【技术实现步骤摘要】
本申请涉及混凝土领域，具体涉及一种改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法。
技术介绍
1、混凝土作为最常用的土木工程材料，被广泛应用于桥梁、码头、护岸、钻井平台等水工结构的建设中。普通混凝土在水下直接浇筑时会受到水的影响而产生分离、水泥流失、强度下降的后果并且会引起环境污染，因此通常采用围堰隔水法、导管法、装袋叠置法、开底吊桶法、泵送法等浇筑方法，从施工角度解决混凝土在水下浇筑时的问题。而采用以上方法进行施工均会在一定程度上复杂工艺、延长工期，从而增加工程成本。
2、在此背景下，学者研制出一种水下不分散混凝土，通过在混凝土中加入絮凝剂，使各组分相互黏聚，从而做到在水中直接浇筑且不易发生分散与离析，被称为“新一代水下工程材料”。目前水下不分散混凝土常用的絮凝剂有纤维素系和聚丙烯酰胺系两种。在水电厂尾水冲击区、海岸潮差水位变动区以及一定流速河道等一些特殊的施工区域，新浇筑的不分散混凝土在未硬化前，需要承受一定速度的水流冲刷。目前常用的絮凝剂均是在静水环境中研制，只适合静水或水流相对较小的环境中，面对较高流速的水流冲刷时，这些絮凝剂的抗分散效果一般，虽然可以通过增加絮凝剂掺量提高抗分散性，但却会造成混凝土过于粘稠，难以施工，凝结时间过长等问题。
3、针对目前常用的絮凝剂不足以使水下不分散混凝土拌合物克服一定速度的水流冲刷的问题，本专利技术在传统的有机聚丙烯酰胺絮凝剂的研究基础上，引入无机组分改性纳米颗粒，合成一种无机-有机杂化超支化聚合物，其改变了原聚丙烯酰胺分子的线性结构，具备较强的抗剪切能力，显
技术实现思路
1、本专利技术针对目前常用的纤维素系和聚丙烯酰胺系絮凝剂无法使水下不分散混凝土拌合物抵御一定速度的水流冲刷这一问题，以丙烯酰胺、丙烯酸为有机单体，改性纳米颗粒为无机单体，采用水溶液聚合法合成了一种改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型超支化聚合物。制备的絮凝剂可显著提高混凝土拌合物抵御一定速度的水流冲刷能力和抗分散性能，同时具有一定的减水作用，可改善混凝土的流动度。
2、为了实现本专利技术的上述目的和优点，提供了一种改性纳米二氧化硅-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
3、1)称取硅烷偶联剂溶于乙醇水溶液中，搅拌20～30min，得到硅烷偶联剂水解液。称取纳米颗粒溶于乙醇水溶液中，超声20～40min，温度升高至60～70℃，并缓慢滴加硅烷偶联剂水解液。反应6～8h，产物经乙醇洗涤、干燥、研磨，得到改性纳米颗粒粉末。
4、2)将无机单体改性纳米颗粒，有机单体丙烯酰胺、丙烯酸溶于去离子水中，搅拌20～30min，超声20～40min。用氢氧化钠溶液调节水溶液的ph至8～9，添加少量去离子水调节单体总质量浓度。
5、3)依次在2)所得的水溶液中加入络合剂、链转移剂和尿素，搅拌30min，温度升高至35℃，并持续通入氮气除氧30min。
6、4)滴液漏斗缓慢滴加计量的氧化还原引发剂过硫酸铵、亚硫酸氢钠以及偶氮引发剂偶氮二异丁脒至3)所得的溶液中，搅拌均匀，持续通入氮气保护直至体系明显粘稠。
7、5)密封三口烧瓶，恒温静置4h。将产物用无水乙醇提纯并反复洗涤至发白、硬度增加，再进行造粒、干燥、粉碎处理。
8、本专利技术所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述纳米颗粒选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙及相似组成结构纳米颗粒中的一种。所选纳米颗粒共有的特点是表面含有大量的羟基基团，具有亲水性，化学活性较好，但易团聚。对纳米颗粒进行改性，一方面可以防止纳米颗粒团聚，使其能够均匀的分散在聚合物基质中；另一方面，可以使纳米颗粒接枝上碳碳双键，从而在聚合中与有机单体不仅形成弱的氢键作用，还可以形成更牢固的共价键，有效避免了在水流剪切力作用下常规无机-有机复合絮凝剂宏观两相界面分离的现象。纳米颗粒的改性程度越高，支链数越多，相互缠绕形成的三维网络强度就越高；且形成的分子链更为收缩，在相同剪切力作用下支链被破坏的更少，最后体现在混凝土的抗水流冲刷性更好。但随着改性程度的提高，支链数过多易造成分子链缠结过快且混乱，宏观表现为拌合物坍落度损失过快，不利于实际施工。本专利技术将纳米颗粒的改性程度控制在60～80％内，可以有效平衡拌合物的抗冲刷性与流动性。
9、为优化上述步骤，采取的具体措施还包括：
10、步骤1)中，所述乙醇水溶液乙醇与水的体积比为3：1，所述纳米颗粒与硅烷偶联剂的质量比为1：(0.1～0.3)，所述纳米颗粒的浓度为0.5wt.％～1wt.％。
11、步骤1)中，所述改性纳米颗粒的改性程度为60％～80％。
12、步骤2)中，所述有机单体丙烯酰胺、丙烯酸的摩尔比为(3～4)：1，所述改性纳米颗粒占单体总质量的0.5％～2.5％，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1～1mol/l，所述单体总质量浓度为23％～28％。
13、步骤3)中，所述络合剂称取的质量为单体总质量的0.01％～0.02％，所述链转移剂称取的质量为单体总质量的0.01％～0.02％，所述尿素称取的质量为单体总质量的1.1％～1.3％。
