CN104529378B

CN104529378B - 一种新型耐水快硬无机胶凝材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104529378B
Application number: CN201410747015.4A
Authority: CN
Inventors: 刘研研; 王化; 田兴友; 陈林
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2034-12-08
Also published as: CN104529378A

Abstract

本发明公开了一种新型耐水快硬无机胶凝材料及其制备方法，其采用金属氧化物、纳米氧化物、硼酸盐、复合减水剂、磷酸二氢盐、早强剂、聚乙烯醇水基憎水剂、水为原料通过搅拌和成型制备而成，制备方法简单，通过掺杂纳米量级的原料和原材料纳米化的方法，利用纳米材料的特殊性能，在快硬无机胶凝材料形成时，在目标产物和副产物表面形成密实的纳米网，阻止副产物和目标产物在水中的溶解，保持快硬无机胶凝材料的原结构不被破坏，从本质上改善快硬无机胶凝材料的耐水性，从而使其具有快凝、快硬、耐高温等优异的性能。

Description

一种新型耐水快硬无机胶凝材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种新型耐水快硬无机胶凝材料及其制备方法。

背景技术

新型快硬无机胶凝材料是金属氧化物与磷酸盐在常温下通过酸-碱反应及物理作用而生成的高强度材料,同时具有化学结合陶瓷的属性，另外，该材料还具有一系列传统材料无以比拟的性能。

(1)具有快凝快硬的性能，3h的抗压强度高30MPa，相当于普通硅酸盐水泥养护28d的强度；

(2)与旧混凝土有相近弹性模量和膨胀系数，体积相容性好，粘结强度高；

(3)具有优异的耐磨性能、防锈性能；

(4)具有很高的水化热，能够在-10℃以下的外界环境中正常施工。

鉴于该材料诸多优异的性能，该材料可以替代特种水泥用于路面、桥梁结构的修缮领域，较特种水泥成本降低10％-15％，且性能优越于特种水泥。然而，替代特种水泥用于路面、桥梁结构的修缮，材料的耐水性是必须要考察的重要因素之一，即研究新型快硬无机胶凝材料的耐水性是研究是该材料应用的前提。新型耐水快硬无机胶凝材料将会在建筑领域迎来更为广泛的空间。

新型快硬无机胶凝材料水溶性机理：在水养条件下，快硬无机胶凝材料浆体表面的副产物磷酸盐首先被溶蚀，在溶液中形成酸性环境，进而导致目标产物和凝胶部分溶解，在浆体表面和内部形成孔隙和裂纹，致使结构致密度下降，孔隙率增大，金属氧化物颗粒表面和间隙起胶结作用的水化产物逐渐减少，结构疏松，从而导致快硬无机胶凝材料强度倒缩。因此快硬无机胶凝材料的耐水性问题是目前该材料实现生产应用的最大障碍之一，新型耐水快硬无机胶凝材料的研发迫在眉睫。

发明内容

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种新型耐水快硬无机胶凝材料，制备方法简单，制得的材料胶凝后结构不被破坏，高强度，耐水性能优异。

本发明提出的一种新型耐水快硬无机胶凝材料，其原料按重量份包括：金属氧化物30-70份、纳米氧化物1-50份、硼酸盐5-25份、复合减水剂1-5份、磷酸二氢盐5-25份、早强剂1-5份、聚乙烯醇水基憎水剂1-3份、水10-15份。

在具体实施例中，金属氧化物的重量份可以为30份、40份、50份、60份、70份，纳米氧化物的重量份可以为1份、8份、16份、25份、38份、50份，硼酸盐的重量份可以为5份、10份、15份、20份、25份，复合减水剂的重量份可以为1份、3份、5份，磷酸二氢盐的重量份可以为5份、12份、18份、25份，早强剂的重量份可以为1份、2份、4份、5份，聚乙烯醇水基憎水剂的重量份可以为1份、2份、3份，水的重量份可以为10份、11份、12份、13份、14份、15份。

优选地，其原料按重量份包括：金属氧化物40-60份、纳米氧化物10-30份、硼酸盐10-20份、复合减水剂2-3份、磷酸二氢盐10-20份、早强剂2-3份、聚乙烯醇水基憎水剂1.5-2.5份、水12-13份。

优选地，所述金属氧化物为氧化镁、氧化铝、氧化钙中的一种；

优选地，所述金属氧化物的粒度为所述金属氧化物的粒度为0.3-0.5mm。

优选地，所述纳米氧化物为纳米二氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种。

优选地，所述硼酸盐为四硼酸钠或四硼酸钾；

优选地，所述硼酸盐的粒度为0.3-0.5mm。

优选地，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢锂中的一种；

优选地，所述磷酸二氢盐的粒度为0.3-0.5mm。

优选地，所述早强剂为氯化物系早强剂、硫酸盐系早强剂、有机物系早强剂中的一种。

本发明还提出一种上述新型耐水快硬无机胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、按照重量份称取金属氧化物纳米氧化物、硼酸盐、复合减水剂、磷酸二氢盐、早强剂，投入水泥净浆搅拌机中搅拌2-4min混合均匀；

