CN104628335A - 一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法，涉及一种制备混凝土的方法，所述方法包括按配比称出各组分的质量混凝土的组分及配比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：纳米二氧化硅=1:0.31：1.53:2.60：0.02：0.015；将纳米二氧化硅溶于水并搅拌20～40秒形成纳米溶液，将步骤1称好的水泥与步骤2中减水剂、磷酸三丁酯、柠檬酸钠和纳米二氧化硅形成的混合溶液搅拌均匀，直至形成均匀的水泥浆，没有明显的水泥团为止；投入砂与水泥浆搅拌30～60秒形成水泥砂浆，随后投入碎石与水泥形成纳米二氧化硅高性能混凝土；本发明工艺施工便利、分散性佳、混凝土流动性好，为纳米二氧化硅高性能混凝土提供了一种可规模生产的技术途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备混凝土的方法，特别是涉及一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法。
背景技术
纳米材料的研究始于上世纪60年代，被誉为“21世纪最有前途的材料”，于1981年问世后引起广泛关注，是一门新兴的并迅速发展的材料科学。
由于纳米材料具有尺寸效应、表面效应、体积效应等优异性能因此广泛应用于塑料、医疗、食品、机械制造等行业，上世纪末许多专家和学者提出将纳米材料添加至混凝土中以改善混凝土强度及耐久性问题。纳米材料的掺入将填充混凝土过渡区的孔隙，有效改善混凝土界面，提高过渡区的密实性；此外纳米材料具备较高的活性，普通混凝土在水化反应后生成较多的氢氧化钙，从而提高混凝土强度和耐久性。由于纳米二氧化硅粒径较小，且具有较高的火山灰活性，因此用于制备混凝土具有良好的性能。
现有制备纳米混凝土的方法有以下几种：
（1）将纳米材料与水泥搅拌混合，再倒入水和粗细集料搅拌制成混凝土拌合物；
（2）将纳米材料与水混合成纳米溶液，再与水泥、粗细集料一起搅拌制成混凝土拌合物；
以上两种制备方法不能将纳米材料较好的分散在混凝土中，纳米材料由于团聚因此难以发挥纳米材料的小尺寸、高活性等优异性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法，该方法解决了纳米二氧化硅在混凝土中的分散性问题，使纳米材料均匀的分散，减少纳米材料的团聚，充分发挥纳米二氧化硅材料的填充作用，并使纳米材料更好地参与水泥水化反应，使纳米二氧化硅发挥其良好的性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法，包括以下步骤：
1. 按配比称出各组分的质量混凝土的组分及配比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：纳米二氧化硅=1:0.31：1.53:2.60：0.02：0.015；上述组分的规格为：水泥为P·O42.5硅酸盐水泥；砂为中砂；碎石最大粒径不超过35mm；减水剂为聚羧酸减水剂；纳米二氧化硅为亲水型，粒径为35～40nm。
2.将纳米二氧化硅溶于水并搅拌20～40秒形成纳米溶液，添加水泥质量的0.2%～0.5%磷酸三丁酯和水泥质量的1%～2%的柠檬酸钠以及减水剂到纳米溶液中，使用玻璃棒或机械搅拌器搅拌30～60秒使纳米材料充分溶解分散；本步骤所述的纳米二氧化硅、水、水泥和减水剂的质量是按步骤1按混凝土配合比称出的质量；磷酸三丁酯浓度≥98%；柠檬酸钠纯度≥99%。
3.将步骤1称好的水泥与步骤2中减水剂、磷酸三丁酯、柠檬酸钠和纳米二氧化硅形成的混合溶液搅拌均匀，直至形成均匀的水泥浆，没有明显的水泥团为止。
4.先投入砂与水泥浆搅拌30～60秒形成水泥砂浆，随后投入碎石与水泥砂浆搅拌90～120,秒，形成纳米二氧化硅高性能混凝土；本步骤所述的砂和碎石的质量是按步骤1按混凝土配合比称出的质量。
磷酸三丁酯不仅起到消泡作用，还具有良好的分散性，降低纳米材料在溶液中的团聚，使纳米材料更好地溶于溶液；柠檬酸钠是一种强碱弱酸盐，因此有利于提高混凝土碱性，且柠檬酸钠是一种良好的助溶剂，有极好的溶解性能和抗沉积能力，使得纳米材料充分分散，发挥其效能。
本发明的优点与效果是：
纳米材料售价昂贵，如不能充分利用将造成施工成本的增加和浪费。通过改善纳米二氧化硅混凝土的制作工艺，使用磷酸三丁酯、柠檬酸钠使纳米材料均匀分散，减少纳米二氧化硅遇水后的团聚、沉积等不利影响，增强了纳米二氧化硅高性能混凝土的强度及耐久性，提高了纳米二氧化硅高性能混凝土的性价比，使纳米二氧化硅的利用价值最大化。本发明工艺具有施工便利，纳米二氧化硅分散性佳，混凝土流动性好的特征，为纳米二氧化硅高性能混凝土提供了一种可规模生产的技术途径。
附图说明
图1为纳米二氧化硅高性能混凝土电镜扫描照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法为：
1.混凝土的组分及配比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：纳米二氧化硅=1:0.31：1.53:2.60：0.02：0.015，按上述配比称出各组分的质量：水泥150千克，水46.5千克，砂229.5千克，碎石390千克，减水剂3千克，纳米二氧化硅2.25千克；上述组分的规格为：水泥为P·O42.5硅酸盐水泥；砂为中砂；碎石最大粒径不超过35mm；减水剂为聚羧酸减水剂；纳米二氧化硅为亲水型，粒径为35～40nm。
