一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳及其制备方法技术

本发明专利技术涉及聚合物改性水泥基材料领域，具体涉及一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳，其特征在于所述苯丙胶乳为硬单体、软单体和功能单体的共聚物，所述硬单体为芳香族乙烯基化合物，所述软单体为丙烯酸酯类化合物，所述功能单体为不饱和酸或不饱和醇类化合物，其化学通式为CH

【技术实现步骤摘要】
一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳及其制备方法
本专利技术涉及聚合物改性水泥基材料领域，具体涉及一种混凝土增韧用苯丙胶乳及其制备方法。
技术介绍
混凝土是目前最大宗的建筑材料，也是高速铁路建设工程中所用的主体结构材料。高速铁路结构混凝土在服役过程中会受高频动荷载冲击作用、温度疲劳作用以及环境介质侵蚀作用等因素影响。在高频动荷载冲击作用与温度疲劳作用下，混凝土内部微缺陷或微裂纹更易萌生和发展，为侵蚀性介质的进入提供更多通道，影响长期耐久性能。解决这一问题的途径之一就是对混凝土进行增韧，降低混凝土自身脆性，减少其在动荷载作用下内部微缺陷和微裂纹的萌生与发展。增韧混凝土的方式主要包括掺加纤维、胶乳等。专利技术专利申请CN112028514A公开了一种超高性能混凝土的增韧方法，在超高性能混凝土的原料中添加碳纳米管、纤维素和磷酸锌表面修饰的钢纤维，较单独添加碳纳米管或纤维素取得了更高的抗拉韧性。专利技术专利申请CN111792895A公开了一种纳/微米填料复合增韧超高性能混凝土及其制备方法，通过复掺低掺量不锈钢微丝和纳米填料，从纳/微观尺度增强了超高性能混凝土的结构密实度，减少了原生微裂纹，并可有效限制裂纹的产生和发展，大幅度提高了超高性能混凝土的韧性。专利技术专利申请CN107473645B公开了一种基于内部结构设计的高阻尼混凝土及其制备方法，利用聚合物乳液对混凝土进行了改性，所得高阻尼混凝土有较好的吸收、耗散能量作用，且抗折、抗压强度等力学性能可控制在合理的范围内。然而目前的增韧方法均存在一些问题，利用钢纤维增韧的主要不足是成本较高且会使轨道杂散电流增加；使用纳米填料增韧的不足主要是纳米填料自身易团聚、制备工艺繁琐；使用乳液进行增韧相对可行，但乳液掺量要足够高时才有明显增韧效果，此时往往会影响新拌混凝土工作性能，并会导致混凝土强度显著下降。若能开发一种新型胶乳，使其在较低掺量下就可实现有效的混凝土增韧效果，将具有良好的实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳，以及该材料的制备方法。一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳，其为硬单体、软单体和功能单体的共聚物，所述硬单体为芳香族乙烯基化合物，所述软单体为丙烯酸酯类化合物，所述功能单体为不饱和酸或不饱和醇类化合物，其化学通式为CH2=CR-CH(-CXH2X+1)-CYH2Y-A，式中，R为甲基、乙基或丙基中的任意一种；1≤X≤6，1≤Y≤10，X、Y为正整数；A为羧基、磺酸基、磷酸基或羟基中的任意一种。所述苯丙胶乳按质量分数计，合成原材料中包含15~25%的硬单体，20~30%的软单体，2%~8%的功能单体，1~5%的乳化剂，0.1~0.5%的引发剂。所述硬单体为苯乙烯、甲基苯乙烯、烯丙基苯，对乙烯基苯中的一种或多种。所述软单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯中的一种或多种。所述乳化剂由十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、OP-10、OP-20、OP-30、tritonx100中的一种或多种组成。所述苯丙胶乳在混凝土表面的正拉粘接强度大于2MPa。所述苯丙胶乳在常温条件下所得胶乳膜的损耗因子大于等于2。苯丙胶乳的制备方法如下：（1）将去离子水和乳化剂放入烧杯中，再用高速分散机，转速为10000r/min，分散2分钟后，再加入硬单体、软单体和功能性单体，继续分散10min，转速10000r/min，得到预乳化的分散液；（2）称取少量水和乳化剂于三口烧瓶中，再加入少量硬单体、软单体和功能性单体，搅拌桨搅拌，转速为350r/min，升温至80℃后，加入引发剂溶液；（3）观察到乳液出现淡蓝色且变稠之后，再将预乳化溶液用蠕动泵于2.5~3.5小时内滴入三口烧瓶，同时将引发剂溶液用注射泵于3.5~4.5小时内滴入三口烧瓶，滴加结束后，再反应1小时，冷却，过滤，得到苯丙胶乳。所述苯丙胶乳合成转化率高于95%，PDI低于0.1，zeta电位绝对值大于30mV。本专利技术的一种高速铁路结构混凝土增韧苯丙胶乳的积极效果是：通过硬单体、软单体和功能单体的组成设计与优化，实现了所合成苯丙胶乳在混凝土中的良好成膜、粘接与阻尼效果：在胶乳分子结构中引入的羧基、磺酸基、磷酸基等强极性官能团，可与水泥水化产物形成一定的络合作用，增加了胶乳膜在混凝土中的界面粘结能力，为外部能量由混凝土无机相传递至胶乳膜并顺利耗散提供了基础；在胶乳分子结构中引入的支链结构，可增加胶乳膜变形时的分子间滑移，控制胶乳膜的损耗因子，提升阻尼效果，增加其对外部能量的耗散作用。本专利技术所制备的苯丙胶乳，价格便宜、制备工艺简单、不导电，且在低掺量时就能明显提高混凝土的断裂能，对混凝土工作性能影响小。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述。实施例1：（一）苯丙胶乳按质量分数计，合成原材料为：硬单体：苯乙烯，15份；软单体：丙烯酸丁酯，30份；功能单体：化学式为CH2=CH(CH3)-CH(-CXH2X+1)-CYH2Y-A，其中X=5，Y=7，A为羧基，5份；乳化剂：十二烷基硫酸钠，1.6份；引发剂：过硫酸铵，0.35份；（二）制备步骤包括：（1）将去离子水和乳化剂放入烧杯中，再用高速分散机，转速为10000r/min，分散2分钟后，再加入硬单体、软单体和功能性单体，继续分散10min，转速10000r/min，得到预乳化的溶液；（2）称取少量水和乳化剂于三口烧瓶中，再加入少量硬单体、软单体和功能性单体，搅拌桨搅拌，转速为350r/min，升温至80℃后，加入引发剂溶液；（3）观察到乳液出现淡蓝色且变稠之后，再将预乳化溶液用蠕动泵于3小时内滴入三口烧瓶，同时将引发剂溶液用注射泵于4小时内滴入三口烧瓶，滴加结束后，再反应1小时，冷却，过滤，得到苯丙胶乳。实施例2：（一）苯丙胶乳按质量分数计，合成原材料为：硬单体：苯乙烯，25份；软单体：丙烯酸丁酯，20份；功能单体：化学式为CH2=CH(CH3)-CH(-CXH2X+1)-CYH2Y-A，其中X=5，Y=7，A为羧基，5份；乳化剂：十二烷基硫酸钠，1.6份；引发剂：过硫酸铵，0.35份；（二）制备步骤包括：（1）将去离子水和乳化剂放入烧杯中，再用高速分散机，转速为10000r/min，分散2分钟后，再加入硬单体、软单体和功能性单体，继续分散10min，转速10000r/min，得到预乳化的溶液；（2）称取少量水和乳化剂于三口烧瓶中，再加入少量硬单体、软单体和功能性单体，搅拌桨搅拌，转速为350r/min，升温至80℃后，加入引发剂溶液；（3）观察到乳液出现淡蓝色且变稠之后，再将预乳化溶液用蠕动泵于3小时内滴入三口烧瓶，同时将引发剂溶液用注射泵于4小时内滴入三口烧瓶，滴加结束后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳，其特征在于所述苯丙胶乳为硬单体、软单体和功能单体的共聚物，所述硬单体为芳香族乙烯基化合物，所述软单体为丙烯酸酯类化合物，所述功能单体为不饱和酸或不饱和醇类化合物，其化学通式为CH

