[發明專利]一種提升水泥基材料抗折和抗拉強度的外加劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410693203.3
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104446102A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 舒鑫;劉加平;楊勇;劉浩;冉千平;張建綱;黃振;張志勇
• 申請（專利權）人: 江蘇蘇博特新材料股份有限公司
• 主分類號: C04B24/26
• 分類號: C04B24/26;C08F220/14;C08F212/08;C08F220/06;C08F220/28;C08F290/06;C08F212/14;C08F220/18;C08F220/34;C08F220/38;C08F230/08;C08F220/54;C08F
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 李建芳

技術領域

本發明屬于水泥基材料改性的外加劑領域，具體涉及一種提升水泥基材料抗折和抗拉強度的外加劑及其制備方法。

背景技術

“混凝土”表示混凝土、砂漿或注漿等水泥基材料。

普通水泥混凝土是一種典型的脆性材料，其抗壓強度高，抗彎折、抗拉強度明顯不足，在實際使用中，容易因為應力集中或受力不均產生各種裂紋或損傷，使得耐久性下降，從而限制了其應用，例如，應用于水泥路面面層易過早出現斷板及表面結構破壞等病害，因而限制了其在高等級公路中的應用。

人們在改善混凝土脆性方面開展了大量的研究，特別是通過添加改性組分從而提高混凝土抗彎折、抗拉強度的方法，現有主要改性組分包括纖維(有機聚合物、鋼纖維和玻璃纖維)和聚合物粒子(乳液或干粉)等。

纖維增韌的原理是：(1)限制微裂縫發展。當纖維均勻分布在混凝土基體之中時，假定混凝土基體內部存在有發生微裂縫的傾向，當任何一條微裂縫發生、并且可能向任意方向發展時，在最遠不超過纖維在混凝土基體內纖維平均中心距的路程之內，該裂縫將遇到橫亙在它前方的一根纖維。當裂縫產生后，由于纖維的高模量和單根的高抗拉強度，可阻止裂縫的進一步發展，只能在混凝土基體內形成類似于無害孔洞的封閉空腔或者內徑非常細小的孔洞。(2)高強度纖維本身韌性遠高于混凝土，纖維改性混凝土的強度是混凝土相和纖維相性能的疊加，因而其韌性高于普通混凝土。

聚合物粒子作為外加劑，可以改善混凝土組分之間的結合。聚合物粒子的分散和成膜是其能夠改性的主要原因。由于聚合物膜的存在，使混凝土材料的力學性能(尤其是韌性)更加優異。聚合物與無機材料之間產生了物理作用或部分化學鍵合作用，即聚合物以粒子或膜的形式對水泥砂漿進行改性，也可以形成以配位作用結合的結構更為致密的螯合體，從而改善了聚合物水泥混凝土的性能。向聚合物中引入活性基團如-OH、-COOH、-COOR等可以與水泥水化產物產生配位作用，改變水泥材料以硅氧鍵為主的鍵型，添加有機碳氫鍵的鍵型，使結構得到明顯增強，形成疊迭交錯的雙套網絡結構，改善了界面間的結合，提高界面斷裂能和韌性(Bulletin?of?the?Chinese?Ceramic?Society,2014,33,365)。

但以上技術都存在明顯不足：

(1)纖維在混凝土攪拌時容易結團，難以分散，不能均勻分布于混凝土中。纖維改性混凝土的性能與纖維的分散和取向有密切關系，因而混凝土制備工藝對混凝土性能影響較大，其制備比常規混凝土更為困難。結團使混凝土和易性差，泵送困難、難以施工。鋼纖維在使用過程中破壞形態主要是被拔出，而不會被拉斷，這說明鋼纖維的與混凝土的粘附性不足，這會影響提高混凝土抗拉強度的效果。合成纖維密度小，單絲直徑較小，存在增稠效應，不利于混凝土的震動密實。玻璃纖維由于耐堿性差，玻璃纖維增強混凝土的應用受到限制。

專利CN101891417B揭示的水泥基材料增韌方法需要通過攪拌將其配方各組分(包括纖維)分散均勻，攪拌時間較長(25-35min)。專利CN101913188B加磁場使鋼纖維單相分布提高鋼纖維混凝土抗折強度，這無疑使得混凝土的制備復雜化。專利US7192643通過特殊方法制備易分散的有機纖維膜用于水泥基材料增韌。專利EP0488577、US5993537、US4524101均需添加所謂潤濕劑或無機偶聯試劑(binding?agent)等特定手段使得纖維能分散。這些專利通常需要通過特定的手段或設備來制備所需纖維材料或相應改性混凝土。

(2)聚合物改性混凝土中聚合物摻量過高。由于聚合物改性混凝土更多的是形成聚合物網絡，相當于通過材料共混的形式改善混凝土性能，聚合物網絡本身與水泥基材料粘結力有限，因而在低摻量時改性性能不明顯，必須要添加較高摻量，這使得其成本較高。聚合物乳液在混凝土強堿高鹽的環境中也有可能發生聚沉，影響其作用發揮(陰離子乳化劑合成的乳液易聚沉，Journal?of?Materials?in?Civil?Engineering?2011,23,1412)。專利CN102276764B提供了一種聚合物粉末改性的化學改性方法，在聚合物粉末表面通過偶聯劑進行化學接枝，以提高粉末與基體的相互作用，從而提高改性砂漿的抗沖擊性能，但它本身并沒有解決聚合物粉體的分散問題。