本發(fā)明屬于建筑與土木工程，具體涉及一種水性聚氨酯強化劑、抗寒抗鹽混凝土組合物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、普通混凝土一般以水泥作膠凝材料，加入砂、石等集料后與水按一定比例配合制得，具有易成型、能耗低、耐久性好、價格便宜以及與鋼材結(jié)合可制成各種承重機構(gòu)的優(yōu)點，是目前世界上應(yīng)用最廣、用量最大的建筑材料，在公路、橋梁、隧道等眾多領(lǐng)域均起到不可替代的作用。但普通混凝土脆性高、耐久性能較差，易受到環(huán)境惡化、氣候變化的威脅。而隨著科技的進步和發(fā)展，混凝土越來多的應(yīng)用到高寒環(huán)境和鹽漬土、鹽湖等高鹽環(huán)境中，混凝土在水和凍融循環(huán)共同作用下容易產(chǎn)生內(nèi)部微裂紋和表面剝蝕，這種凍害作用經(jīng)多次累積之，最終會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物膨脹、開裂、剝蝕和潰散，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降；而鹽漬土、鹽湖中含有濃度較高的氯離子、硫酸根離子等有腐蝕性的離子，混凝土容易受到侵蝕導(dǎo)致耐久性下降。因此如何提高混凝土的抗寒和抗鹽侵蝕性至關(guān)重要。

2、目前提高混凝土抗鹽侵蝕性和抗寒性的方法主要是添加礦物摻合料和化學(xué)外加劑。如中國專利cn109608141a公開了一種抗鹽侵蝕混凝土及其制備方法，包括水泥、石子、砂子、納米粘土、減水劑、增稠劑、消泡劑、引氣劑和水，通過添加納米粘土，有效改善了混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，降低了混凝土對氯鹽和硫酸鹽的侵蝕，延長了使用壽命。中國專利cn113354368a公開了一種抗凍混凝土，包括水、砂、石、水泥、粉煤灰和防凍劑，以硝酸鈣、三萜皂苷、十六烷基三甲基溴化銨、羧甲基纖維素、羥丙基二淀粉磷酸酯為防凍劑，提升了混凝土凝固初期的抗凍性能，從而使混凝土固結(jié)后體現(xiàn)出優(yōu)異的抗壓強度。

3、然而，外加劑種類繁多，不同類型的外加劑起到的效果也不同，外加劑的添加方式也會影響混凝土的工程質(zhì)量，且許多外加劑與混凝土材料中的其它成分相容性差，容易出現(xiàn)離析，從而影響到混凝土的性能。因此，如何更好的提高混凝土的抗鹽侵蝕性、抗寒性等性能以滿足工程需要迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水性聚氨酯強化劑、混凝土組合物及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明通過各組分的相互配合，使所得混凝土具有優(yōu)異的抗寒性、抗鹽侵蝕性、抗?jié)B性能和抗壓強度高，可滿足于低溫、高鹽條件下對于混凝土耐久性和使用安全性的工程需要。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種水性聚氨酯強化劑，包含二異氰酸酯、低聚物多元醇、小分子擴鏈劑、乙二酸二酰肼、草酰乙酸、催化劑。

4、進一步地，所述乙二酸二酰肼和草酰乙酸的質(zhì)量比為0.3-0.5:1，優(yōu)選質(zhì)量比為0.38-0.45:1，更優(yōu)選為0.4:1。

5、進一步地，所述二異氰酸酯選自二苯基甲烷二異氰酸酯、脂肪族二異氰酸酯、脂環(huán)族二異氰酸酯、芳香族二異氰酸酯中的至少一種；優(yōu)選為2,6-二異氰酸酯基己酸，異佛爾酮二異氰酸酯、甲基環(huán)己基二異氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、二甲苯撐二異氰酸酯、四甲基二甲苯撐二異氰酸酯和甲苯二異氰酸酯中的至少一種。

6、進一步地，所述低聚物多元醇選自聚醚多元醇、聚酯多元醇中的至少一種；優(yōu)選為聚丙二醇、聚四氫吠喃醚二醇、聚己二酸已二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚碳酸酯二醇、聚己內(nèi)酯中的至少一種。

7、進一步地，所述低聚物多元醇的分子量為1000-2000，優(yōu)選分子量為1000-1500。

8、進一步地，所述小分子擴鏈劑選自醇胺類、二元醇類、二元胺類和含磺酸基的化合物中的至少一種；優(yōu)選為丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇二乙二醇和二丙二醇、二乙基甲苯二胺、3,5-二甲硫基甲苯二胺、二乙醇胺、三乙醇胺和三異丙醇胺中的至少一種。