2.将2.25千克纳米二氧化硅溶于46.5千克水并搅拌20秒形成纳米溶液，添加磷酸三丁酯0.6千克和柠檬酸钠1.5千克以及3千克减水剂到纳米溶液中，使用玻璃棒搅拌30秒使纳米材料充分溶解分散。磷酸三丁酯浓度≥98%，柠檬酸钠纯度≥99%。
3.将步骤1称好的150千克水泥与步骤2中减水剂、磷酸三丁酯、柠檬酸钠和纳米二氧化硅形成的混合溶液搅拌均匀，直至形成均匀的水泥浆，没有明显的水泥团为止，。
4.先投入229.5千克砂与水泥浆搅拌30秒形成水泥砂浆，随后投入390千克碎石与水泥砂浆搅拌90秒，形成纳米二氧化硅高性能混凝土。
通过本实施例所述方法得到纳米二氧化硅高性能混凝土28天龄期技术指标如下：
抗压强度：69.2Mpa；
抗折强度：8.4Mpa。
实施例2
一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法为：
1.混凝土的组分及配比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：纳米二氧化硅=1:0.31：1.53:2.60：0.02：0.015，按上述配比称出各组分的质量：水泥150千克，水46.5千克，砂229.5千克，碎石390千克，减水剂3千克，纳米二氧化硅2.25千克；上述组分的规格为：水泥为P·O42.5硅酸盐水泥；砂为中砂；碎石最大粒径不超过35mm；减水剂为聚羧酸减水剂；纳米二氧化硅为亲水型，粒径为35～40nm。
2.将2.25千克纳米二氧化硅溶于46.5千克水并搅拌30秒形成纳米溶液，添加磷酸三丁酯0.9千克和柠檬酸钠2.25千克以及3千克减水剂到纳米溶液中，使用机械搅拌器搅拌50秒使纳米材料充分溶解分散。磷酸三丁酯浓度≥98%，柠檬酸钠纯度≥99%。
3.将步骤1称好的150千克水泥与步骤2中减水剂、磷酸三丁酯、柠檬酸钠和纳米二氧化硅形成的混合溶液搅拌均匀，直至形成均匀的水泥浆，没有明显的水泥团为止。
4.先投入229.5千克砂与水泥浆搅拌40秒形成水泥砂浆，随后投入390千克碎石与水泥砂浆搅拌110秒，形成纳米二氧化硅高性能混凝土。
通过本实施例所述方法得到纳米二氧化硅高性能混凝土28天龄期经电镜扫描检测，见图1，从图1中看出混凝土微观结构致密均匀。
实施例3
一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法为：
1.混凝土的组分及配比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：纳米二氧化硅=1:0.31：1.53:2.60：0.02：0.015，按上述配比称出各组分的质量：水泥150千克，水46.5千克，砂229.5千克，碎石390千克，减水剂3千克，纳米二氧化硅2.25千克；上述组分的规格为：水泥为P·O42.5硅酸盐水泥；砂为中砂；碎石最大粒径不超过35mm；减水剂为聚羧酸减水剂；纳米二氧化硅为亲水型，粒径为35～40nm。
2.将2.25千克纳米二氧化硅溶于46.5千克水并搅拌40秒形成纳米溶液，添加磷酸三丁酯1.2千克和柠檬酸钠3千克以及减水剂到纳米溶液中，使用机械搅拌器搅拌60秒使纳米材料充分溶解分散。磷酸三丁酯浓度≥98%，柠檬酸钠纯度≥99%。
3.将步骤1称好的150千克水泥与步骤2中减水剂、磷酸三丁酯、柠檬酸钠和纳米二氧化硅形成的混合溶液搅拌均匀，直至形成均匀的水泥浆，没有明显的水泥团为止。
4.先投入229.5千克砂与水泥浆搅拌60秒形成水泥砂浆，随后投入390千克碎石与水泥砂浆搅拌120秒，形成纳米二氧化硅高性能混凝土。
使用本发明所述方法得到纳米二氧化硅高性能混凝土经养护28天后抗氯离子试验电通量为780库伦，经过冻融300次试验，试件未出现开裂，动弹性模量下降不超过15%。
Claims (4)
1. 一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：
1）按配比称出各组分的质量混凝土的组分及配比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：纳米二氧化硅=1:0.31：1.53:2.60：0.02：0.015；
2）将纳米二氧化硅溶于水并搅拌20～40秒形成纳米溶液，添加水泥质量的0.2%～0.5%磷酸三丁酯和水泥质量的1%～2%的柠檬酸钠以及减水剂到纳米溶液中，使用玻璃棒或机械搅拌器搅拌30～60秒使纳米材料充分溶解分散；本步骤所述的纳米二氧化硅、水、水泥和减水剂的质量是按步骤1按混凝土配合比称出的质量；磷酸三丁酯浓度≥98%；柠檬酸钠纯度≥99%；
3）将步骤1称好的水泥与步骤2中减水剂、磷酸三丁酯、柠檬酸钠和纳米二氧化硅形成的混合溶液搅拌均匀，直至形成均匀的水泥浆，没有明显的水泥团为止；
4）先投入砂与水泥浆搅拌30～60秒形成水泥砂浆，随后投入碎石与水泥砂浆搅拌90～120,秒，形成纳米二氧化硅高性能混凝土；本步骤所述的砂和碎石的质量是按步骤1按混凝土配合比称出的质量。
2.根据权利要求1所述的一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法，其特征在于，所述水泥为P·O42.5硅酸盐水泥；砂为中砂；碎石最大粒径不超过35mm。
3.根据权利要求1所述的一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
4.根据权利要求1所述的一种制备纳米二氧化硅高性能混凝土的方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅为亲水型，粒径为35～40nm。
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