mm～2.0mm。


5.一种抗冻融损伤的水泥基材料，其特征在于，该材料的组成为，方案一：水泥、水、权利要求1所述的抗冻剂和聚羧酸减水剂，或者方案二：水泥、水、权利要求1所述的抗冻剂、聚羧酸减水剂、以及砂或石子或矿物掺合料三者的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛倩瑾，黄丽娜，刘辉，齐文静，张璐，韩磊，王子明，崔素萍，
申请(专利权)人：北京工业大学，北京市住房和城乡建设科学技术研究所北京市房屋安全鉴定总站，
类型：发明
国别省市：北京;11