本发明属于建筑材料外加剂，具体涉及一种用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂及其制备方法和应用。
背景技术：
1、目前，混凝土增韧包括纤维增韧、聚合物增韧及纳米材料增韧，从各个尺度来调节混凝土的微结构，从而提升混凝土的拉伸强度和断裂性能。但是这些增韧手段都存在不足之处：纤维增韧中钢纤维增韧是使用最广泛的且已有工业应用基础，但是钢纤维易团结且不提升混凝土的基体韧性；直接添加聚合物增韧中聚合物本身影响水泥水化且易在混凝土中形成缺陷；纳米材料增韧中纳米材料易团聚且较难工业化应用。
2、常用的易于操作的水泥-聚合物浆体混合方法包括直接将水泥与作为粘合剂或添加剂的聚合物混合，或将硬化的水泥浆体浸入聚合物溶液中。这种单一的物理添加共混的方法，其存在很多的弊端，使得改性混凝土的性能不能够得到有效的优化调节。大部分实验结果表明，材料的抗折强度有明显改善，但是在聚合物的添加改性后，抗压强度明显降低。因此，当添加聚合物溶液，掺量较高时会导致缓凝，水化程度较低，抗折强度增强效果不明显；添加聚合物乳液，有机聚合物相尺寸范围在10~500μm，在水泥基体中形成了“宏观缺陷”，且聚合物相尺寸越大，其抗压强度削弱效应越明显。因此，目前聚合物的添加法增韧混凝土的同时均严重牺牲了混凝土的抗压强度。这些缺点都极大限制了其在现代混凝土中的广泛应用。实现混凝土韧性的提升，是目前国内外的研究热点及难点。
3、为了解决这一难题，原位聚合是目前研究者们一致认为可行性较高的方式。小分子单体在未聚合的情况下添加至混凝土中，在水泥水化的同时引发聚合物聚合，实现水泥基材料中的原位聚合。但是目前的原位聚合工艺都无法实现对聚合过程的控制，聚合过程与水化过程难以匹配，无法制备性能可调可控的聚合物/水泥基复合材料。
4、因此，如何控制聚合物聚合时间，使得单体在水泥水化前不发生聚合，不影响水泥水化，同时避免聚合物颗粒过大，在水泥基体中形成相分离而影响水泥基材料力学性能，成为当前研究的主要方向。
技术实现思路
1、解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂及其制备方法和应用，该引发剂实现了原位聚合的可调可控，有效改善了水泥基材料的微观结构，赋予水泥基材料更好的抗折性能的同时还不降低其抗压性能。
2、技术方案：一种用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂的制备方法，包括步骤如下：
3、s1.油相溶液配制：以碱性条件下可水解的高分子作为壳层材料，将壳层材料溶解在溶剂中作为油相溶液；
4、s2.水相溶液配制：将水溶性高分子水溶液和包覆小分子混合作为水相溶液；
5、s3.在乳化剪切机的作用下，将水相溶液与油相溶液混合乳化形成乳液；
6、s4.将乳液中加入水溶性高分子的稀释水溶液，继续乳化；
7、s5.加热步骤s4中的乳液，直至步骤s1中的溶剂完全挥发，得到悬浊液；
8、s6.将悬浊液过滤清洗得到胶囊颗粒，即所述ph响应引发剂。
9、优选的，所述步骤s1中，壳层材料选自松香、pmma、聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或几种。
10、优选的，所述步骤s1中，油相溶液中壳层材料的质量分数为20%~50%。
11、优选的，所述步骤s1中，溶剂的沸点不高于80℃。
12、优选的，所述步骤s1中，溶剂为乙醚、丙酮或四氢呋喃。
13、优选的，所述步骤s2中，水溶性高分子在水中具有粘度，选自聚丙烯醇、苯丙及其混合物。
14、优选的，所述步骤s2中，水溶性高分子溶液中水溶性高分子的质量分数为7%~10%。
15、优选的，所述步骤s2中，水溶性高分子溶液的添加量为步骤s1中油相溶液质量的30%~50%。
16、优选的，所述步骤s2中，包覆小分子为过硫酸盐引发剂，添加量为壳层材料质量的30%~60%。
17、进一步的，所述步骤s2中，包覆小分子为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。
18、优选的，所述步骤s3中，乳化剪切机的乳化剪切速率为2000~5000rpm，乳化时间为5~10min。
19、优选的，所述步骤s4中，水溶性高分子的稀释水溶液中水溶性高分子的质量分数为3~5%，添加量为步骤s3中水溶性高分子水溶液的质量的150%~250%，乳化时间为5~10min。
20、优选的，所述步骤s5中，加热的温度为50~80℃。
21、优选的，所述步骤s6中，过滤采用布氏漏斗，清洗采用水清洗3~5遍。
22、由上述方法制备得到的用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂。
