本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土水分缓释剂及其制备方法与使用方法。
背景技术：
随着我国经济和社会的发展，对于各类建筑、桥梁、地下建筑物等的要求越来越高，其中混凝土的强度和耐久性方面尤为重视。目前主要是通过掺入活性掺合料和高效减水剂来提高混凝土强度。但加入高效减水剂，会使混凝土用水量降低，水化不充分，增大混凝土的收缩，因此在混凝土实际施工中，如何在使用减水剂的情况下，提高水泥水化程度，降低混凝土收缩成了急需解决的问题。
传统的混凝土养护方法有自然养护、常压蒸汽养护和高温高压养护等。正常情况下，人们都使用洒水或覆盖湿草包等自然养护方法。但传统的养护方法混凝土水化程度不高，难以发挥混凝土的最优状态。目前解决以上问题的方式是使用内养护。内养护是指在绝湿、绝热条件下依靠预吸水材料释放水分维持混凝土内部充分湿润的方法。国内主要的内养护剂分为三类：一是多孔结构的轻集料或陶粒，其吸水能力较低；二是纯高吸水性树脂，其分散性较差，释放不稳定；三是以植物淀粉等为原料合成，其制作工艺复杂且成本较高。因此研究一种能够克服以上问题并具有较好养护作用的内养护剂具有重大的意义。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种混凝土水分缓释剂及其制备方法与使用方法，以有效提高混凝土内部水泥水化，提高强度，减轻混凝土的收缩性能。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种混凝土水分缓释剂，原料组分按重量份计，包括：n-异丙基丙烯酰胺5～10重量份、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺0.25～0.5重量份和水85～95重量份。
在本发明的进一步实施方式中，原料组分还包括：过硫酸钾0.1～0.3重量份和亚硫酸氢钠0.1～0.3重量份。
在本发明的进一步实施方式中，水为去离子水。
第二方面，本发明提供了混凝土水分缓释剂的制备方法，包括如下步骤：s101：将所有原料组分混合均匀，然后进行超声波振动，得到膨胀物；s102：将膨胀物在水中浸泡；s103：将s102得到的产物干燥至恒重；s104：将干燥后的产物粉碎，再用套筛筛分，得到混凝土水分缓释剂。
在本发明的进一步实施方式中，s101中，超声波振动的温度为15～25℃，超声波振动的时间为20～40min，超声波振动的频率为20～130khz。
在本发明的进一步实施方式中，s102中，浸泡的次数为多次，优选为3～5次，每次浸泡的时间为1～3h；水为去离子水；s103中，干燥的温度为40～80℃，干燥为真空干燥。
在本发明的进一步实施方式中，s104中，混凝土水分缓释剂的粒径为0.15～0.21mm，优选为0.175～0.185mm。
第三方面，本发明提供了混凝土水分缓释剂的使用方法，包括如下步骤：将混凝土水分缓释剂加入水中，吸水至饱和状态，然后和混凝土料混合均匀，得到混凝土。
在本发明的进一步实施方式中，混凝土水分缓释剂和混凝土料的质量比为(0.01～0.2):100；混凝土料的原料组分按重量份计，包括：水泥360重量份、沙子759重量份、石子965重量份和水230重量份。
在本发明的进一步实施方式中，混凝土料的原料组分还包括减水剂0.0002～0.0005重量份，减水剂为聚羧酸减水剂。需要说明的是，减水剂为聚羧酸高性能减水剂，可以是选自沈阳普和化工有限公司的萘系高效减水剂fdn-a，ph值为7～9，硫酸钠含量≤5％，固体含量≥93％。
