一种高分子水泥混凝土添加剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高分子水泥混凝土添加剂及其制备方法 (Polymer cement concrete additive and preparation method thereof ) 是由 夏梅 于 2021-01-22 设计创作，主要内容包括：本发明适用于混凝土添加剂技术领域,提供了一种高分子水泥混凝土添加剂,包括以下按照重量份的原料：乙烯-醋酸乙烯共聚物80～120份、聚氯乙烯树脂30～50份、改性硅灰石粉15～35份、改性纤维素20～40份、无机纳米颗粒10～18份、稳定剂2～6份、偶联剂2～6份和去离子水140～180份。本发明还提供了一种如上所述的高分子水泥混凝土添加剂的制备方法,通过对纤维素进行改性处理,增加纤维素表面亲水性氨基数量,提高添加剂的保水性能；同时利用甲基丙烯酸三氟乙酯对硅灰石粉进行改性,增强了添加剂与混凝土表面的结合力,使表面变得更致密,致密的养护膜有效阻止了混凝土表面水分的蒸发,提高了保水效果。(The invention is suitable for the technical field of concrete additives, and provides a polymer cement concrete additive which comprises the following raw materials in parts by weight: 80-120 parts of ethylene-vinyl acetate copolymer, 30-50 parts of polyvinyl chloride resin, 15-35 parts of modified wollastonite powder, 20-40 parts of modified cellulose, 10-18 parts of inorganic nanoparticles, 2-6 parts of stabilizer, 2-6 parts of coupling agent and 140-180 parts of deionized water. The invention also provides a preparation method of the polymer cement concrete additive, which is characterized in that cellulose is modified to increase the number of hydrophilic amino groups on the surface of the cellulose and improve the water retention property of the additive; meanwhile, the wollastonite powder is modified by utilizing the trifluoroethyl methacrylate, so that the binding force of the additive and the surface of the concrete is enhanced, the surface becomes more compact, the compact curing film effectively prevents the evaporation of the water on the surface of the concrete, and the water retention effect is improved.)
技术领域
本发明涉及混凝土添加剂技术领域，尤其涉及一种高分子水泥混凝土添加剂及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。水泥混凝土主要划分为两个阶段与状态：凝结硬化前的塑性状态，即新拌水泥混凝土或水泥混凝土拌合物；硬化之后的坚硬状态，即硬化水泥混凝土。
在混凝土的制备过程中，为了提高和改善混凝土的综合性能，通常需要在其中掺入混凝土添加剂。混凝土添加剂是保证混凝土优异的和易性、强度和耐久性的必不可少的成分之一，其能有效地改善和调节混凝土的性能。混凝土添加剂种类很多，如用来改善混凝土拌合物流变性能的减水剂、引气剂和泵送剂，用来调节混凝土凝结时间、硬化性能的缓凝剂、早强剂和速凝剂等，用来改善混凝土耐久性的引气剂、防水剂和阻锈剂，用来改善混凝土其它性能的加气剂、膨胀剂、着色剂、防冻剂、防水剂和泵送剂等。这些添加剂对改善混凝土的性能，提高建筑工程质量具有积极作用。
养护剂作为混凝土添加剂的一种，能在混凝土表面形成一层连续不透水的密闭养护薄膜，使混凝土表面与空气隔绝，降低水分蒸发，从而使混凝土利用中自身水分最大限度地完成水化作用，而混凝土自身的水分足以保证混凝土达到养护效果。目前市面上的养护剂主要分为水玻璃型养护剂和普通石蜡乳液型养护剂，水玻璃型养护剂的保水率远不能达到规范要求，而普通型的石蜡乳液养护剂虽然保水率较高，但其对高温环境较为敏感，在高温中易发生软化流淌现象。
发明内容
本发明实施例提供一种高分子水泥混凝土添加剂，旨在通过对纤维素进行改性处理，增加纤维素表面亲水性氨基数量，提高纤维保水性，将改性纤维素加入混凝土添加剂基料中，从而提高添加剂的保水性能；同时利用甲基丙烯酸三氟乙酯对硅灰石粉进行改性，使氟电负性较高的氟原子包围着碳链，形成螺旋结构，起到疏水作用，同时也保护了碳键不易被化学介质所破坏，并利用羟基基团可以与混凝土表面的硅原子发生化学键合作用，增强了添加剂与混凝土表面的结合力，使表面变得更致密，致密的养护膜有效阻止了混凝土表面水分的蒸发，提高了保水效果。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高分子水泥混凝土添加剂，包括以下按照重量份的原料：
乙烯-醋酸乙烯共聚物80～120份、聚氯乙烯树脂30～50份、改性硅灰石粉15～35份、改性纤维素20～40份、无机纳米颗粒10～18份、稳定剂2～6份、偶联剂2～6份和去离子水140～180份。
