CN110330257A

CN110330257A - 一种c-s-h凝胶纳米晶核早强剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110330257A
Application number: CN201910291031.XA
Authority: CN
Inventors: 谭洪波; 邓秀峰; 张迅; 聂康峻; 李懋高; 贺行洋; 苏英
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2019-10-15
Anticipated expiration: 2039-04-11
Also published as: CN110330257B

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

一种C-S-H凝胶纳米晶核早强剂及其制备方法和应用

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

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：

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％。