本发明提供的技术方案，具有如下的有益效果：(1)本发明中，混凝土成型后不用浇水的先进的养护方法，工序简单，并可大量节省相关养护用水并减少物力、人力的投入，降低了应用成本；(2)本发明提供的混凝土水分缓释剂能有效的提升混凝土的强度，并降低其自收缩情况；(3)本发明提供的混凝土水分缓释剂能与减水剂等外加剂共同使用，不影响相关外加剂的效果，并降低外加剂对混凝土收缩的影响，并且水分缓释剂能够长期稳定存在；(4)本发明提供的混凝土水分缓释剂环境友好，与混凝土配合性好，利于环保，促进资源可持续发展；(5)本发明提供的混凝土水分缓释剂新型环保高效，从分子结构、作用原理和在混凝土中的表现行为与内养护剂有很大区别，不仅具有适宜的含水量、掺量、良好的适应性等优点，还具降低减水剂引起的收缩的作用，使用本发明产品可代替传统的湿养护，可减少劳动度、降低工程费用，达到并超过传统的湿养护效果；(6)本发明提供的混凝土水分缓释剂无金属矿物的添加，一方面减少了环境的污染，另外还大大减低了成本；(7)本发明提供的混凝土水分缓释剂的制备方法便捷，而且本发明的水分缓释剂的养护效果更为明显，强度增长率相对更高。能显著减少新拌混凝土的用水量，提高混凝土性能并延长混凝土使用寿命。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。实施例采用的减水剂为聚羧酸高性能减水剂，是选自沈阳普和化工有限公司的萘系高效减水剂fdn-a，ph值为7～9，硫酸钠含量≤5％，固体含量≥93％。
本发明提供一种混凝土水分缓释剂，原料组分按重量份计，包括：
n-异丙基丙烯酰胺5～10重量份、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺0.25～0.5重量份、过硫酸钾0.1～0.3重量份、亚硫酸氢钠0.1～0.3重量份和去离子水85～95重量份。
另外，本发明还提供了上述混凝土水分缓释剂的制备方法，包括如下步骤：
s101：将所有原料组分混合均匀，然后进行在15～25℃超声波振动20～40min，超声波振动的频率为20～130khz，得到膨胀物；
s102：将所述膨胀物在去离子水中浸泡3～5次，每次浸泡的时间为1～3h；
s103：将s102得到的产物40～80℃真空干燥至恒重；
s104：将干燥后的产物粉碎，再用套筛筛分，得到粒径为0.15～0.21mm的混凝土水分缓释剂。
再者，本发明还提供了上述混凝土水分缓释剂的使用方法，包括如下步骤：
将混凝土水分缓释剂加入水中，吸水至饱和状态，然后和混凝土料混合均匀，得到混凝土；其中，混凝土水分缓释剂和所述混凝土料的质量比为(0.01～0.2):100；所述混凝土料的原料组分按重量份计，包括：水泥360重量份、沙子759重量份、石子965重量份、聚羧酸减水剂0.0002重量份和水230重量份。
下面结合具体实施例对本发明提供的混凝土水分缓释剂及其制备方法与使用方法作进一步说明。
实施例一
本实施例提供一种混凝土水分缓释剂，原料组分按重量份计，包括：n-异丙基丙烯酰胺10重量份、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺0.5重量份、过硫酸钾0.25重量份、亚硫酸氢钠0.25重量份和去离子水89重量份。
按上述的原料，采用本发明提供的混凝土水分缓释剂的制备方法，制备混凝土水分缓释剂：
s101：将所有原料组分混合均匀，然后进行在20℃超声波振动30min，超声波振动的频率为80khz，得到膨胀物；
s102：将所述膨胀物在去离子水中浸泡3次，每次浸泡的时间为2h；
s103：将s102得到的产物在60℃真空干燥至恒重；
s104：将干燥后的产物粉碎，再用套筛筛分，得到粒径为0.175～0.185mm的混凝土水分缓释剂。
实施例二
本实施例提供一种混凝土水分缓释剂，原料组分按重量份计，包括：n-异丙基丙烯酰胺5重量份、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺0.3重量份、过硫酸钾0.15重量份、亚硫酸氢钠0.15重量份和去离子水94.4重量份。
按上述的原料，采用本发明提供的混凝土水分缓释剂的制备方法，制备混凝土水分缓释剂：
s101：将所有原料组分混合均匀，然后进行在20℃超声波振动30min，超声波振动的频率为80khz，得到膨胀物；
s102：将所述膨胀物在去离子水中浸泡3次，每次浸泡的时间为2h；
s103：将s102得到的产物在60℃真空干燥至恒重；
s104：将干燥后的产物粉碎，再用套筛筛分，得到粒径为0.175～0.185mm的混凝土水分缓释剂。
实施例三