23、上述ph响应引发剂在水泥基材料中的应用，应用方法为：以所述ph响应引发剂和单体溶液的混合液为溶液a，以还原性引发剂溶液为溶液b，将溶液a和溶液b同时添加至水泥基材料中，用于提升水泥基材料的力学性能；其中，所述单体溶液为丙烯酰胺溶液或丙烯酸钠溶液，单体用量为水泥基材料中胶凝材料总质量的1~3%；还原性引发剂为胺类引发剂，用量为单体质量的0.2%~0.8%。
24、优选的，所述还原性引发剂为四甲基乙二胺、乙二胺或二乙醇单异丙醇胺。
25、有益效果：由于聚合反应通常需要单体、引发剂同时存在才能进行，控制某一组分添加至聚合物体系的时机即可达到控制原位聚合反应时间的目的。因此，能够载药且可控释放的微纳米材料满足本体系中对于聚合时间控制的要求。在本发明中，采用碱激发胶囊缓释材料作为载体，在缓释材料引入活性引发组分，使其能够在水泥基材料水化过程中破碎，从而在水泥基材料中原位引发聚合，达到控制聚合时间的目的。基于配位、静电、氢键、化学键相互作用从分子尺度将有机高分子与c-s-h凝胶复合，调控优化有机高分子和c-s-h凝胶各自尺寸及堆积方式。聚合物相尺寸降低到与水化产物相近，聚合物诱导优化水化产物尺寸与取向，并增强水化产物间的界面粘结和填充内部孔隙，从而实现水泥基材料力学性能的大幅提升。该外加剂应用至水泥基材料中时，可有效改善水泥基材料的微观结构，密实孔隙，使用聚合物增韧赋予水泥基更好的抗折性能的同时不明显降低水泥基材料的抗压性能。
26、在这个体系中，分子尺度上，单体小分子可提前吸附于水泥颗粒表面，参与水化，分子间形成弱相互作用；微米尺度上，水泥水化产物颗粒表面原位聚合的聚合物可修饰水化产物表面，在改善其表面化学环境的同时改善界面过渡区各相之间相互作用，填充相之间孔隙，增加粘合力；在宏观尺度上，聚合物可起到填充效应，用于填充孔隙与裂纹。聚合物与水泥颗粒的均匀分散，有效解决了聚合物/水泥体系中介质相分离的问题，可使混凝土抗折强度提高的同时抗压强度不降低。在原位聚合条件下，聚合物互穿网络更易形成，具有耦合效果的聚合物/水泥复合材料模型可有效提高混凝土的力学性能。
27、相较现有技术，本发明具有以下有益效果：
28、（1）本发明提供的引发剂使用的是小分子单体，而非聚合物，其对于水泥基材料影响较小，不影响水泥基材料水化的同时可以提高抗折性能。
29、（2）本发明的引发剂具有缓释的效果，在水化早期，氧化性引发剂不释放，在水化进行一段时间后，即壳层材料在碱性溶液中溶解一段时间后，氧化性引发剂释放出来，引发聚合，使得聚合物对水泥水化的影响降至最小。
30、（3）本发明提供的制备方法，原料来源广泛，安全环保，制备工艺简单易控。
1.一种用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，壳层材料选自松香、pmma、聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或几种，油相溶液中壳层材料的质量分数为20%~50%。
3.根据权利要求1所述的一种用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，水溶性高分子在水中具有粘度，选自聚丙烯醇、苯丙及其混合物，水溶性高分子溶液中水溶性高分子的质量分数为7%~10%，水溶性高分子溶液的添加量为步骤s1中油相溶液质量的30%~50%。
4.根据权利要求1所述的一种用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，包覆小分子为过硫酸盐引发剂，添加量为壳层材料质量的30%~60%。
5.根据权利要求4所述的一种用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，包覆小分子为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，乳化剪切机的乳化剪切速率为2000~5000rpm，乳化时间为5~10min。
7.根据权利要求1所述的一种用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，水溶性高分子的稀释水溶液中水溶性高分子的质量分数为3~5%，添加量为步骤s3中水溶性高分子水溶液的质量的150%~250%，乳化时间为5~10min。
8.由权利要求1所述方法制备得到的用于提升水泥基材料力学性能的ph响应引发剂。
9.权利要求8所述的ph响应引发剂在水泥基材料中的应用，其特征在于，应用方法为：以所述ph响应引发剂和单体溶液的混合液为溶液a，以还原性引发剂溶液为溶液b，将溶液a和溶液b同时添加至水泥基材料中，用于提升水泥基材料的力学性能；其中，所述单体溶液为丙烯酰胺溶液或丙烯酸钠溶液，单体用量为水泥基材料中胶凝材料总质量的1~3%；还原性引发剂为胺类引发剂，用量为单体质量的0.2%~0.8%。
10.根据权利要求9所述的ph响应引发剂在水泥基材料中的应用，其特征在于，所述还原性引发剂为四甲基乙二胺、乙二胺或二乙醇单异丙醇胺。