S2、向水泥净浆搅拌机中加入水，继续搅拌18-22s；

S3、向水泥净浆搅拌机中加入聚乙烯醇水基憎水剂，继续搅拌18-22s；

S4、倒入模具中成型28-32min后脱模。

优选地，在S1中，搅拌时间为3min。

优选地，在S4中，成型时间为30min。

本发明中，采用金属氧化物、纳米氧化物、硼酸盐、复合减水剂、磷酸二氢盐、早强剂、聚乙烯醇水基憎水剂、水为原料制备新型耐水快硬无机胶凝材料，通过掺杂纳米量级的原料和原材料纳米化的方法，利用纳米材料的特殊性能，在快硬无机胶凝材料形成时，在目标产物和副产物表面形成密实的纳米网，阻止副产物和目标产物在水中的溶解，保持快硬无机胶凝材料的原结构不被破坏，从本质上改善快硬无机胶凝材料的耐水性，从而使其具有快凝、快硬、耐高温等优异的性能；制备方法简单。

附图说明

图1为本发明提出的一种新型耐水快硬无机胶凝材料的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，图1为本发明提出的一种新型耐水快硬无机胶凝材料的制备方法的流程图。

参照图1，本发明提出的一种新型耐水快硬无机胶凝材料的制备方法，包括下列步骤：

S1、按照重量份称取金属氧化物、纳米氧化物、硼酸盐、复合减水剂、磷酸二氢盐、早强剂，投入水泥净浆搅拌机中搅拌2-4min混合均匀；

S2、向水泥净浆搅拌机中加入水，继续搅拌18-22s；

S4、倒入模具中成型28-32min后脱模。

实施例1

一种新型耐水快硬无机胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，按照重量份称取30份氧化镁、50份纳米二氧化硅、5份四硼酸钠粉体、5份复合减水剂、5份磷酸二氢钾、5份氯化物系早强剂，投入水泥净浆搅拌机中搅拌4min混合均匀；

S2、向水泥净浆搅拌机中加入10份水，继续搅拌18s；

S3、向水泥净浆搅拌机中加入3份聚乙烯醇水基憎水剂，继续搅拌22s；

S4、倒入模具中成型28min后脱模。

实施例2

S1、按照重量份称取70份氧化铝、1份纳米氧化镁、25份四硼酸钾粉体、1份复合减水剂、25份磷酸二氢铵、1份硫酸盐系早强剂，投入水泥净浆搅拌机中搅拌2min混合均匀；

S2、向水泥净浆搅拌机中加入15份水，继续搅拌22s；

S3、向水泥净浆搅拌机中加入1份聚乙烯醇水基憎水剂，继续搅拌18s；

S4、倒入模具中成型32min后脱模。

实施例3

S1、按照重量份称取40份氧化钙、30份纳米氧化铝、10份四硼酸钠粉体、3份复合减水剂、10份磷酸二氢钠、3份有机物系早强剂，投入水泥净浆搅拌机中搅拌4min混合均匀；

S2、向水泥净浆搅拌机中加入12份水，继续搅拌18s；

S3、向水泥净浆搅拌机中加入2.5份聚乙烯醇水基憎水剂，继续搅拌22s；

S4、倒入模具中成型28min后脱模。

实施例4

S1、按照重量份称取60份氧化镁、10份纳米氧化钙、20份四硼酸钾粉体、2份复合减水剂、20份磷酸二氢锂、2份有机物系早强剂，投入水泥净浆搅拌机中搅拌2min混合均匀；

S2、向水泥净浆搅拌机中加入13份水，继续搅拌22s；

S3、向水泥净浆搅拌机中加入1.5份聚乙烯醇水基憎水剂，继续搅拌18s；

S4、倒入模具中成型32min后脱模。

实施例5

S1、按照重量份称取60份氧化镁、1份纳米氧化钙、5份四硼酸钠粉体、2份复合减水剂、15份磷酸二氢钾、2份早强剂，投入水泥净浆搅拌机中搅拌3min混合均匀；

S2、向水泥净浆搅拌机中加入14份水，继续搅拌20s；

S3、向水泥净浆搅拌机中加入1份聚乙烯醇水基憎水剂，继续搅拌20s；

S4、倒入模具中成型30min后脱模。

实施例6

S1、按照重量份称取30份氧化铝、35份纳米二氧化硅、10份四硼酸钠粉体、3份复合减水剂、10份磷酸二氢钾、2份早强剂，投入水泥净浆搅拌机中搅拌3min混合均匀；