本实施例提供一种混凝土水分缓释剂，原料组分按重量份计，包括：n-异丙基丙烯酰胺8重量份、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺0.4重量份、过硫酸钾0.2重量份、亚硫酸氢钠0.2重量份和去离子水91.2重量份。
按上述的原料，采用本发明提供的混凝土水分缓释剂的制备方法，制备混凝土水分缓释剂：
s101：将所有原料组分混合均匀，然后进行在20℃超声波振动30min，超声波振动的频率为80khz，得到膨胀物；
s102：将所述膨胀物在去离子水中浸泡3次，每次浸泡的时间为2h；
s103：将s102得到的产物在60℃真空干燥至恒重；
s104：将干燥后的产物粉碎，再用套筛筛分，得到粒径为0.175～0.185mm的混凝土水分缓释剂。
实施例四
本实施例提供一种混凝土水分缓释剂，原料组分按重量份计，包括：n-异丙基丙烯酰胺5重量份、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺0.5重量份、过硫酸钾0.1重量份、亚硫酸氢钠0.3重量份和去离子水95重量份。
按上述的原料，采用本发明提供的混凝土水分缓释剂的制备方法，制备混凝土水分缓释剂：
s101：将所有原料组分混合均匀，然后进行在15℃超声波振动40min，超声波振动的频率为20khz，得到膨胀物；
s102：将所述膨胀物在去离子水中浸泡3次，每次浸泡的时间为3h；
s103：将s102得到的产物40℃真空干燥至恒重；
s104：将干燥后的产物粉碎，再用套筛筛分，得到粒径为0.15～0.175mm的混凝土水分缓释剂。
实施例五
本实施例提供一种混凝土水分缓释剂，原料组分按重量份计，包括：n-异丙基丙烯酰胺10重量份、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺0.25重量份、过硫酸钾0.3重量份、亚硫酸氢钠0.1重量份和去离子水85重量份。
按上述的原料，采用本发明提供的混凝土水分缓释剂的制备方法，制备混凝土水分缓释剂：
s101：将所有原料组分混合均匀，然后进行在25℃超声波振动20min，超声波振动的频率为130khz，得到膨胀物；
s102：将所述膨胀物在去离子水中浸泡5次，每次浸泡的时间为1h；
s103：将s102得到的产物80℃真空干燥至恒重；
s104：将干燥后的产物粉碎，再用套筛筛分，得到粒径为0.185～0.21mm的混凝土水分缓释剂。
对比例一
本对比例提供一种混凝土水分缓释剂，原料组分按重量份计，包括：n-异丙基丙烯酰胺10重量份、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺0.2重量份、过硫酸钾0.25重量份、亚硫酸氢钠0.25重量份和去离子水89重量份。
制备方法同实施例一。
对比例二
本对比例提供一种混凝土水分缓释剂，原料组分按重量份计，包括：n-异丙基丙烯酰胺10重量份、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺0.8重量份、过硫酸钾0.25重量份、亚硫酸氢钠0.25重量份和去离子水89重量份。
制备方法同实施例一。
对比例三
本对比例提供一种混凝土水分缓释剂，原料组分同实施例一。
按上述的原料，制备混凝土水分缓释剂：
s101：将所有原料组分混合均匀，然后进行在15℃超声波振动40min，超声波振动的频率为80khz，得到膨胀物；
s102：将所述膨胀物在去离子水中浸泡3次，每次浸泡的时间为3h；
s103：将s102得到的产物40℃真空干燥至恒重；
s104：将干燥后的产物粉碎，再用套筛筛分，得到粒径为0.10～0.13mm的混凝土水分缓释剂。
对比例四
本对比例提供一种混凝土水分缓释剂，原料组分同实施例一。
按上述的原料，制备混凝土水分缓释剂：
s101：将所有原料组分混合均匀，然后进行在15℃超声波振动40min，超声波振动的频率为80khz，得到膨胀物；
s102：将所述膨胀物在去离子水中浸泡3次，每次浸泡的时间为3h；
s103：将s102得到的产物40℃真空干燥至恒重；
s104：将干燥后的产物粉碎，再用套筛筛分，得到粒径为0.22～0.25mm的混凝土水分缓释剂。