9、進一步地，所述催化劑選自n,n-二甲基環(huán)己胺、月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、異辛酸亞錫、三丁基甲氧基錫、叔丁氧基錫、酚氧基錫、氯化錫、溴化錫、乙?；a、鈦酸丁酯中的至少一種；優(yōu)選為月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫和鈦酸丁酯中的至少一種。

10、進一步地，所述水性聚氨酯強化劑，按重量份計包含：

11、二異氰酸酯80-150份、低聚物多元醇100-200份、小分子擴鏈劑10-20份、乙二酸二酰肼3-6份、草酰乙酸8-12份和催化劑0.5-3份。

12、更進一步地，所述水性聚氨酯強化劑，按重量份計包含：

13、二異氰酸酯100-125份、低聚物多元醇120-150份、小分子擴鏈劑14-20份、乙二酸二酰肼3-5份、草酰乙酸9-10.5份和催化劑1-2份。

14、優(yōu)選地，所述水性聚氨酯強化劑，按重量份計包含：

15、二異氰酸酯120份、低聚物多元醇140份、小分子擴鏈劑16份、乙二酸二酰肼4份、草酰乙酸10份和催化劑2份。

16、上述水性聚氨酯強化劑的制備方法，包括下述步驟：

17、(1)二異氰酸酯、低聚物多元醇在催化劑作用下反應(yīng)得到預(yù)聚物溶液；

18、(2)預(yù)聚物溶液加水乳化后，加入乙二酸二酰肼、草酰乙酸和小分子擴鏈劑反應(yīng)，即得水性聚氨酯強化劑。

19、進一步地，步驟(1)中，所述反應(yīng)的溫度為60-70℃，時間40-60min；優(yōu)選地，所述反應(yīng)的溫度為65-70℃，時間45-50min。

20、進一步地，步驟(2)中，所述預(yù)聚物溶液與水的質(zhì)量比為1:1-3，優(yōu)選質(zhì)量比為1-2。

21、進一步地，步驟(1)中，所述反應(yīng)的溫度為70-85℃，時間1-3h；優(yōu)選地，所述反應(yīng)的溫度為75-80℃，時間2-2.5h。

22、上述水性聚氨酯強化劑在制備抗寒抗鹽混凝土中的應(yīng)用。

23、一種抗寒抗鹽混凝土組合物，包含水泥、集料、減水劑、防凍劑、引氣劑、改性秸稈纖維、水性聚氨酯強化劑、硅酸鈣和水。

24、進一步地，所述集料為砂子、石子、火山灰、煤渣和礦渣中的至少一種，優(yōu)選為砂子和/或石子。

25、進一步地，所述減水劑選自聚羧酸系減水劑、萘系減水劑、三聚氰胺減水劑、木質(zhì)素磺酸鹽減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑和脂肪酸系減水劑中的至少一種；優(yōu)選為三聚氰胺、木質(zhì)素磺酸鈉和氨基磺酸鈉中的至少一種。

26、進一步地，所述防凍劑選自硝酸鈣、甘油、尿素、三萜皂苷、十六烷基三甲基溴化銨、羧甲基纖維素、羥丙基二淀粉磷酸酯、環(huán)氧樹脂和微晶石英粉中的至少一種，優(yōu)選為硝酸鈣、尿素、羧甲基纖維素和羥丙基二淀粉磷酸酯中的至少一種。

27、進一步地，所述引氣劑選自選自松香樹脂類、烷基和烷基芳烴磺酸鹽類、十二烷基硫酸鹽皂甙類中至少一種；優(yōu)選為木質(zhì)素磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、松香酸鈉和十二烷基硫酸鈉中的至少一種。

28、進一步地，所述改性秸稈纖維的制備方法如下：

29、秸稈經(jīng)高溫水煮，取出后干燥，粉碎，然后利用包含堿性物質(zhì)和異丙醇的活化液進行活化；再然后加入到二甲基亞砜中，加入衣康酸酐、醋酸和催化劑進行乙?；磻?yīng)，反應(yīng)完后過濾、水洗、干燥，即得改性秸稈纖維。

30、進一步地，所述秸稈選自水稻秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈、木薯秸稈和甘蔗秸稈中的至少一種，優(yōu)選為水稻秸稈或玉米秸稈。

