本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种混凝土防水抗裂剂及其制备方法。
背景技术：
随着经济的快速发展，我国的建筑业也在迅猛发展，混凝土的使用量也大大增加。混凝土简称为“砼”，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，同时硬化后的混凝土具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点，被广泛应用于建筑工程项目中。
混凝土属于水硬性材料，在其配制、硬化及使用过程中，往往会在其内部形成空隙及失水干缩，而使混凝土产生开裂、渗透、钢筋锈蚀、预应力损失等不良后果。为解决上述混凝土的缺陷，通常向混凝土中添加一定量的功能性外加剂，如防水剂、膨胀剂、抗裂剂等，这类外加剂中的膨胀组分能够补偿混凝土的收缩，从而达到防止混凝土干缩开裂的目的。现有技术提供的这类外加剂中的膨胀组分通常为经过1200℃～1420℃高温煅烧的膨胀熟料，煅烧膨胀熟料除了需要消耗巨大的能量外，还会对环境质量造成严重的影响。除此之外，市面上的混凝土防水抗裂剂功能单一，掺量大，对混凝土综合性能存在一定的负面影响。
例如，申请号为201110219088.2的中国发明专利公开了一种高效混凝土复合外加剂，该高效复合混凝土外加剂主要由：β基磺酸钠甲醛缩合物75％～90％；硫酸钠4％～15％；松香烟％～5％；镁粉1％～2％；烷基苯磺酸盐0.5％～3.5％；三乙醇胺1％～2％；硅酮0.5％～3.5；氯化钙0.5％～1.0％组成。该高效混凝土复合外加剂对提高混凝土的抗冻能力、抗渗能力和抗腐蚀能力具有良好的效果，该发明还具有较高减水率、抗离析特征。然而，其中随用了β基磺酸钠甲醛缩合物，使得环保性能不佳；由于各组分之间的协同作用不好，使得其掺量大，对混凝土的防水抗渗性能和机械强度的促进作用有待进一步提高。
因此，开发一种防水抗裂效果显著，掺量少，能有效改善混凝土的综合性能，环保性好的混凝土防水抗裂剂符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进建筑材料行业的发展具有非常重要的作用。
技术实现要素：
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种防水抗裂效果显著，掺量少，能有效改善混凝土的综合性能，环保性好的混凝土防水抗裂剂。同时，本发明还提供了一种所述混凝土防水抗裂剂的制备方法，该制备方法简单易行，操作控制方便，无需专用设备，生产效率和成品合格率高，适合连续规模化生产。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种混凝土防水抗裂剂，其特征在于，由如下按重量份计的各组分制成：多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维3-6份、铝土矿粉10-15份、含磺酸基的纤维材料4-7份、明矾石20-30份、高炉矿渣8-12份、松香基超支化聚酯2-4份、磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷5-10份、纳米硼纤维3-5份、表面亲水性猪毛纤维2-5份。
优选的，所述多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维为按照申请号为202010119377.4的中国发明专利实施例1中β-cdnfs的制备方法制备得到的多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维。
优选的，所述铝土矿粉的粒径为1000-1300目；所述明矾石的粒径为900-1200目；所述高炉矿渣的粒径为1000-1200目。
优选的，所述纳米硼纤维的直径为200-500nm，长径比为(10-15):1。
优选的，所述含磺酸基的纤维材料为按照申请号为200910065345.4的中国发明专利实施例1中含磺酸基的腈纶纤维的制备方法制备得到的含磺酸基的纤维材料。
优选的，所述松香基超支化聚酯的制备方法参见申请号为201210246784.7的中国发明专利实施例3；所述表面亲水性猪毛纤维的制备方法参见申请号为201710130395.0的中国发明专利实施例1。
优选的，所述磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷的制备方法，包括如下步骤：将2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸加入到有机溶剂中，在55-70℃下搅拌反应3-5小时，后旋蒸除去溶剂，将粗产品加入水中，再向其中加入氢氧化铝，调节ph值至6-8，后旋蒸除去水，得到磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷。
优选的，所述2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:4:(15-25)。
优选的，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
优选的，所述粗产品、水的质量比为1:(3-5)。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述混凝土防水抗裂剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，碾磨过200-300目筛，再一起加入搅拌机中充分搅拌均匀，形成混凝土防水抗裂剂产品，进行装袋。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1)本发明提供的混凝土防水抗裂剂的制备方法，该制备方法简单易行，操作控制方便，无需专用设备，生产效率和成品合格率高，适合连续规模化生产。
2)本发明提供的混凝土防水抗裂剂，克服了现有技术中的防水抗裂剂通常需经过1200℃～1420℃高温煅烧，煅烧膨胀熟料除了需要消耗巨大的能量外，还会对环境质量造成严重的影响；市面上的混凝土防水抗裂剂功能单一，掺量大，对混凝土综合性能存在一定的负面影响的缺陷；通过各组分协同作用，使得制成的混凝土防水抗裂剂防水抗裂效果显著，掺量少，能有效改善混凝土的综合性能，环保性好。
3)本发明提供的混凝土防水抗裂剂，添加的多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维、明矾石、铝土矿粉协同作用，结合了有机和无机膨胀组分的有益性能，使得其在保水抗干裂的同时，通过其水化膨胀，补偿已产生的收缩应力，在低掺量的条件下即可明显提升混凝土的抗裂性能。
