一种低真空管道混凝土粉尘抑制材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料的技术领域，具体涉及一种低真空管道混凝土粉尘抑制材料及其制备方法。

背景技术

近年来，由粉尘引发的诸多问题备受关注，抑尘材料可以迅速捕捉并将微粒粉尘牢牢吸附，起到抑尘、防尘的作用，但是在低真空环境下使用抑尘材料时会有更严格的要求，例如混凝土尘的润湿性不如土壤尘，粒径越小越不容易被润湿，同时根据道尔顿分压定律，水分蒸发速率与气压成反比，超高速磁悬浮运输系统的真空管道内部气压相比高原地区气压低几十倍甚至上百倍，抑尘材料应用条件相对更加恶劣的同时，对其抑尘效果、抗蒸发性、粘结性、环保性等也有更高的要求，现有的抑尘材料难以在低真空特殊环境中实现良好的抑尘效果，因此，亟需提出一种新的抑尘材料解决此类粉尘问题，防止混凝土发生溃散和耐久性不足，并改善真空管道内部的环境条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低真空管道混凝土粉尘抑制材料及其制备方法，以改善上述问题。

为了实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一方面，本申请实施例提供了一种低真空管道混凝土粉尘抑制材料，包括：聚丙烯酸酯乳液：30-60％；聚乙烯醇15-45％；硅溶胶10-20％；硅酸钠5-15％；辅助剂4-10％；表面活性剂0.5-5％；消泡剂0.05-1％；上述原料的重量百分比之和为100％。

进一步地，所述聚丙烯酸酯乳液与聚乙烯醇的质量比为1:2～3:1。

进一步地，所述聚丙烯酸酯乳液的固含量为39-55wt％，粘度为2000-4000mPa·s。

进一步地，所述聚乙烯醇的分子量为7万-10万，醇解度为80-99.5％。

进一步地，所述硅酸钠的模数范围为2.6～3.3。

进一步地，所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或两者混合。

进一步地，所述阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠、海藻酸钠中的一种或至少两种的组合；所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

进一步地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠与脂肪醇聚氧乙烯醚时以1:1-4的重量比组合。

第二方面，本申请实施例提供了一种低真空管道混凝土粉尘抑制材料制备方法，所述方法包括：

S1：将8％质量分数聚乙烯醇溶解在热水中静置；

S2：将聚丙烯酸酯乳液进行搅拌分散后加入上述聚乙烯醇溶液混合搅拌，得到混合溶液；

S3：在上述混合溶液中加入硅酸钠搅拌5分钟，滴加一半剂量的消泡剂，再加入硅溶胶及其余原料快速(1200rpm)搅拌5分钟后混匀静置，得到成品。

本发明的有益效果为：

本发明中采用聚丙烯酸酯及聚乙烯醇高分子材料，成膜性良好、粘度较高，起到增加颗粒物之间的粘结作用，形成壳类表面，以提高硬壳表面强度为主要目的，提高了抑尘效果，并且具有良好的热稳定性，采用的硅酸钠在起到吸水性能的同时，也和聚乙烯醇起到协同粘结作用，抑尘效果优良；硅溶胶具有较大的比表面积和吸附能力、较好的粘结性以及分散性好，可充分浸入充填到固体物特别是多孔性物质中并使其表面光滑，表面活性剂中具有亲水基可以使得表面活性剂的亲水特性在降低溶液的表面张力方面起到了决定性作用，同时采用吸湿性无机盐则具有能够弥补材料先天吸湿保水性弱的特点，其吸湿能力具有长效性，进而能够提高表面活性剂的抑尘效果，同时和聚乙烯醇协同起到保水、抗蒸发的作用，大大提高了抑尘材料的抑尘效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中所述的低真空管道混凝土粉尘抑制材料制备方法的流程图。

图2为本发明实施例中所述的实施例1的表面成膜情况示意图。

图3为本发明实施例中所述的对比例1的表面成膜情况示意图。

图4为本发明实施例中所述的对比例2的表面成膜情况示意图。

具体实施方式

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。如无特别说明，测试方法均采用常规方法，仪器均采用厂家推荐配置。

近年来，由粉尘引发的诸多问题备受关注。而抑尘材料能够迅速捕捉并将微粒粉尘牢牢吸附，起到抑尘、防尘的作用。现有抑尘材料大致可分为湿润型、粘结型、吸湿保湿型和多功能复合型，其中功能单一的居多，而复合型抑尘材料报道不多。随着各行业对抑尘材料的要求不断加大，传统单一功能抑尘材料已无法满足需要，然后复合型和新型抑尘材料迅速发展起来，此类材料主要通过粘结剂增大粉尘粒径、保水剂提供持续液桥力、润湿剂增强液桥力形成等方面对其进行设计和构建，同时，兼顾安全性、抑尘效率、使用性和成本。