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳，其特征在于所述苯丙胶乳为硬单体、软单体和功能单体的共聚物，所述硬单体为芳香族乙烯基化合物，所述软单体为丙烯酸酯类化合物，所述功能单体为不饱和酸或不饱和醇类化合物，其化学通式为CH2=CR-CH(-CXH2X+1)-CYH2Y-A，
式中，
R为甲基、乙基或丙基中的任意一种；
1≤X≤6，1≤Y≤10，X、Y为正整数；
A为羧基、磺酸基、磷酸基或羟基中的任意一种。


2.根据权利要求1所述的一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳，其特征在于所述苯丙胶乳按质量计，合成原材料中包含15份~25份的硬单体，20份~30份的软单体，2份~8份的功能单体，1份~5份的乳化剂，0.1份~0.5份的引发剂。


3.根据权利要求1-2所述的一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳，其特征在于所述硬单体为苯乙烯、甲基苯乙烯、烯丙基苯，对乙烯基苯中的一种或多种。


4.根据权利要求1-2所述的一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳，其特征在于所述软单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯中的一种或多种。


5.根据权利要求1-2所述的一种高速铁路结构混凝土增韧用苯丙胶乳，其特征在于所述乳化剂由十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、OP-10、OP-20、OP-30、tritonx100中的一种或多种组成。

【专利技术属性】
技术研发人员：高洋洋，江鹏，程冠之，谢永江，董全霄，关文勋，兴安，许太林，李世达，曹继涛，李旺，李康，谢清清，栗少清，舒双炉，冯仲伟，王希，郑新国，刘竞，李书明，曾志，谭盐宾，杨鲁，李林香，
申请(专利权)人：北京化工大学，中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，中国铁道科学研究院集团有限公司，中国国家铁路集团有限公司，北京铁锋建筑工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11