S2、向水泥净浆搅拌机中加入12份水，继续搅拌20s；

S4、倒入模具中成型30min后脱模。

实施例7

S1，按照重量份称取50份氧化钙、2份纳米氧化镁、5份四硼酸钠粉体、3份复合减水剂、25份磷酸二氢钾、2份早强剂，投入水泥净浆搅拌机中搅拌3min混合均匀；

S2、向水泥净浆搅拌机中加入10份水，继续搅拌20s；

S3、向水泥净浆搅拌机中加入3份聚乙烯醇水基憎水剂，继续搅拌20s；

S4、倒入模具中成型30min后脱模。

实施例8

S1，按照重量份称取35份纳米氧化钙、25份纳米氧化铝、12份四硼酸钠粉体、3份复合减水剂、8份磷酸二氢钾、2份早强剂，投入水泥净浆搅拌机中搅拌3min混合均匀；

S2、向水泥净浆搅拌机中加入12份水，继续搅拌20s；

S4、倒入模具中成型30min后脱模。

由于快硬无机胶凝材料硬化体在水的作用下其水化产物会以离子形式不断的溶出，从而使得其质量不断地减少，孔隙率增加，强度下降。因此，快硬无机胶凝材料的耐水性可定义为用浸水后试件的质量损失率(吸水率)Pw＝W_原-W_后/W_原，Pw值越小耐水性越好，反之，快硬无机胶凝材料的耐水性越差，其中，W_原为试样最初的质量，W_后为试样浸水后的质量。

对现有无机胶凝材料和实施例5-8中制备的新型耐水快硬无机胶凝材料进行性能检测：

试样经常温养护3天后放入自来水中浸泡10天，现有无机胶凝材料的吸水率为0.4％，实施例5的试样吸水率为0.06％，实施例6的试样吸水率为0.04％，实施例7的试样吸水率为0.05％，实施例8的试样吸水率为0.03％。这说明在相同条件下养护时，实施例5-8的快硬无机胶凝材料的吸水率远远小于现有胶凝材料的吸水率，因此本发明提出的快硬无机胶凝材料的耐水性良好。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新型耐水快硬无机胶凝材料，其特征在于，其原料按重量份包括：金属氧化物30-70份、纳米氧化物1-50份、硼酸盐5-25份、复合减水剂1-5份、磷酸二氢盐5-25份、早强剂1-5份、聚乙烯醇水基憎水剂1-3份、水10-15份；

所述金属氧化物的粒度为0.3-0.5mm；

所述硼酸盐的粒度为0.3-0.5mm；

所述磷酸二氢盐的粒度为0.3-0.5mm；

所述金属氧化物为氧化镁、氧化铝、氧化钙中的一种；

所述纳米氧化物为纳米二氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种。

2.根据权利要求1所述的新型耐水快硬无机胶凝材料，其特征在于，其原料按重量份包括：金属氧化物40-60份、纳米氧化物10-30份、硼酸盐10-20份、复合减水剂2-3份、磷酸二氢盐10-20份、早强剂2-3份、聚乙烯醇水基憎水剂1.5-2.5份、水12-13份。

3.根据权利要求1或2所述的新型耐水快硬无机胶凝材料，其特征在于，所述硼酸盐为四硼酸钠或四硼酸钾。

4.根据权利要求1或2所述的新型耐水快硬无机胶凝材料，其特征在于，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢锂中的一种。

5.根据权利要求3所述的新型耐水快硬无机胶凝材料，其特征在于，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢锂中的一种。

6.根据权利要求1或2所述的新型耐水快硬无机胶凝材料，其特征在于，所述早强剂为氯化物系早强剂、硫酸盐系早强剂、有机物系早强剂中的一种。

7.根据权利要求3所述的新型耐水快硬无机胶凝材料，其特征在于，所述早强剂为氯化物系早强剂、硫酸盐系早强剂、有机物系早强剂中的一种。

8.根据权利要求4所述的新型耐水快硬无机胶凝材料，其特征在于，所述早强剂为氯化物系早强剂、硫酸盐系早强剂、有机物系早强剂中的一种。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的新型耐水快硬无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2、向水泥净浆搅拌机中加入水，继续搅拌18-22s；

S4、倒入模具中成型28-32min后脱模。

10.根据权利要求9所述的新型耐水快硬无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，在S1中，搅拌时间为3min。

11.根据权利要求9或10所述的新型耐水快硬无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，在S4中，成型时间为30min。