将本发明实施例一至实施例五制备得到的混凝土水分缓释剂，按照相关国标进行强度和收缩模块成型进行性能测定，并以对比例一至对比例四制备得到的混凝土水分缓释剂作为对照。
分组：测定总共分为17组，编号为a1、a2、a3、a31、a32、a33、a34、a4、a5、a6、a7、a71、a72、a73、a74、a8和a9。其中a1、a2为空白混凝土样品，a1不养护，a2进行传统的喷洒外养护；a3、a4、a5分别为添加实施例一至三中的水分缓释剂的混凝土样品，a31、a32、a33、a34分别为添加对比例一至四中的水分缓释剂的混凝土样品；a6为加了聚羧酸减水剂的试样；a7、a8、a9添加了聚羧酸减水剂且分别为添加了实施例一至三中的水分缓释剂的混凝土样品，a71、a72、a73、a74添加了聚羧酸减水剂且分别为添加了对比例一至四中的水分缓释剂的混凝土样品。
测定方法：(1)将实施例一至实施例三、对比例一至对比例四中制备得到的混凝土水分缓释剂分别加入水中，吸水18h至饱和状态，得到预吸水饱和试剂；(2)按照水泥360重量份、沙子759重量份、石子965重量份和水230重量份配制混凝土料，然后分为a1、a2、a3、a31、a32、a33、a34、a4、a5、a6、a7、a71、a72、a73、a74、a8和a9组；(3)a1、a2为空白混凝土，且a2进行传统的喷洒外养护；a3、a31、a32、a33、a34、a4、a5对应添加(1)中的预吸水饱和试剂(混凝土水分缓释剂和混凝土料的质量比为0.1:100)；a6为添加聚羧酸减水剂(聚羧酸减水剂加入量为0.0002重量份)；a7、a71、a72、a73、a74、a8、a9添加聚羧酸减水剂且对应添加(1)中的预吸水饱和试剂(混凝土水分缓释剂和混凝土料的质量比为0.1:100，聚羧酸减水剂加入量为0.0002重量份)，其他处理均相同，得到对应的17组混凝土样品，每个样品设置三个平行样。
测定结果：在不同的时间点，按照相关国标规范计算强度和收缩率，并取平均值，具体结果如下表1和表2所示。
表1混凝土试块抗压强度(mpa)
表2混凝土试块收缩率(×10-6)
从以上表1和表2数据可以看出，混凝土进行外养护要优于不养护，而添加了本发明制备得到的混凝土水分缓释剂无论是强度还是收缩率，均优于对比样。本发明制备得到的混凝土水分缓释剂，由于在混凝土内部能够稳定持续的维持其内部的湿度，从而最大限度的促进水泥水化，减少混凝土的收缩，提高混凝土的强度。
需要说明的是，除了上述实施例一至实施例五列举的情况，选用其他的原料组分配比及制备方法参数也是可行的。
本发明提供的技术方案，具有如下的有益效果：(1)本发明中，混凝土成型后不用浇水的先进的养护方法，工序简单，并可大量节省相关养护用水并减少物力、人力的投入，降低了应用成本；(2)本发明提供的混凝土水分缓释剂能有效的提升混凝土的强度并降低其自收缩情况；(3)本发明提供的混凝土水分缓释剂能与减水剂等外加剂共同使用，不影响相关外加剂的效果，并降低外加剂对混凝土收缩的影响，并且水分缓释剂能够长期稳定存在；(4)本发明提供的混凝土水分缓释剂环境友好，与混凝土配合性好，利于环保，促进资源可持续发展；(5)本发明提供的混凝土水分缓释剂新型环保高效，从分子结构、作用原理和在混凝土中的表现行为与内养护剂有很大区别，不仅具有适宜的含水量、掺量、良好的适应性等优点，还具降低减水剂引起的收缩的作用，使用本发明产品可代替传统的湿养护，可减少劳动度、降低工程费用，达到并超过传统的湿养护效果；(6)本发明提供的混凝土水分缓释剂无金属矿物的添加，一方面减少了环境的污染，另外还大大减低了成本；(7)本发明提供的混凝土水分缓释剂的制备方法便捷，而且本发明的水分缓释剂的养护效果更为明显，强度增长率相对更高。能显著减少新拌混凝土的用水量，提高混凝土性能并延长混凝土使用寿命。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。在这里示出和描述的所有示例中，除非另有规定，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。