进一步地，所述稳定剂为硬脂酸镁。
进一步地，所述偶联剂为钛酸酯。
进一步地，所述改性硅灰石粉的制备方法如下：
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在40～60℃下搅拌2～3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理12～18h，烘干温度80～85℃，得到改性硅灰石粉。
进一步地，所述改性纤维素的制备方法如下：
将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5～7.8，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素。
进一步地，所述无机纳米颗粒为纳米氧化锆。
本发明还提供了一种如上所述的高分子水泥混凝土添加剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将改性硅灰石粉和改性纤维素粉碎过筛后加入去离子水中搅拌20～30min，再加入偶联剂，保温搅拌30～50min，过滤干燥得复合粉末；
2)取乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯树脂和无机纳米颗粒，加入去离子水中混合均匀，得混合液；
3)将复合粉末加入混合液中，添加稳定剂，保温1～2h，冷却至室温后调节pH至7～8，制得高分子水泥混凝土添加剂。
进一步地，所述步骤1)中保温温度为40～60℃。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过对纤维素进行改性处理，增加纤维素表面亲水性氨基数量，提高纤维保水性，将改性纤维素加入混凝土添加剂基料中，从而提高添加剂的保水性能；同时利用甲基丙烯酸三氟乙酯对硅灰石粉进行改性，使氟电负性较高的氟原子包围着碳链，形成螺旋结构，起到疏水作用，同时也保护了碳键不易被化学介质所破坏，并利用羟基基团可以与混凝土表面的硅原子发生化学键合作用，增强了添加剂与混凝土表面的结合力，使表面变得更致密，致密的养护膜有效阻止了混凝土表面水分的蒸发，提高了保水效果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体地，本发明实施例提供了一种高分子水泥混凝土添加剂，包括以下按照重量份的原料：
乙烯-醋酸乙烯共聚物80～120份、聚氯乙烯树脂30～50份、改性硅灰石粉15～35份、改性纤维素20～40份、无机纳米颗粒10～18份、稳定剂2～6份、偶联剂2～6份和去离子水140～180份。
本发明实施例中，所述稳定剂为硬脂酸镁。
本发明实施例中，所述偶联剂为钛酸酯。
本发明实施例中，所述改性硅灰石粉的制备方法如下：
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在40～60℃下搅拌2～3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理12～18h，烘干温度80～85℃，得到改性硅灰石粉。
利用甲基丙烯酸三氟乙酯对硅灰石粉进行改性，使氟电负性较高的氟原子包围着碳链，形成螺旋结构，起到疏水作用，同时也保护了碳键不易被化学介质所破坏，并利用羟基基团可以与混凝土表面的硅原子发生化学键合作用，增强了添加剂与混凝土表面的结合力，使表面变得更致密，致密的养护膜有效阻止了混凝土表面水分的蒸发，提高了保水效果。
本发明实施例中，所述改性纤维素的制备方法如下：
将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5～7.8，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素。
通过对纤维素进行改性处理，增加纤维素表面亲水性氨基数量，提高纤维保水性，将改性纤维素加入混凝土添加剂基料中，从而提高添加剂的保水性能。
本发明实施例中，所述无机纳米颗粒为纳米氧化锆。
本发明实施例还提供了一种如上所述的高分子水泥混凝土添加剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将改性硅灰石粉和改性纤维素粉碎过筛后加入去离子水中搅拌20～30min，再加入偶联剂，保温搅拌30～50min，过滤干燥得复合粉末；
2)取乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯树脂和无机纳米颗粒，加入去离子水中混合均匀，得混合液；
3)将复合粉末加入混合液中，添加稳定剂，保温1～2h，冷却至室温后调节pH至7～8，制得高分子水泥混凝土添加剂。
本发明实施例中，所述步骤1)中保温温度为40～60℃。
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案和技术效果做进一步的说明。
实施例1
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将15g改性硅灰石粉和20g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
实施例2
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将20g改性硅灰石粉和20g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
实施例3
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将25g改性硅灰石粉和20g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
实施例4
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将30g改性硅灰石粉和20g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
