CN110330257A - 一种c-s-h凝胶纳米晶核早强剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种c-s-h凝胶纳米晶核早强剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种C‑S‑H凝胶纳米晶核早强剂及其制备方法和应用,按重量份计,该C‑S‑H凝胶纳米晶核早强剂主要由以下组分通过湿磨工艺制得:硅酸三钙:10‑20份,离子促进剂:0.5‑1份,表面改性剂:0.1‑0.3份,分散稳定剂:0.1‑0.5份,水:78.5‑89.2份。本发明的C‑S‑H凝胶纳米晶核早强剂,利用纳米形态C‑S‑H凝胶的晶核诱导作用,加快水化前期的水化产物的成核生长,可以从改善孔结构以及诱导成核两个方面达到早强的目的。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域,具体涉及一种C-S-H凝胶纳米晶核早 强剂及其制备方法和应用。
背景技术
晶核早强剂是一种用于水泥混凝土的新型早强剂,它的早强机理是基于晶 核效应,即纳米尺寸的特定添加物掺入水泥和混凝土中,可以在水泥水化过程 中定向诱导各种矿物离子的迁移,并且为各类水化产物或晶体的生长提供成核 中心,从而加速水化产物的生长速率并提高水泥水化程度。纳米C-S-H凝胶晶 核早强剂的制备方法一般为水热合成,制备工艺繁琐、工艺条件严格、工艺参 数难以控制,并且合成的C-S-H凝胶稳定性不佳,所以在工业化生产以及应用 方面存在难度。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,以解决现有 纳米C-S-H凝胶晶核早强剂凝胶稳定性不佳的问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,按重量份计,所述C-S-H凝胶纳米晶核 早强剂主要由以下组分通过湿磨工艺制得:硅酸三钙:10-20份,离子促进剂: 0.5-1份,表面改性剂:0.1-0.3份,分散稳定剂:0.1-0.5份,水:78.5-89.2份。
可选的,所述离子促进剂为碳酸钠和三异丙醇,且所述碳酸钠和所述三异 丙醇胺的质量比为1:(5-10)。
可选的,所述碳酸三钙的中值粒径小于100μm。
可选的,所述表面改性剂为聚丙烯酸钠;所述聚丙烯酸钠分子量为 3000-10000。
可选的,所述C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的中值粒径为200~400nm。
可选的,所述分散稳定剂为固含量为聚羧酸减水剂,所述聚羧酸减水剂的 固含量为35%~45%。
本发明的第二目的在于提供一种制备上述C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的方 法,该制备方法包括以下步骤:
向所述硅酸三钙中加入所述离子促溶剂、表面改性剂和所述水,研磨得到 纳米C-S-H凝胶;
向所述纳米C-S-H凝胶中加入分散稳定剂,搅拌即得到所述C-S-H凝胶纳 米晶核早强剂。
可选的,所述研磨的研磨速度为400-600rpm。
本发明的第三目的在于提供一种上述C-S-H凝胶纳米晶核早强剂在水泥基 材料中的应用,在该应用中,所述水泥基材料包括水泥;所述C-S-H凝胶纳米 晶核早强剂的用量为所述水泥用量的2.0~4.0%。
相对于现有技术,本发明所述的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂具有以下优势:
1、本发明的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,利用纳米形态C-S-H凝胶的晶核 诱导作用,加快水化前期的水化产物的成核生长,可以从改善孔结构以及诱导 成核两个方面达到早强的目的。
2、本发明采用湿磨工艺,将硅酸三钙的主要水化产物C-S-H凝胶在离子促 溶剂和表面改性剂营造的液相环境中经过充分的物理研磨,使C-S-H凝胶的中 值尺寸达到纳米级别。因为湿磨工艺处理后,整个体系处于“预水化”状态, 且由于粒度细化,具有更高的水化程度以及极高的活性,将其以4.0%的掺量掺 入普通硅酸盐水泥中,其水泥砂浆1d抗压强度最高可提升300%以上,28d强度 不降低,且因为与水泥相容性好,可在预制构件领域广泛使用,以提高早期强 度,提升生产效率。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。
本发明的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,按重量份计,该C-S-H凝胶纳米晶 核早强剂主要由以下组分通过湿磨工艺制得:硅酸三钙:10-20份,离子促进剂: 0.5-1份,表面改性剂:0.1-0.3份,分散稳定剂:0.1-0.5份,水:78.5-89.2份。 其中,硅酸三钙为粉末,其中值粒径小于100微米;离子促溶剂为碳酸钠、三 异丙醇胺的混合物,其质量比为1:(5-10);表面改性剂为聚丙烯酸钠,分子量 为3000-10000;分散稳定剂为保坍型聚羧酸减水剂,其固含量35%~45%,优选 为分散稳定剂的固含量为40%。
在水泥基材料水化初期,通过加入C-S-H凝胶可以消耗水泥浆液相总的钙 离子和硅酸根离子,促进水泥熟料矿物相的进一步溶解,以此加快水泥基材料 的早期水化速度;同时,C-S-H凝胶可以将水化产物胶结起来,增加水泥基材料 的密实度,增大强度。
下面将结合具体实施例来详细说明本发明。
表1为本发明实施例1~实施例6的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂中各组分的 配比和性能参数,以及各实施例C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的粒径。
表1 C-S-H凝胶纳米晶核早强剂组分配比及粒径
表2为实施例1~实施例6的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂中离子促进剂种类 及配比。其中,碳酸钠和三异丙醇胺的份数配比是按照离子促进剂在C-S-H凝 胶纳米晶核早强剂中的配比来计算。例如,实施例1中,种类2的离子促进剂 所占的重量份数为0.6份,而种类2的离子促进剂中碳酸钠占的配比为1份,三 异丙醇胺占的配比为6份;也即,碳酸钠在C-S-H凝胶纳米晶核早强剂中占的 比例为0.09份,三异丙醇胺在C-S-H凝胶纳米晶核早强剂中占的比例为0.51份。
表2离子促进剂种类及配比
种类 | 碳酸钠/份数 | 三异丙醇胺/份数 |
1 | 1 | 5 |
2 | 1 | 6 |
3 | 1 | 7 |
4 | 1 | 8 |
5 | 1 | 9 |
6 | 1 | 10 |