4)本发明提供的混凝土防水抗裂剂，多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维、纳米硼纤维、表面亲水性猪毛纤维和含磺酸基的纤维材料这些纤维材料协同作用，使得能形成坚固的纤维支撑体系，填补微裂纹，提高混凝土的抗渗防水效果。表面亲水性猪毛纤维和含磺酸基的纤维材料表面亲水性基团使膨胀微粒分散在混凝土中，获得弥散强化、改善塑性和提高稳定性的效果，促进膨胀组分在混凝土中分散均匀，提高了膨胀组分与其他组分的结合力，并在提高其力学性能的同时不破坏母材的均匀性，能保持长期发挥功效。且磺酸基的引入还能起到减水作用，对坍落度的保持也起到了重要的作用；由于其带负电荷，吸附在水泥颗粒表面，由于静电斥力的作用，提高了水泥颗粒前期的分散能力，改善了混凝土的综合性能。表面亲水性猪毛纤维由于取材丰富，能有效降低成本。
5)本发明提供的混凝土防水抗裂剂，添加的高炉矿渣，能有效减少混凝土中水泥的用量，从而降低混凝土中的反应水化热，减少混凝土内部绝热温度和混凝土裂缝，提高混凝土的密实性；松香基超支化聚酯和磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷的添加能对这种作用起到强化，进而改善综合性能，使得混凝土具有优异的抗压强度、抗冻性、抗收缩性能。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中所述多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维为按照申请号为202010119377.4的中国发明专利实施例1中β-cdnfs的制备方法制备得到的多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维；所述含磺酸基的纤维材料为按照申请号为200910065345.4的中国发明专利实施例1中含磺酸基的腈纶纤维的制备方法制备得到的含磺酸基的纤维材料；所述松香基超支化聚酯的制备方法参见申请号为201210246784.7的中国发明专利实施例3；所述表面亲水性猪毛纤维的制备方法参见申请号为201710130395.0的中国发明专利实施例1；所使用的其它原料均为商业购买。
实施例1
一种混凝土防水抗裂剂，其特征在于，由如下按重量份计的各组分制成：多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维3份、铝土矿粉10份、含磺酸基的纤维材料4份、明矾石20份、高炉矿渣8份、松香基超支化聚酯2份、磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷5份、纳米硼纤维3份、表面亲水性猪毛纤维2份。
所述铝土矿粉的粒径为1000目；所述明矾石的粒径为900目；所述高炉矿渣的粒径为1000目；所述纳米硼纤维的直径为200nm，长径比为10:1。
所述磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷的制备方法，包括如下步骤：将2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸加入到有机溶剂中，在55℃下搅拌反应3小时，后旋蒸除去溶剂，将粗产品加入水中，再向其中加入氢氧化铝，调节ph值至6，后旋蒸除去水，得到磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷；所述2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:4:15；所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺；所述粗产品、水的质量比为1:3。
一种所述混凝土防水抗裂剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，碾磨过200目筛，再一起加入搅拌机中充分搅拌均匀，形成混凝土防水抗裂剂产品，进行装袋。
实施例2
一种混凝土防水抗裂剂，其特征在于，由如下按重量份计的各组分制成：多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维4份、铝土矿粉12份、含磺酸基的纤维材料5份、明矾石22份、高炉矿渣9份、松香基超支化聚酯2.5份、磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷6份、纳米硼纤维3.5份、表面亲水性猪毛纤维3份。
所述铝土矿粉的粒径为1100目；所述明矾石的粒径为1000目；所述高炉矿渣的粒径为1050目；所述纳米硼纤维的直径为300nm，长径比为12:1。
所述磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷的制备方法，包括如下步骤：将2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸加入到有机溶剂中，在60℃下搅拌反应3.5小时，后旋蒸除去溶剂，将粗产品加入水中，再向其中加入氢氧化铝，调节ph值至6.5，后旋蒸除去水，得到磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷。
所述2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:4:18；所述有机溶剂为n,n-二甲基乙酰胺；所述粗产品、水的质量比为1:3.5。
一种所述混凝土防水抗裂剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，碾磨过230目筛，再一起加入搅拌机中充分搅拌均匀，形成混凝土防水抗裂剂产品，进行装袋。
实施例3
一种混凝土防水抗裂剂，其特征在于，由如下按重量份计的各组分制成：多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维4.5份、铝土矿粉13份、含磺酸基的纤维材料5.5份、明矾石25份、高炉矿渣10份、松香基超支化聚酯3份、磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷7.5份、纳米硼纤维4份、表面亲水性猪毛纤维3.5份。
所述铝土矿粉的粒径为1150目；所述明矾石的粒径为1100目；所述高炉矿渣的粒径为1100目；所述纳米硼纤维的直径为350nm，长径比为13:1。
所述磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷的制备方法，包括如下步骤：将2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸加入到有机溶剂中，在67℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去溶剂，将粗产品加入水中，再向其中加入氢氧化铝，调节ph值至7，后旋蒸除去水，得到磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷。
