[发明专利]一种提高水泥基材料力学性能的外加剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种提高水泥基材料力学性能的外加剂，该外加剂是一种有机无机杂化粒子的水分散液，所述有机无机杂化粒子，占所述水分散液总质量的5‑40%，由内层和外层两层结构组成，内层包括有机组分和无机组分；有机组分和无机组分之间没有任何共价键连接；无机组分和有机组分各自分别通过共价键连接形成聚合物网络；外层是一层带长侧链的负电性有机聚电解质。本发明所述提高水泥及材料力学性能的外加剂，有利于提高水泥基材料抗压强度，且掺量越高，对水泥基材料的各项力学性能提高越明显。

技术领域

本发明涉及用于水泥基材料改性的外加剂领域，具体涉及一种可提高水泥基材料力学性能的外加剂。

背景技术

水泥基材料是指混凝土、砂浆、注浆等材料。水泥基材料作为世界上使用最广泛的建筑材料，其应用领域的不断扩大，但复杂多样的施工和使用环境对其性能不断提出更高要求，因此，提高其力学性能是其发展的必然趋势。

普通水泥基材料是一种典型的脆性材料，其抗压强度高，抗弯折、抗拉强度明显不足，在实际使用中，容易因为应力集中或受力不均产生各种裂纹或损伤，使得耐久性下降，从而限制了其应用，例如，水泥路面的面层易过早出现断板及表面结构破坏等病害，因而限制了其在高等级公路中的应用。

人们在改善水泥基材料脆性方面开展了大量的研究，比如：通过添加改性组分从而提高混凝土的抗弯折、抗拉强度，现有主要改性组分包括纤维(有机聚合物、钢纤维和玻璃纤维)和聚合物粒子(乳液或干粉)等。

纤维增韧的原理是：(1)限制微裂缝发展。当纤维均匀分布在混凝土基体之中时，假定混凝土基体内部存在有发生微裂缝的倾向，当任何一条微裂缝发生、并且可能向任意方向发展时，在最远不超过纤维在混凝土基体内纤维平均中心距的路程之内，该裂缝将遇到横亘在它前方的一根纤维。当裂缝产生后，由于纤维的高模量和单根的高抗拉强度，可阻止裂缝的进一步发展，只能在混凝土基体内形成类似于无害孔洞的封闭空腔或者内径非常细小的孔洞。(2)高强度纤维本身韧性远高于混凝土，纤维改性混凝土的强度是混凝土相和纤维相性能的叠加，因而其韧性高于普通混凝土。

聚合物粒子作为外加剂，可以改善混凝土组分之间的结合。聚合物粒子的分散和成膜是其能够改性的主要原因。由于聚合物膜的存在，使混凝土材料的力学性能(尤其是韧性)更加优异。聚合物与无机材料之间产生了物理作用或部分化学键合作用，即聚合物以粒子或膜的形式对水泥砂浆进行改性，也可以形成以配位作用结合的结构更为致密的螯合体，从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团如-OH、-COOH、-COOR等可以与水泥水化产物产生配位作用，改变水泥材料以硅氧键为主的键型，添加有机碳氢键的键型，使结构得到明显增强，形成叠迭交错的双套网络结构，改善了界面间的结合，提高界面断裂能和韧性(Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2014,33,365)。

但以上技术都存在明显不足：

(1)纤维在混凝土搅拌时容易结团，难以分散，不能均匀分布于混凝土中。纤维改性混凝土的性能与纤维的分散和取向有密切关系，因而混凝土制备工艺对混凝土性能影响较大，其制备比常规混凝土更为困难。结团使混凝土和易性差，泵送困难、难以施工。钢纤维在使用过程中破坏形态主要是被拔出，而不会被拉断，这说明钢纤维的与混凝土的粘附性不足，这会影响提高混凝土抗拉强度的效果。合成纤维密度小，单丝直径较小，存在增稠效应，不利于混凝土的震动密实。玻璃纤维由于耐碱性差，玻璃纤维增强混凝土的应用受到限制。