采用下述方法制备实施例1-实施例6的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,具体 包括以下步骤:
按照上述组分配方,将硅酸三钙、离子促溶剂、表面改性剂和水加入湿磨 机中,研磨,研磨时设置的研磨转速为400-600rpm,得到中值粒径为200~400nm 的纳米C-S-H凝胶,然后,过滤研磨体,加入分散稳定剂,并搅拌均匀,即得 C-S-H凝胶纳米晶核早强剂。
其中,在研磨过程中,湿磨机中的研磨体可优选为氧化锆研磨体,氧化锆 研磨体的级配以及湿磨机的研磨参数可以根据行业基准设置,只需要能实现最 后得到的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的中值粒径为200~400nm即可。
本发明提供的制备C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的制备方法,采用流程简单 且参数易控制的湿法研磨工艺,利用硅酸三钙为主要原料,利用适宜配比的离 子促溶剂和表面改性剂,配制出适合硅酸三钙充分水化的液相环境,并在此过 程中,配合高速率的物理研磨,对水化产物C-S-H进行尺寸细化以达到纳米级 别,最后使用分散稳定剂对纳米C-S-H凝胶进行阻聚作用以提高产品的稳定性。 这样制备的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂中值粒径为200~400nm,将其掺入到水 泥基材料中,这样利用纳米形态C-S-H凝胶的晶核诱导作用,加快水泥基材料 水化前期的水化产物的成核生长,达到早强的目的。
可以理解的是,分散剂种类不同会对纳米C-S-H凝胶产生不同的阻聚作用, 本实施例选用保坍型聚羧酸减水剂作为分散稳定剂,且不同型号保坍型聚羧酸 减水剂的分散效果如表3所示,当分散剂的固含量为40%,在水泥浆体中掺量 为0.30%时,1h净浆流动度增加30%以上。
表3分散稳定剂种类及性能
将实施例1~实施例6的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂用于水泥基材料,在该 应用中,水泥基材料包括水泥,C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的用量为水泥用量的 2.0~4.0%。需要说明的是,本发明的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂在用于提高水 泥基材料早期强度时,若水泥基材料中用于胶结骨料的材料不仅仅为水泥,其 还加入有改善水泥基材料性能的粉煤灰、矿粉等矿物掺合料,此时,将水泥与 粉煤灰、矿粉等掺合料统称为胶凝材料,而C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的用量 (质量)即为胶凝材料的用量(质量)的2.0~4.0%,即外掺本发明C-S-H凝胶 纳米晶核早强剂2.0~4.0%。
参照标准GB8076-2008对掺有实施例1~实施例6的C-S-H凝胶纳米晶核早 强剂的水泥基材料(水泥砂浆)进行力学性能的测试,其中,水泥基材料的水 胶比为0.5。测试结果如表4所示。
表4 不同配比的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的力学性能
由表4可知,在C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的掺量为2.0~4.0%时,硅酸盐 水泥砂浆的1d抗压强度增长率为170%-300%,说明本发明提供的C-S-H凝胶纳 米晶核早强剂具有很明显的早强效果,可以缩短养护时间;且28d抗压强度增 长率没有下降,甚至出现增长的现象,说明C-S-H凝胶纳米晶核早强剂对水泥 砂浆的后期强度无不利影响,后期强度仍能实现一定的增长。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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。
Claims (9)
1.一种C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,其特征在于,按重量份计,所述C-S-H凝胶纳米晶核早强剂主要由以下组分通过湿磨工艺制得:硅酸三钙:10-20份,离子促进剂:0.5-1份,表面改性剂:0.1-0.3份,分散稳定剂:0.1-0.5份,水:78.5-89.2份。
2.根据权利要求1所述的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,其特征在于,所述离子促进剂为碳酸钠和三异丙醇,且所述碳酸钠和所述三异丙醇胺的质量比为1:(5-10)。
3.根据权利要求1所述的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,其特征在于,所述碳酸三钙的中值粒径小于100μm。
4.根据权利要求1所述的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,其特征在于,所述表面改性剂为聚丙烯酸钠;所述聚丙烯酸钠分子量为3000-10000。
5.根据权利要求1所述的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,其特征在于,所述C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的中值粒径为200~400nm。
6.根据权利要求1所述的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂,其特征在于,所述分散稳定剂为聚羧酸减水剂,所述聚羧酸减水剂的固含量为35%~45%。
7.制备权利要求1-6中任一项所述的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的方法,其特征在于,包括步骤:
向所述硅酸三钙中加入所述离子促溶剂、表面改性剂和所述水,研磨得到纳米C-S-H凝胶;
向所述纳米C-S-H凝胶中加入分散稳定剂,搅拌即得到所述C-S-H凝胶纳米晶核早强剂。
8.根据权利要求7所述的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的制备方法,其特征在于,所述研磨的研磨转速为400-600rpm。
9.权利要求1-6中任一项所述的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂在水泥基材料中的应用,其特征在于,所述水泥基材料包括水泥;所述C-S-H凝胶纳米晶核早强剂的用量为所述水泥用量的2.0~4.0%。
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