一种混凝土减胶剂及其制备方法与流程

本发明属于混凝土外加剂，具体涉及一种混凝土减胶剂及其制备方法。

背景技术：

1、在当今的建筑工程中，混凝土作为一种核心材料，其性能直接关系到建筑物的质量和耐久性。混凝土通常由水泥、水、砂石等基本原料组成，混合时还需添加特定的化学添加剂以改善其性能。这些添加剂的作用在于优化水泥的水化过程，从而增强混凝土的整体强度。

2、然而，混凝土的制备过程中存在一个关键问题：不是所有的水泥粒子都能在混合过程中完全分散和水化。实际上，有高达20%至30%的水泥粒子在混凝土中只起到了类似填充剂的作用，未能充分发挥其增强强度的潜力。这不仅影响了混凝土的整体性能，也造成了原材料的浪费。

3、为解决这一问题，传统上使用了混凝土减胶剂，这种添加剂的主要目的是在不降低混凝土力学性能的前提下，减少水泥的使用量。例如，在保证相同的混凝土强度等级下，混凝土减胶剂的使用能减少5%~10%的水泥用量，并且保证混凝土的力学强度不降低，同时混凝土的工作性和体积稳定性都有不同程度的改善。尽管这种减胶剂在一定程度上改善了混凝土的性能，但在实际应用中，它们并未能显著降低水泥用量，有时甚至会降低混凝土的抗腐蚀性、抗渗性和耐久性等，进而导致混凝土强度的不稳定。

4、基于上述问题，研究一种新型减胶剂是十分有必要的，目标是在确保混凝土的力学性能的同时，有效减少水泥用量并提高混凝土的整体强度。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种混凝土减胶剂及其制备方法。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种混凝土减胶剂，按以下重量份的原料组成：复合微胶囊0.5～3%、介孔二氧化硅1～5%、相变组合物0.5～4%、聚羧酸共聚物0.2～2%、粉煤灰15～30%、天然有机酸0.1～1%、分散剂0.05～0.5%、余量为水。

4、优选地，所述天然有机酸是柠檬酸和苹果酸中的一种。

5、优选地，所述分散剂是木质素磺酸钠、聚丙烯酸酯和聚乙烯胺衍生物中的一种。

6、本发明还提出了一种混凝土减胶剂的制备方法，包括以下步骤：

7、s1：复合微胶囊的制备；

8、s2：多孔氧化硅的制备；

9、s3：相变组合物的制备；

10、s4：聚羧酸共聚物的制备；

11、s5：混凝土减胶剂的制备。

12、优选地，步骤s1中所述复合微胶囊的制备包括以下步骤：

13、1).将环氧树脂溶于10倍质量体积的丙酮溶液中，300rpm搅拌10～15min，获得环氧树脂溶液；将吐温-80加入20倍质量体积的蒸馏水中，溶解均匀，获得水相溶液a；将环氧树脂溶液30min内缓慢加入水相溶液a中，800～1000rpm搅拌30～120mim；获得乳化溶液a；

14、2).将聚氨酯溶于8倍质量体积的二甲基甲酰胺溶液中，获得聚酰胺溶液，将吐温-80加入18倍质量体积的蒸馏水中，溶解均匀，获得水相溶液b；将聚酰胺溶液20min内缓慢加入水相溶液b中，1000rpm搅拌30～120min，获得乳化溶液b；将步骤1)中制备的乳化溶液a加入乳化溶液b中，1200rpm混合搅拌60min，获得混合乳化溶液；

15、3).向步骤2)中制备的混合乳化溶液中加入二苯基甲烷二异氰酸酯和聚乙烯醇，300w超声处理20～40min，6000rpm离心5min，过滤，50℃真空干燥8h，获得复合微胶囊。

16、优选地，步骤1)中所述吐温-80是环氧树脂用量的1～5%。

17、优选地，步骤2)中所述吐温-80是聚氨酯用量的1～5%；所述环氧树脂和聚氨酯的用量之比为1:2～2.5。

18、优选地，步骤3)中所述二苯基甲烷二异氰酸酯的用量是聚氨酯用量的5～20%；所述聚乙烯醇的用量是环氧树脂和聚氨酯总用量的15～20%。

19、优选地，步骤s2中所述介孔二氧化硅的制备包括以下步骤：

20、(1).将纳米硅溶于12倍质量体积的丙酮溶液中，获得纳米硅溶液；将硅烷偶联剂加入10倍质量体积的丙酮溶液中，再加入催化剂和1～1.5倍质量体积的去离子水，300rpm搅拌10min，静置30min后，获得硅烷偶联剂溶液，将硅烷偶联剂溶液加入纳米硅溶液中，在室温下，300～500rpm持续搅拌2h，6000rpm离心5～8min，去离子水洗涤，40℃真空干燥8h，获得介孔二氧化硅。