而在低真空环境下使用抑尘材料时会有更严格的要求，例如混凝土尘的润湿性不如土壤尘，粒径越小越不容易被润湿，同时根据道尔顿分压定律，水分蒸发速率与气压成反比，超高速磁悬浮运输系统的真空管道内部气压相比高原地区气压低几十倍甚至上百倍，抑尘材料应用条件相对更加恶劣的同时，对其抑尘效果、抗蒸发性、粘结性、环保性等也有更高的要求，现有抑尘材料在此低真空特殊环境应用实例仍处于空白，因此，亟需提出一种新的抑尘材料可以在低真空的环境中发挥抑尘效果，以解决此类粉尘问题，防止混凝土发生溃散和耐久性不足，并改善真空管道内部的环境条件。

上述低真空管道混凝土粉尘抑制材料，由以下重量百分比的原料制备而成：

聚丙烯酸酯乳液：30-60％；

聚乙烯醇15-45％；

硅溶胶10-20％；

硅酸钠5-15％；

辅助剂4-10％；

表面活性剂0.5-5％；

消泡剂0.05-1％；

上述原料的重量百分比之和为100％。

以上配方选用聚丙烯酸酯乳液、聚乙烯醇与小分子的吸湿保湿剂以及表面活性剂等组合而成，能够有效捕捉、吸附、团聚粉尘微粒，同时还具有湿润、吸湿、防浸蚀等作用，可在混凝土表面形成一层强度较高的保护层，且耐温性能较好，渗透快，持续时间长，可取得较好的经济效益。应当注意的是，本发明的抑尘效果并不是由各个组份简单叠加而实现的，而是由各个组份有机协调协同实现的，即每个成分并不只是发挥单一的主体功能，还发挥次要的功能，次要功能可能与其它成分协同完成。

为了获得更高的抑尘效率、更好的保湿效果等，上述配方的各成分进一步地选用以下类型：

进一步地，所述聚丙烯酸酯乳液与聚乙烯醇的质量比为1:2～3:1。

进一步地，所述聚丙烯酸酯乳液的固含量为39-55wt％，粘度为2000-4000mPa·s。

进一步地，所述聚乙烯醇的分子量为7万-10万，醇解度为80-99.5％，更进一步地，所述的聚乙烯醇的分子量为7.2万-8.1万，醇解度为97-99.5％。

进一步地，所述硅酸钠的模数范围为2.6～3.3，为无色透明液体，更进一步地，所述硅酸钠的模数为3.0。

进一步地，所述硅溶胶呈碱性，固含量为35-40％，为乳白色液体。

进一步地，所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或两者混合。

进一步地，所述阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠、海藻酸钠中的一种或至少两种的组合；所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，更进一步地，所述阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、海藻酸钠中的一种或两种，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的分子量为300-350。

进一步地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠与脂肪醇聚氧乙烯醚时以1:1-4的重量比组合，更进一步地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠与脂肪醇聚氧乙烯醚时以1:4的重量比组合。

在本申请中低真空管道混凝土粉尘抑制材料的制备方法包括以下步骤：

S1：将8％质量分数聚乙烯醇溶解在热水中静置；

S2：将聚丙烯酸酯乳液进行搅拌分散后加入上述聚乙烯醇溶液混合搅拌，得到混合溶液；

S3：在上述混合溶液中加入硅酸钠搅拌5分钟，滴加一半剂量的消泡剂，再加入硅溶胶及其余原料快速(1200rpm)搅拌5分钟后混匀静置，得到成品。

在步骤S1中的热水温度为90-95℃，聚乙烯醇在水中的溶解性与其醇解度有关：醇解度为86％～89％时，水溶性最好，在冷水和热水中都能很快地溶解；醇解度在90％以上时，为了完全溶解，一般需加热到60～70℃；醇解度达到99％以上时，只溶于95℃以上的热水。

上述方法仅涉及简单的物理混合，因此操作简单，无需苛刻的反应条件，成本较低，更易推广。由于本发明所述的混凝土粉尘抑制材料在粘结性、湿润性、成膜性、膜强度都有显著优势，对不同粒径范围的粉尘都具有稳定、较强的吸附功能，具有良好的市场应用性。

