本发明涉及材料领域，尤其涉及水胶囊及其制备方法、轻质混凝土的制备方法及其结构。
背景技术：
在混凝土搅拌车将泡沫混凝土从混凝土厂运到建筑工地的过程中，泡沫混凝土中的气泡容易因为过度搅拌而被破坏，这会对最终成型的泡沫混凝土的密度和强度产生不良影响。
技术实现要素：
本发明针对上述问题，提出了一种水胶囊及其制备方法、轻质混凝土的制备方法及其结构。
本发明所提出的技术方案如下：
本发明提出了一种水胶囊，包括碱敏感性包衣和容纳于包衣中的水；水胶囊用于掺入混凝土，承受长时间搅拌及运输并在混凝土硬化过程中逐渐消融或破裂，此过程中释放的水同时有利于混凝土水化反应。
本发明上述的水胶囊中，包衣采用碱敏感性聚合物制成。
本发明上述的水胶囊中，碱敏感性聚合物在碱性条件下发生溶胀溶解或溶胀破裂。
本发明上述的水胶囊中，碱溶胀溶解聚合物采用甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的共聚物。
本发明上述的水胶囊中，水胶囊的粒径范围为10μm-200μm。
本发明提出了一种如上所述的水胶囊的制备方法，包括以下步骤：
将水和碱溶胀溶解聚合物均溶解在有机溶剂中，形成内油相；
将内油相均匀分散于不可互溶的外油相，形成稳定乳液；
通过从乳液中蒸发有机溶剂形成水胶囊；
通过将所述胶囊过滤和洗涤多次形成纯化的水胶囊。
本发明上述的水胶囊的制备方法中，有机溶剂采用甲醇。
本发明上述的水胶囊的制备方法中，碱溶胀溶解聚合物重量占水和甲醇总重量的比例为1％-7％；甲醇与水的体积比为95：5。
本发明上述的水胶囊的制备方法中，外油相采用液体石蜡，包含重量比例为1％的稳定剂。
本发明上述的水胶囊的制备方法中，内油相与外油相体积比为1:4-5。
本发明提出了一种轻质混凝土的预拌方法，包括以下步骤：
将如上所述的水胶囊掺入混凝土；
混凝土浇筑成型；
水胶囊包衣在混凝土硬化过程中逐渐被碱破坏，包于胶囊中的水因此被释放出来并导致在胶囊位置形成气孔，从而得到轻质混凝土。
本发明提出了一种轻质混凝土结构，采用如上所述的轻质混凝土浇筑而成。
本发明将水胶囊掺入混凝土中；水胶囊包衣可保护其承受长时间搅拌和运输；在浇筑装模成型后一定时间内，水胶囊的包衣在碱性环境中逐渐被破坏，胶囊中的水从而被释放出来，进而引致气孔的形成。在本发明中，由于水胶囊在混凝土终凝及硬化后才会被破坏并放水，混凝土中的气孔在混凝土终凝及硬化一段时间后才会形成，从而避免了普通泡沫混凝土因在运输过程中搅拌过度而导致气泡破裂的情况。本发明水胶囊及其制备方法、轻质混凝土的制备方法及其结构设计巧妙，实用性强。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1示出了本发明水胶囊的结构示意图；
图2示出了甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的共聚物的化学式；
图3示出了碱溶胀溶解聚合物在碱性溶液中离子化的过程示意图；
图4示出了水胶囊的制备流程图；
图5示出了水胶囊的照片；
图6为根据本发明第一实施例所制备的水胶囊的sem图像；
图7为图6所示的水胶囊的热重-差热分析图谱；
图8为图6所示的水胶囊在不同ph值的碱性溶液中释放的水占水胶囊的质量比随时间的变化示意图；
图9为根据本发明第二实施例所制备的水胶囊的sem图像；
图10为图9所示的水胶囊的热重-差热分析图谱；
图11为图9所示的水胶囊在不同ph值的碱性溶液中释放的水占水胶囊的质量比随时间的变化示意图；
图12根据本发明第三实施例所制备的水胶囊的sem图像；
图13为图12所示的水胶囊的热重-差热分析图谱；
图14为图12所示的水胶囊在不同ph值的碱性溶液中释放的水占水胶囊的质量比随时间的变化示意图；
图15为采用本发明的轻质混凝土浇筑成型的块体的显微镜图像；
