CN109111143A - 一种水化铝酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水化铝酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法，其由以下组分组成：铝酸三钙、二水石膏、分散稳定剂与去离子水，其中铝酸三钙与二水石膏的摩尔比为1：1‑3；所述分散稳定剂为聚羧酸减水剂、三乙醇胺、三异丙醇胺按质量比10‑30：1：1‑3溶于水得到的混合溶液，质量浓度为10％。本发明提供的水化铝酸钙纳米晶核早强剂能够显著提高水泥砂浆的早期强度，以1.0‑2.0％的掺量掺入普通硅酸盐水泥砂浆中1d强度可提高85％以上，可广泛应用于混凝土预制构件，从而缩短带模具养护时间，提高模具周转率，有效提升生产效率。

Description

一种水化铝酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种水化铝酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法。
背景技术
混凝土早强剂是混凝土外加剂的一个种类，它能促进水泥早期水化，提高混凝土早期强度，早强剂按组成可分为有机型、无机型和复合型三类。传统早强剂以无机型居多，如氯盐、硫酸盐和亚硝酸盐，它们的应用很不理想，比如低温适应性差、降低后期强度、降低抗渗性和耐久性等；而后开发出的有机型早强剂如醇胺类、甲酸钙和复合型早强剂也存在诸多缺点，比如醇胺类对掺量十分敏感，导致无法准确控制凝结时间而影响混凝土前期工作性，复合型早强剂采用多种早强剂进行复配，对配合比的控制和操作性要求高，各单一组分之间或其组分与其他外加剂之间可能存在相互作用和影响，达不到预期效果甚至使外加剂失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种水化铝酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种水化铝酸钙纳米晶核早强剂，其由以下组分组成：铝酸三钙(3CaO·Al2O3，C3A)、二水石膏(CaSO4·2H2O)、分散稳定剂与去离子水，其中铝酸三钙与二水石膏的摩尔比为1：1-3；
所述分散稳定剂为聚羧酸减水剂、三乙醇胺、三异丙醇胺按质量比10-30：1：1-3溶于水得到的混合溶液，质量浓度为10％。
按上述方案，所述分散稳定剂的掺量为铝酸三钙与二水石膏质量之和的0.2-0.5％。
按上述方案，所述去离子水加入量为铝酸三钙与二水石膏质量之和的9倍。
按上述方案，所述水化铝酸钙纳米晶核早强剂的中值粒径为300-500nm。
本发明还包括上述水化铝酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，具体步骤如下：将铝酸三钙、二水石膏、分散稳定剂和去离子水按比例装入球磨罐中，然后装入氧化锆研磨体，密封球磨得到水化铝酸钙纳米晶核早强剂。
按上述方案，所述氧化锆研磨体为铝酸三钙与二水石膏质量之和的4-6倍，氧化锆研磨体级配质量比为：5mm：3mm：1mm：0.5mm＝1：3：6：2。
按上述方案，所述密封球磨的时间为120-150min。
本发明还包括上述水化铝酸钙纳米晶核早强剂的使用方法，将水化铝酸钙纳米晶核早强剂按掺量1.0-2.0％掺入水泥砂浆中。
本发明以硅酸三钙和石膏为主要原料，在分散稳定剂及水的存在下，利用机械力，有效分散硅酸三钙和石膏水化产物-水化硫铝酸钙，制备纳米级水化硫铝酸钙，为普通硅酸盐水泥水化提供晶核，诱导其快速水化，达到早强的目的。一般水泥水化的过程中会自发成核(成核机理如图1左所示)，这种自发生成的晶核主要为纳米形态的钙矾石、氢氧化钙、C-S-H凝胶等，但是晶核数量少且尺寸较小，一般小于300nm，有一部分晶核的半径小于临界晶核半径而不能成为实际晶核，倾向于重熔或者消失，无法提供足够的晶核作用，因此不利于水化产物的结晶，而本发明制备的水化铝酸钙纳米晶核早强剂的早强作用机理图如图1右所示，其晶核粒度为300-500nm，当掺入混凝土中后，能够有效的起到晶核作用，诱导水化产物的快速结晶，因此起到早强作用。
本发明的有益效果在于：1、本发明提供的水化铝酸钙纳米晶核早强剂能够显著提高水泥砂浆的早期强度，以1.0-2.0％的掺量掺入普通硅酸盐水泥砂浆中1d强度可提高80％以上，可广泛应用于混凝土预制构件，从而缩短带模具养护时间，提高模具周转率，有效提升生产效率。2、本发明制备方法工艺简单，易于实现。
附图说明
图1为一般水泥水化过程自发成核机理(左)及本发明水化铝酸钙纳米晶核早强剂的早强作用机理图(右)。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1-5
制备水化铝酸钙纳米晶核早强剂，具体步骤如下：
将铝酸三钙、二水石膏、分散稳定剂和去离子水装入球磨罐中，然后装入氧化锆研磨体，密封球磨120-150分钟，得到水化铝酸钙纳米晶核早强剂，原料组份及性能测试结果如表2所示。用激光粒度测定仪测试其中值粒径，1d砂浆强度增长率(1d砂浆强度增长率是掺水化铝酸钙晶核早强剂相对于不掺水化铝酸钙晶核早强剂的空白水泥砂浆的强度增量与空白水泥砂浆强度值的比值)参照GB8076-2008《混凝土外加剂》进行测试。
其中分散稳定剂由聚羧酸减水剂(PCE)、三乙醇胺(TEA)、三异丙醇胺(TIPA)按质量比10-30：1：1-3溶于水得到的混合溶液，质量分数为10％，配方组份如表1所示。
表1分散稳定剂组份
表2原料组份及评价效果
表2中分散稳定剂掺量为铝酸三钙与二水石膏质量之和的百分比。掺量为水化铝酸钙纳米晶核早强剂在水泥砂浆中的掺量。
从表2的结果可以看出，该方法制备的水化铝酸钙纳米晶核早强剂中值粒径为300-500nm，在掺入量为1-2％时，砂浆1d强度增长率达到85％以上。
本发明所涉及的水化铝酸钙纳米晶核早强剂制备方法工艺过程简单，条件易控制，产品关键参数稳定。该纳米晶核对水泥基材料早期水化的诱导作用显著，1d强度增长85％以上，可广泛应用于混凝土预制构件，从而缩短带模具养护时间，提高模具周转率，有效提升生产效率。