实施例5
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将35g改性硅灰石粉和20g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
实施例6
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将15g改性硅灰石粉和25g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
实施例7
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将15g改性硅灰石粉和30g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
实施例8
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将15g改性硅灰石粉和35g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
实施例9
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将15g改性硅灰石粉和40g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
实施例10
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将25g改性硅灰石粉和30g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
对照组
取市售普通水泥混凝土添加剂。
对实施例1～10以及对照组中的水泥混凝土添加剂进行性能测试，具体测试如下：
保水性能试验：参照我国规范建材行业标准JC901～2002《水泥混凝土添加剂》以及交通行业标准JT/T522～2004《公路工程混凝土添加剂》。
表面吸水率试验：参照规范ASTMC1585～13《测量水硬水泥混凝土吸水率的试验方法》，混凝土成型100mm×100mm×100mm立方体，养护到相应龄期后取出低温60℃烘干，对4个侧面封蜡处理，留下成型面。称重后置于水中，半小时后取出再次称重，两次称重差值为吸水量，根据公式计算表面吸水率。
抗压强度试验：参照JC901～2002《水泥混凝土添加剂》以及JT/T522～2004《公路工程混凝土添加剂》。
具体数据见表1所示：
表1
由表1可知，本发明所制的水泥混凝土添加剂相比市售普通水泥混凝土添加剂具有更加优异的保水率、表面吸水率和抗压强度，其中实施例10所制的水泥混凝土添加剂保水率、表面吸水率和抗压强度最高；根据实施例1～5，改性硅灰石粉用量为25g时，所制的水泥混凝土添加剂保水率、表面吸水率和抗压强度最高；根据实施例1和6～9，改性纤维素用量为30g时，所制的水泥混凝土添加剂保水率、表面吸水率和抗压强度最高。
进一步地，本发明以实施例10的制备步骤作为基础，对改性纤维素和改性硅灰石粉进行单因子缺失对比实验，实验结果发现缺失不同因子，最终制得的水泥混凝土添加剂保水率、表面吸水率和抗压强度也具有一定程度的差异，具体见以下对比例。
对比例1
将纤维素用氢氧化钠溶液调节至pH值为7.5，然后投入烘干机干燥后，粉磨成60目粉末，得到改性纤维素，备用；将30g改性纤维素粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
对比例2
将硅灰石粉加入甲基丙烯酸三氟乙酯中，在50℃下搅拌3h，再离心处理0.5h，然后置于真空干燥箱中烘干处理14h，烘干温度80℃，得到改性硅灰石粉，备用；将25g改性硅灰石粉粉碎过筛后加入80g去离子水中搅拌30min，再加入4g钛酸酯，保温搅拌50min，过滤干燥得复合粉末；取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；将复合粉末加入混合液中，添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
对比例3
取100g乙烯-醋酸乙烯共聚物、40g聚氯乙烯树脂和14g无机纳米颗粒，加入80g去离子水中混合均匀，得混合液；添加4g硬脂酸镁，保温2h，冷却至室温后调节pH至7，制得高分子水泥混凝土添加剂。
对对比例1～3中的水泥混凝土添加剂进行性能测试，具体测试如下：
保水性能试验：参照我国规范建材行业标准JC901～2002《水泥混凝土添加剂》以及交通行业标准JT/T522～2004《公路工程混凝土添加剂》。
表面吸水率试验：参照规范ASTMC1585～13《测量水硬水泥混凝土吸水率的试验方法》，混凝土成型100mm×100mm×100mm立方体，养护到相应龄期后取出低温60℃烘干，对4个侧面封蜡处理，留下成型面。称重后置于水中，半小时后取出再次称重，两次称重差值为吸水量，根据公式计算表面吸水率。
抗压强度试验：参照JC901～2002《水泥混凝土添加剂》以及JT/T522～2004《公路工程混凝土添加剂》。
具体数据见表2所示：
表2
从表2可知，使用本发明制得的高分子水泥混凝土添加剂，与单独使用改性纤维素和单独使用改性硅灰石粉相比，其保水率、表面吸水率和抗压强度均具有较大提升。
总的来说，本发明通过对纤维素进行改性处理，增加纤维素表面亲水性氨基数量，提高纤维保水性，将改性纤维素加入混凝土添加剂基料中，从而提高添加剂的保水性能；同时利用甲基丙烯酸三氟乙酯对硅灰石粉进行改性，使氟电负性较高的氟原子包围着碳链，形成螺旋结构，起到疏水作用，同时也保护了碳键不易被化学介质所破坏，并利用羟基基团可以与混凝土表面的硅原子发生化学键合作用，增强了添加剂与混凝土表面的结合力，使表面变得更致密，致密的养护膜有效阻止了混凝土表面水分的蒸发，提高了保水效果。
需要说明的是，本发明实施例以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。