图16为采用普通混凝土浇筑成型的块体的显微镜图像。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是：如何减少泡沫混凝土在运输过程中因搅拌过度而导致其气泡被破坏。本发明提出的解决该技术问题的技术思路是：将水胶囊掺入混凝土中；水胶囊包衣可保护其承受长时间搅拌和运输；在浇筑装模成型后一定时间内，水胶囊的包衣在碱性环境中逐渐被破坏，胶囊中的水从而被释放出来，进而引致气孔的形成。在本发明中，由于水胶囊在混凝土终凝及硬化后才会被破坏并放水，混凝土中的气孔在混凝土终凝及硬化一段时间后才会形成，从而避免了普通泡沫混凝土因在运输过程中搅拌过度而导致气泡破裂的情况。
具体地，本发明提出了一种水胶囊，包括碱敏感性包衣和容纳于包衣中的水；水胶囊用于掺入混凝土并可承受长时间搅拌和运输；在混凝土浇筑成型并终凝后，水胶囊包衣在碱性环境中逐渐被破坏，胶囊中的水从而释放出来，水胶囊的结构如图1所示。水胶囊的长度范围为10μm-200μm。在这里，水胶囊所承受的搅拌和运输的时间一般为30min-36h。
具体地，在本发明中，包衣采用碱敏感性聚合物制成。该聚合物在碱性条件下发生溶胀溶解或溶胀破裂。
进一步地，碱溶胀溶解聚合物采用甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的共聚物，在这里，甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯比例为1:1；如图2所示，在酸性条件下，甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的共聚物可以在分子内作用力或分子间作用力的作用下发生自缔合。如图3所示，在当将甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的共聚物投入到碱性溶液中时，甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的共聚物会发生溶胀继而溶解。
进一步地，本发明还提出了一种上述水胶囊的制备方法，包括以下步骤：
将水和碱溶胀溶解聚合物均溶解在有机溶剂中，形成内油相；
将内油相均匀分散于不可互溶的外油相，形成稳定乳液；
通过从乳液中蒸发有机溶剂形成水胶囊；
通过将所述胶囊过滤和洗涤多次形成纯化的水胶囊。
在这里，有机溶剂可采用甲醇。
在本发明中，碱溶胀溶解聚合物重量占水和甲醇总重量的比例为1％-7％；甲醇与水的体积比为95：5。
在本发明中，外油相采用液体石蜡，包含重量比例为1％的稳定剂，且内油相与外油相体积比为1:4-5。
进一步地，本发明还提出了一种轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将如上所述的水胶囊掺入混凝土；
混凝土浇筑装模成型；
水胶囊包衣在混凝土硬化过程中逐渐被碱破坏，包于胶囊中的水因此被释放出来并导致在胶囊位置形成气孔，从而得到轻质混凝土。
本发明还提出了一种轻质混凝土结构，采用如上所述的轻质混凝土浇筑而成。
为了将本发明的技术目的、技术方案以及技术效果说明的更清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
第一实施例
本实施例采用甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的共聚物(记为polymer)作为碱溶胀溶解聚合物。如图4所示，将碱溶胀溶解聚合物和水先后掺入甲醇中，形成内油相。其中，碱溶胀溶解聚合物(记为hase)重量占水和甲醇总重量的比例为1％；甲醇与水的体积比为95：5；亚甲基蓝染料占内油相重量比为0.1％。将内油相均匀分散于液体石蜡，形成稳定乳液。通过从乳液中蒸发有机溶剂形成水胶囊，如图5所示。在这里，搅拌速度为600rpm，搅拌温度为45℃。