Claims (8)

1.一种水化铝酸钙纳米晶核早强剂，其特征在于，其由以下组分组成：铝酸三钙、二水石膏、分散稳定剂与去离子水，其中铝酸三钙与二水石膏的摩尔比为1：1-3；
所述分散稳定剂为聚羧酸减水剂、三乙醇胺、三异丙醇胺按质量比10-30：1：1-3溶于水得到的混合溶液，质量浓度为10％。
2.根据权利要求1所述的水化铝酸钙纳米晶核早强剂，其特征在于，所述分散稳定剂的掺量为铝酸三钙与二水石膏质量之和的0.2-0.5％。
3.根据权利要求1所述的水化铝酸钙纳米晶核早强剂，其特征在于，所述去离子水加入量为铝酸三钙与二水石膏质量之和的9倍。
4.根据权利要求1所述的水化铝酸钙纳米晶核早强剂，其特征在于，所述水化铝酸钙纳米晶核早强剂的中值粒径为300-500nm。
5.一种权利要求1-4任一所述的水化铝酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将铝酸三钙、二水石膏、分散稳定剂和去离子水按比例装入球磨罐中，然后装入氧化锆研磨体，密封球磨得到水化铝酸钙纳米晶核早强剂。
6.根据权利要求5所述的水化铝酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，其特征在于，所述氧化锆研磨体为铝酸三钙与二水石膏质量之和的4-6倍，氧化锆研磨体级配质量比为：5mm：3mm：1mm：0.5mm＝1：3：6：2。
7.根据权利要求5所述的水化铝酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，其特征在于，所述密封球磨的时间为120-150min。
8.一种权利要求1-4任一所述的水化铝酸钙纳米晶核早强剂的使用方法，其特征在于，将水化铝酸钙纳米晶核早强剂按掺量1.0-2.0％掺入水泥砂浆中。
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