为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本发明提供的低真空管道混凝土粉尘抑制材料及其制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1：1#混凝土粉尘抑制材料的制备

将聚乙烯醇溶解在热水中，然后静置一段时间，制取23g质量分数为8％的聚乙烯醇溶液；将46g聚丙烯酸酯乳液慢速(300rpm)搅拌分散3分钟，之后加入上述23g聚乙烯醇溶液按比例混合搅拌，接着加入9g硅酸钠慢速(500rpm)搅拌5分钟，滴加0.05g消泡剂，再加入15.3g硅溶胶及其余原料(硫酸镁6g、十二烷基苯磺酸钠0.6g、消泡剂0.05g)快速(1200rpm)搅拌5分钟后混匀静置，即得粉尘抑制材料。

实施例2：2#混凝土粉尘抑制材料的制备

将聚乙烯醇溶解在热水中，然后静置一段时间，制取44.5g质量分数为8％的聚乙烯醇溶液；将33.4g聚丙烯酸酯乳液慢速(300rpm)搅拌分散3分钟，之后加入上述44.5g聚乙烯醇溶液按比例混合搅拌，接着加入6.2g硅酸钠慢速(500rpm)搅拌5分钟，滴加0.025g消泡剂，再加入11.13g硅溶胶及其余原料(硫酸镁4.1g、十二烷基苯磺酸钠0.62g、消泡剂0.025g)快速(1200rpm)搅拌5分钟后混匀静置，即得粉尘抑制材料。

实施例3：3#混凝土粉尘抑制材料的制备

将聚乙烯醇溶解在热水中，然后静置一段时间，制取37.2g质量分数为8％的聚乙烯醇溶液；将37.2g聚丙烯酸酯乳液慢速(300rpm)搅拌分散3分钟，之后加入上述37.2g聚乙烯醇溶液按比例混合搅拌，接着加入7.5g硅酸钠慢速(500rpm)搅拌5分钟，滴加0.1g消泡剂，再加入12.4g硅溶胶及其余原料(硫酸镁5.0g、十二烷基苯磺酸钠0.5g、消泡剂0.1g)快速(1200rpm)搅拌5分钟后混匀静置，即得粉尘抑制材料。

实施例4：4#混凝土粉尘抑制材料的制备

同实施例1，不同之处在于：将十二烷基苯磺酸钠替换为海藻酸钠。

实施例5：5#混凝土粉尘抑制材料的制备

同实施例1，不同之处在于：将十二烷基苯磺酸钠替换为脂肪醇聚氧乙烯醚。

实施例6：6#混凝土粉尘抑制材料的制备

同实施例1的区别在于将十二烷基苯磺酸钠替换为十二烷基苯磺酸钠与脂肪醇聚氧乙烯醚的混合物，两者混合的重量比为1:4，并添加0.25wt％聚乙二醇辛基苯基醚助剂。

对比例1：D1#混凝土粉尘抑制材料的制备

将60g聚丙烯酸酯乳液慢速(300rpm)搅拌分散3分钟，接着加入11.2g硅酸钠慢速(500rpm)搅拌5分钟，滴加0.15g消泡剂，再加入20g硅溶胶及其余原料(硫酸镁7.4g、十二烷基苯磺酸钠1.1g、消泡剂0.15g)快速(1200rpm)搅拌5分钟后混匀静置，即得粉尘抑制材料。

对比例2：D2#混凝土粉尘抑制材料的制备

同对比例1，不同之处在于：将加入的60g聚丙烯酸酯乳液替换为60g聚乙烯醇。

对比例3：D3#混凝土粉尘抑制材料的制备

将聚乙烯醇溶解在热水中，然后静置一段时间，制取39.9g质量分数为8％的聚乙烯醇溶液；将39.9g聚丙烯酸酯乳液慢速(300rpm)搅拌分散3分钟，之后加入上述39.9g聚乙烯醇溶液按比例混合搅拌，接着加入13.3g硅溶胶及其余原料(硫酸镁6.7g、十二烷基苯磺酸钠0.13g、消泡剂0.07g)快速(1200rpm)搅拌5分钟后混匀静置，即得粉尘抑制材料。