21、优选地，步骤(1)中所述硅烷偶联剂是三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷中的一种；所述硅烷偶联剂用量是纳米硅用量的2～5%；所述催化剂是氨水、hcl溶液中的一种；所述催化剂与硅烷偶联剂的用量之比为0.05ml:1g。

22、优选地，步骤s3中所述相变组合物是微胶囊化石蜡，制备方法包括以下步骤：

23、i.将石蜡溶于10倍质量体积的氯仿溶液中，提升温度至60℃后，以3℃/min的速度逐渐降温至室温并搅拌，300rpm持续搅拌15～30min，获得石蜡溶液；将聚苯乙烯加入5～8倍质量体积的氯仿溶液中，300rpm持续搅拌8min混合均匀，获得聚苯乙烯溶液；将石蜡溶液以1～5ml/min缓慢加入聚苯乙烯溶液中，同时进行300w超声处理，获得乳液；将乳液以5000～7000rpm离心10min，去离子水洗涤，30℃真空干燥8h，获得微胶囊化石蜡。

24、优选地，步骤i中所述石蜡和聚苯乙烯的用量之比为1:0.5～1。

25、优选地，步骤s4中所述聚羧酸共聚物是一种低粘度聚羧酸共聚物，制备方法包括以下步骤：

26、ⅰ.将甲基丙烯酸与聚乙二醇单甲醚加入丙酮溶液中，300rpm搅拌10～15min，混合均匀，获得混合溶液；将过硫酸铵加入15倍质量体积的去离子水中，300rpm搅拌10min，溶解均匀，获得过硫酸铵溶液；将混合溶液提升温度至60～80℃，15min内滴加过硫酸铵溶液，500rpm持续搅拌8～12h，冷却至室温，50℃真空干燥12h，获得聚羧酸共聚物。

27、优选地，步骤ⅰ中所述甲基丙烯酸、聚乙二醇单甲醚和丙酮溶液的用量之比为1g:0.5～1g:6～12ml；所述过硫酸铵的用量是底物甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚总质量的1～3%。

28、优选地，步骤s5中所述混凝土减胶剂的制备包括以下步骤：

29、a1.将步骤i中制备的微胶囊化石蜡按原料比例加入介孔二氧化硅中，200～500rpm持续搅拌30min，混合后，提高温度至35～40℃，继续上述搅拌20～30min，自然冷却至室温，获得填充介孔二氧化硅；

30、a2.将步骤a1中获得的填充介孔二氧化硅、粉煤灰和天然有机酸按原料比例研磨过400目筛筛选后，100rpm机械搅拌30min混合均匀，获得混合粉末；将聚羧酸共聚物按原料比例溶于蒸馏水中，加入分散剂，300w超声处理15min，获得聚羧酸溶液；将混合粉末15min内缓慢加入聚羧酸溶液中，500rpm搅拌1h后，加入复合微胶囊，继续搅拌30min，获得混凝土减胶剂。

31、有益效果如下：

32、本发明利用复合微胶囊技术，将修复剂环氧树脂和聚氨酯填入微胶囊中，当混凝土结构出现微小裂缝时，裂缝附近的区域会产生应力集中，在裂缝的尖端和边缘，应力水平远高于其他区域，位于这些应力集中区域的复合微胶囊，由于外力作用，会发生破裂，释放内含的修复剂，自动填补和封堵裂缝；微胶囊在混凝土受力导致裂缝时破裂，修复剂与空气和水分接触后固化，恢复混凝土的完整性，延长其使用寿命。聚羧酸共聚物可以改善微胶囊在混凝土中的分散性，确保均匀分布；当微胶囊因裂缝而破裂，共聚物有助于修复剂在裂缝区域的有效扩散和粘结，提高自愈合效果。相变组合物石蜡微胶囊化制备而成，相变组合物在环境温度变化时吸收或释放热量，帮助调节混凝土内部温度；相变组合物即石蜡在吸热(从固态转为液态)和放热(从液态转为固态)时改变相态，通过这一过程调节混凝土的温度，能有效减少因温度变化导致的裂缝和损伤。

33、介孔二氧化硅具有相对规则的孔隙结构和较大的孔隙体积，有效容纳微胶囊化石蜡，提供有效的强度和结构支持，介孔二氧化硅提供的物理支持使得相变组合物在经历热循环时能够保持稳定，避免因体积变化对混凝土结构造成损害。此外，介孔二氧化硅通过填充混凝土微观结构的空隙，提高其密实性和强度。聚羧酸共聚物有助于提高介孔二氧化硅在混凝土中的分散性和粘附性，进而提高混凝土的密实性和力学强度，同时促进水泥的水化反应，增强混凝土的耐久性。使用粉煤灰作为部分水泥的替代品，降低混凝土的碳足迹和成本；聚羧酸共聚物能够改善含有粉煤灰的混凝土混合物的均匀性，它有助于降低水需求，从而使混凝土更加密实和耐用；同时，这种协同作用也有利于粉煤灰在混凝土中的有效利用，提高其环境友好性。