所述2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:4:20；所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮；所述粗产品、水的质量比为1:4。
一种所述混凝土防水抗裂剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，碾磨过250目筛，再一起加入搅拌机中充分搅拌均匀，形成混凝土防水抗裂剂产品，进行装袋。
实施例4
一种混凝土防水抗裂剂，其特征在于，由如下按重量份计的各组分制成：多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维5.5份、铝土矿粉14份、含磺酸基的纤维材料6.5份、明矾石28份、高炉矿渣11份、松香基超支化聚酯3.5份、磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷9份、纳米硼纤维4.5份、表面亲水性猪毛纤维4.5份。
所述铝土矿粉的粒径为1250目；所述明矾石的粒径为1150目；所述高炉矿渣的粒径为1150目；所述纳米硼纤维的直径为450nm，长径比为14:1。
所述磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷的制备方法，包括如下步骤：将2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸加入到有机溶剂中，在68℃下搅拌反应4.5小时，后旋蒸除去溶剂，将粗产品加入水中，再向其中加入氢氧化铝，调节ph值至7.5，后旋蒸除去水，得到磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷；所述2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:4:24；所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮按质量比1:3:5混合而成；所述粗产品、水的质量比为1:4.5。
一种所述混凝土防水抗裂剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，碾磨过280目筛，再一起加入搅拌机中充分搅拌均匀，形成混凝土防水抗裂剂产品，进行装袋。
实施例5
一种混凝土防水抗裂剂，其特征在于，由如下按重量份计的各组分制成：多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维6份、铝土矿粉15份、含磺酸基的纤维材料7份、明矾石30份、高炉矿渣12份、松香基超支化聚酯4份、磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷10份、纳米硼纤维5份、表面亲水性猪毛纤维5份。
所述铝土矿粉的粒径为1300目；所述明矾石的粒径为1200目；所述高炉矿渣的粒径为1200目；所述纳米硼纤维的直径为500nm，长径比为15:1。
所述磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷的制备方法，包括如下步骤：将2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸加入到有机溶剂中，在70℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去溶剂，将粗产品加入水中，再向其中加入氢氧化铝，调节ph值至8，后旋蒸除去水，得到磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷；所述2-氨基腺嘌呤、3-氯-2-羟基丙磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:4:25；所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺；所述粗产品、水的质量比为1:5。
一种所述混凝土防水抗裂剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，碾磨过300目筛，再一起加入搅拌机中充分搅拌均匀，形成混凝土防水抗裂剂产品，进行装袋。
对比例1
本例提供一种混凝土防水抗裂剂，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加多孔β-环糊精交联聚合物纳米纤维。
对比例2
本例提供一种混凝土防水抗裂剂，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加磺酸盐改性2-氨基腺嘌呤核苷。
对比例3
本例提供一种混凝土防水抗裂剂，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加表面亲水性猪毛纤维和含磺酸基的纤维材料。
对比例4
本例提供一种混凝土防水抗裂剂，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加铝土矿粉和松香基超支化聚酯。
对比例5
本例提供一种混凝土防水抗裂剂，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加高炉矿渣和纳米硼纤维。
对上述实施例1-5以及对比例1-5所得混凝土防水抗裂剂进行性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：
将各例混凝土防水抗裂剂掺入普通混凝土中进行性能测试，其中，混凝土抗裂剂掺量为2％，所述普通混凝土是由水泥、水、石子、砂子按质量比1:3:18:12混合而成；对照组为不加混凝土防水抗裂剂的普通混凝土。混凝土抗压强度、抗折强度测试按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》执行，试件尺寸为标准中规定的标准尺寸；早期抗裂性能测定试验参考t/cecs10001-2017《用于混凝土中的防裂抗渗复合材料》中的附录a进行。
表1
从表1可见，本发明实施例公开的混凝土防水抗裂剂，与对比例中的混凝土防水抗裂剂相比，具有更加优异的抗裂效果和力学强度，这是各组分协同作用的结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。