对比例4：D4#混凝土粉尘抑制材料的制备

将聚乙烯醇溶解在热水中，然后静置一段时间，制取17.4g质量分数为8％的聚乙烯醇溶液；将17.4g聚丙烯酸酯乳液慢速(300rpm)搅拌分散3分钟，之后加入上述17.4g聚乙烯醇溶液按比例混合搅拌，接着加入34.7g硅酸钠慢速(500rpm)搅拌5分钟，滴加0.05g消泡剂，再加入5.8g硅溶胶及其余原料(硫酸镁21.4g、十二烷基苯磺酸钠3.2g、消泡剂0.05g)快速(1200rpm)搅拌5分钟后混匀静置，即得粉尘抑制材料。

本申请通过对本申请的实施例1-6及对比例1-4的材料进行性能检测，来说明本发明抑尘材料的有益效果。

根据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》对砂浆进行标准养护7d，养护完成后，取试件进行试验，将实施例1-6及对比例1-4中制备得到的混凝土粉尘抑制材料在砂浆试件表面进行涂抹干燥形成固定层模后，将部分试件移入真空养护箱，即在(100-500)Pa环境下进行相关试验，表1为砂浆配合比。

表1砂浆配合比(单位kg/m3)

性能检测具体包括：砂浆表面形成模效果及保湿率、抗压强度和抑尘效率，其中砂浆表面形成模效果及保湿率试验的测试方法为：将实施例1-6及对比例1-4的粉尘抑制材料分别进行应用，观察使用后砂浆的表面成膜情况，待其慢慢渗透入到砂浆内部且外表面干燥后，将试件放入低真空环境继续干燥，每隔12个小时称量一次试件的质量，根据下述公式计算试件的保湿率：

上式中α为保湿率(％)；m

抗压强度试验为根据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》对不同处理条件下的砂浆试件进行抗压强度试验，其试验过程为本领域技术人员所熟知的技术方案，故不在此赘述，其试验结果如表2所示。

粉尘抑制效率是抑尘材料最重要的性能指标之一。抑尘效率的值越大，表明抑尘效果越好，粉尘抑制效率试验的测试方法为：取上述实施例1-6及对比例1-4部分砂浆试件形成固定层模后在70℃烘箱内烘至180min后分别进行称重，其中，称量前试件的质量记为w1，之后分别放到吹风机前，试件在风速为30m/s的条件下进行t min的吹蚀，然后分别进行称重，此时试件的质量记为w2，按下述公式分别计算风蚀率：

上式中β为风蚀率(％)；w1为吹蚀前试件的质量(g)；w2为吹蚀后试件样的质量(g)。得到试件1的风蚀率为E1，试件2的风蚀率为E2，取其平均值为E。然后按下述公式计算抑尘效率：

抑尘效率＝1-E

按照上述方法，分别测试本发明实施例1-6及对比例1-4所述粉尘抑制材料的抑尘效率，实验结果如表1所示。

表1实施例1-6与对比例1-4的试验结果数据

从表1中能够得到如下结论：

1、从表面成模情况的结果表明，本发明实施例1-6中所述的粉尘抑制材料均成膜效果良好，有利于保水、减少水分蒸发，进而确保混凝土质量损失得到控制及减少损耗，如图2为实施例1所对应的表面成膜情况示意图，图3为对比例1所对应的表面成膜情况示意图，如4为对比例2所对应的表面成膜情况示意图。

2、从保湿率的结果表明，在优化的组成和配比条件下本发明实施例1-6的粉尘抑制材料具有良好的保湿性能，保湿率能够达到39％以上，远优于对比例1-4的保湿性能，其更有利于达到更好的粉尘抑制效果。

3、从使用实施例1-6及对比例1-4中的混凝土粉尘抑制材料得出的砂浆7d抗压强度的结果表明，实施例1-6粉尘抑制材料的7d砂浆抗压强度最大的为13.3MPa，最小的为11.0MPa；而对比例1-4粉尘抑制材料的7d砂浆抗压强度最大的为9.5MPa，最小的为9.1MPa。由以上可知，采用本实施例制备的粉尘抑制材料的7d砂浆抗压强度在满足标准的情况下均优于对比例的7d抗压强度。同时，实施例1-6与对比例1-4相比较，也验证了采用本发明中的混凝土粉尘抑制材料和制备方法的壳膜抗压强度高。

4、从抑尘效率的结果表明，与对比例1-4相比，本发明实施例1-6所述的粉尘抑制材料具有更优的抑尘效果，总的抑尘效率在90％以上，其良好的保水粘结效果能够在较长时间内继续保持抑尘效果，其有利于环境的改善和保护。可见在试件表面使用该抑制材料能够在一定时间内在表面结成壳模，起到控制粉尘及防尘的作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。