对水胶囊进行sem分析，得到sem图像，如图6所示。
取20mg水胶囊进行热重-差热分析，得到热重-差热分析图谱，如图7所示。
取三份水胶囊分别放置在ph为12、ph为12.5以及ph为13的三种浓度的氢氧化钠溶液中；采用分光光度测定法测定水胶囊释放包含染料的水占水胶囊的质量比，具体结果如图8所示。
第二实施例
本实施例采用甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的共聚物(记为polymer)作为碱溶胀溶解聚合物。将碱溶胀溶解聚合物和水先后掺入甲醇中，形成内油相。其中，碱溶胀溶解聚合物(记为hase)重量占水和甲醇总重量的比例为3％；甲醇与水的体积比为95：5；亚甲基蓝染料占内油相重量比为0.1％。将内油相均匀分散于液体石蜡，形成稳定乳液。通过从乳液中蒸发有机溶剂形成水胶囊。在这里，搅拌速度为600rpm，搅拌温度为45℃。
对水胶囊进行sem分析，得到sem图像，如图9所示。
取20mg水胶囊进行热重-差热分析，得到热重-差热分析图谱，如图10所示。
取三份水胶囊分别放置在ph为12、ph为12.5以及ph为13的三种浓度的氢氧化钠溶液中；采用分光光度测定法测定水胶囊释放包含染料的水占水胶囊的质量比，具体结果如图11所示。
第三实施例
本实施例采用甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的共聚物(记为polymer)作为碱溶胀溶解聚合物。将碱溶胀溶解聚合物和水先后掺入甲醇中，形成油相。其中，碱溶胀溶解聚合物(记为hase)重量占水和甲醇总重量的比例为5％；甲醇与水的体积比为95：5；亚甲基蓝染料占内油相重量比为0.1％。将内油相均匀分散于液体石蜡，形成稳定乳液。通过从乳液中蒸发有机溶剂形成水胶囊。在这里，搅拌速度为600rpm，搅拌温度为45℃。
对水胶囊进行sem分析，得到sem图像，如图12所示。
取20mg水胶囊进行热重-差热分析，得到热重-差热分析图谱，如图13所示。
取三份水胶囊分别放置在ph为12，ph为12.5以及ph为13的三种浓度的氢氧化钠溶液中；采用分光光度测定法测定水胶囊释放包含染料的水占水胶囊的质量比，具体结果如图14所示。
分析
从图6-7、图9-10和图12-13可以分析得到，水胶囊是以水为囊芯，碱溶胀溶解聚合物为包衣的结构。
从图8、图11和图14可以看到，当水胶囊处于ph为12的碱性溶液中时，水胶囊在8h内有60％-70％的质量损失；
当水胶囊处于ph为12.5的碱性溶液中时，水胶囊在8h内有75％-85％的质量损失；
当水胶囊处于ph为13的碱性溶液中时，水胶囊在8h内有80％-100％的质量损失。
第四实施例
将如第三实施例的水胶囊以30wt％的掺量掺入混凝土；
把所需重量水胶囊掺入混凝土并充分搅拌5min，把混凝土浇筑成40mm×40mm×40mm的块体，水胶囊在混凝土硬化过程中逐渐消融，包衣被破坏从而释放包衣中的水形成气孔，得到轻质混凝土；待块体充分硬化后，测量其密度，其密度为1446kg/m3；并进行显微镜观察，如图15所示。
采用搅拌时间为5min的普通混凝土浇筑成40mm×40mm×40mm的块体，待块体充分硬化后，测量其密度，其密度为2061kg/m3；并进行显微镜观察，如图16所示。
对比图15和图16，可以看到，采用水胶囊，可以在混凝土内部有效形成气孔，从而得到轻质混凝土。因本发明轻质混凝土中的气孔在混凝土终凝硬化后才生成，避免了普通泡沫混凝土中气泡因长时间搅拌而被破坏的情况。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。