14、步骤4)中，所述氧化剂过硫酸铵与还原剂亚硫酸氢钠的摩尔比为1：1，所述氧化还原引发剂与偶氮引发剂的质量比为1：3，所述引发剂的总质量为单体总质量的0.2％～0.35％。
15、本专利技术的有益效果在于：
16、(1)本专利技术制备的絮凝剂能有效改善混凝土拌合物抵御一定速度的水流冲刷能力。本专利技术所述的超支化聚合物以改性纳米颗粒为核，以有机高分子为支链，形成一种星状结构。普通聚丙烯酰胺絮凝剂分子由于其相对线性的结构，分子间形成的网状结构连接较弱，相互作用力较小，在水流剪切力的作用下，分子间的作用力被破坏，分子链从中间断裂，从而造成抗分散性的损失，以至于不足以束缚住混凝土表面与水接触的组分，混凝土表面被冲刷，粗集料裸露。而超支化聚合物的分子支链较多，分子之间易相互作用、缠绕而形成一定的网状结构，且形成的网状结构的强度较高。在受水流剪切力的作用时，分子间的作用力较强，不易被冲散，且星状结构在受剪切力作用下仅会断裂部分支链，保留了主分子链大部分的分子量及粘度，表现为新拌混凝土的抗分散性损失较小，混凝土与水的接触面粘结能力受水流剪切力的影响不大，从而有效抵御一定流速的水流冲刷。
17、(2)本专利技术制备的絮凝剂能使混凝土拌合物具有优良的抗分散性和满足施工条件的流动性。与普通的聚丙烯酰胺絮凝剂分子相比，本专利技术所述絮凝剂为超支化聚合物分子的星状结构，比表面积较大，三维网络明显，桥连能力更强，更易吸附颗粒，表现为抗分散性效果较优。普通的聚丙烯酰胺絮凝剂在使用时混凝土拌合物会出现粘度较大难以施工，坍落度损失较快，水陆强度比较低等问题。而本专利技术所述的絮凝剂以丙烯酸为有机单体之一，其含有的羧基(-cooh)是减水基团，可有效改善混凝土拌合物的流动性。本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.据权利要求1所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述纳米颗粒选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙中的一种。
3.根据权利要求1所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述乙醇水溶液乙醇与水的体积比为3：1，所述纳米颗粒与硅烷偶联剂的质量比为1：(0.1～0.3)，所述纳米颗粒的浓度为0.5wt.％～1wt.％。
4.根据权利要求1所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述改性纳米颗粒的改性程度为60％～80％。
5.据权利要求1所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述有机单体丙烯酰胺、丙烯酸的摩尔比为(3～4)：1，所述改性纳米颗粒占单体总质量的0.5％～2.5％，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1～1mol/L，所述单体总质量浓度为23％～28％。
6.据权利要求
7.据权利要求1所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述络合剂称取的质量为单体总质量的0.01％～0.02％，所述链转移剂称取的质量为单体总质量的0.01％～0.02％，所述尿素称取的质量为单体总质量的1.1％～1.3％。
8.据权利要求1所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述氧化剂过硫酸铵与还原剂亚硫酸氢钠的摩尔比为1：1，所述氧化还原引发剂与偶氮引发剂的质量比为1：3，所述引发剂的总质量为单体总质量的0.2％～0.35％。
...【技术特征摘要】
1.一种改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.据权利要求1所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述纳米颗粒选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙中的一种。
3.根据权利要求1所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述乙醇水溶液乙醇与水的体积比为3：1，所述纳米颗粒与硅烷偶联剂的质量比为1：(0.1～0.3)，所述纳米颗粒的浓度为0.5wt.％～1wt.％。
4.根据权利要求1所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述改性纳米颗粒的改性程度为60％～80％。
5.据权利要求1所述的改性纳米颗粒-丙烯酰胺共聚型抗冲刷絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述有机单体丙烯酰胺、丙烯酸的摩尔比为(3～4)：1，所述改性纳米颗粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄凯健，王健，缪一新，沈龚，李维俊，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：
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