31、進一步地，所述高溫水煮的溫度為80-100℃，時間為10-30min；優(yōu)選地，所述高溫水煮的溫度為90-95℃，時間為15-20min。

32、進一步地，所述秸稈與活化液的質(zhì)量比為1:8-20，優(yōu)選質(zhì)量比為1:10-12。

33、進一步地，所述活化的溫度為50-60℃，時間為5-20min；優(yōu)選地，所述活化的溫度為55-60℃，時間為8-15min。

34、進一步地，所述活化液中，堿性物質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸鈉、氧化鈣、磷酸鈉中的至少一種，有機溶劑為乙醇和/或異丙醇；優(yōu)選地，所述堿性物質(zhì)為碳酸鈉和/或磷酸鈉，有機溶劑為乙醇。

35、進一步地，所述活化液中，堿性物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-5％，有機溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-30％；優(yōu)選地，所述堿性物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5-3％，有機溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12-20％。

36、進一步地，所述秸稈與二甲基亞砜的質(zhì)量比為1:10-30，優(yōu)選質(zhì)量比為1:15-20。

37、進一步地，所述衣康酸酐的添加量為秸稈質(zhì)量的0.2-0.35倍，醋酸的添加量為秸稈質(zhì)量的0.1-0.3倍；優(yōu)選地，所述衣康酸酐的添加量為秸稈質(zhì)量的0.25-0.3倍，醋酸的添加量為秸稈質(zhì)量的0.12-0.2倍。

38、進一步地，所述催化劑選自硫酸氫鈉、氫氟酸和濃硫酸中的至少一種，添加量為秸稈質(zhì)量的0.2-2％；優(yōu)選地，所述催化劑為濃硫酸，添加量為秸稈質(zhì)量的0.5-1％。

39、進一步地，所述乙?；磻?yīng)的時間為0.5-4h，優(yōu)選反應(yīng)時間為2-2.5h。

40、進一步地，所述抗寒抗鹽混凝土組合物，按重量百分?jǐn)?shù)計包含：

41、水泥12-20％、集料60-72％、減水劑0.01-0.5％、防凍劑0.01-2％、引氣劑0.01-0.2％、改性秸稈纖維1-5％、水性聚氨酯強化劑2.5-4％、硅酸鈣0.1-0.3％和水余量。

42、更進一步地，所述抗寒抗鹽混凝土組合物，按重量百分?jǐn)?shù)計包含：

43、水泥15-17％、集料65-70％、減水劑0.1-0.3％、防凍劑0.2-0.5％、引氣劑0.05-0.1％、改性秸稈纖維2-3％、水性聚氨酯強化劑3-3.4％、硅酸鈣0.2-0.25％和水余量。

44、優(yōu)選地，所述抗寒抗鹽混凝土組合物，按重量百分?jǐn)?shù)計包含：

45、水泥16％、集料68％、減水劑0.2％、防凍劑0.4％、引氣劑0.1％、改性秸稈纖維2.6％、水性聚氨酯強化劑3.2％、硅酸鈣0.25％和水余量。

46、上述抗寒抗鹽混凝土組合物的制備方法，包括下述步驟：

47、將水泥、集料、減水劑、防凍劑、引氣劑、改性秸稈纖維、水性聚氨酯強化劑、硅酸鈣和水混合均勻，依次進行成型、脫模和養(yǎng)護處理，得到抗寒抗鹽混凝土。

48、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

49、(1)本發(fā)明以水泥、集料、減水劑、防凍劑、引氣劑、改性秸稈纖維、水性聚氨酯強化劑、硅酸鈣和水為原料制備混凝土，通過合理的配比，使所得混凝土同時具有優(yōu)異的抗寒性、抗鹽侵蝕性、抗?jié)B性和抗壓強度。

50、(2)本發(fā)明在混凝土中添加一定量的水性聚氨酯強化劑，與防凍劑共同作用，可提高混凝土的抗寒性，還能提升混凝土的抗壓強度；通過優(yōu)化聚氨酯中乙二酸二酰肼、草酰乙酸的配比，不僅可以進一步提升混凝土的抗寒性和抗壓強度，還能提升抗?jié)B性能。

51、(3)本發(fā)明在混凝土中添加改性秸稈纖維，相比未改性的秸稈纖維，秸稈纖維經(jīng)改性后添加到混凝土中，有助于提升混凝土的抗鹽侵蝕性能和抗壓效果。