CN112707405B - 一种改性层状硅酸盐及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料和化学建材技术领域，尤其涉及一种改性层状硅酸盐及其制备方法与应用。所述改性层状硅酸盐的制备方法包括如下步骤：(1)以层状硅酸盐和碱溶液为原料，搅拌均匀后，烘干得羟基活化的层状硅酸盐；(2)将所述羟基活化的层状硅酸盐和偶联剂反应1～2h后，在120～180℃下焙烧2～3h。利用上述方法制得的改性层状硅酸盐在防腐蚀混凝土中使用时，能够增加混凝土的疏水性，混凝土抗蚀系数提升16～23％。

Description

一种改性层状硅酸盐及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及建筑材料和化学建材技术领域，尤其涉及一种改性层状硅酸盐及其制备方法与应用。
背景技术
随着混凝土工程建设的发展，混凝土的应用范围逐渐扩展到海洋、盐湖等环境中；然而，上述环境中高浓度的硫酸根离子和氯离子会腐蚀混凝土从而影响混凝土的耐久性。混凝土腐蚀的主要原因即在于外界环境水中离子的渗入。氯离子可破坏混凝土钢筋的钝化膜，加速钢筋的腐蚀。低浓度的氯离子与水泥水化产物多硫型水化硫铝酸钙AFm反应，生成库泽尔盐；高浓度的氯离子与AFm反应生成弗里德尔盐，减少了钙矾石等水化产物的产量。硫酸根离子与水化产物AFm反应生成二次钙矾石，体积增加一倍，造成膨胀破坏。硫酸根离子还可以与水化产物氢氧化钙反应，生成二次石膏，发生体积膨胀破坏。
目前，通过对混凝土进行疏水化处理可以大大减小有害离子的渗入量。然而，传统疏水化处理多采用混凝土外涂防水乳液的方法，该方法不仅多增加一道施工工序，且外涂防水的耐久性很难保证。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性层状硅酸盐的制备方法、以及利用该方法制得的改性层状硅酸盐，以该改性层状硅酸盐为主要原料制得的混凝土具有良好的抗腐蚀性，尤其适用于海洋、盐湖等恶劣环境；本发明的另一目的是提供该改性层状硅酸盐的应用。
具体地，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种改性层状硅酸盐的制备方法，包括如下步骤：
(1)以层状硅酸盐和碱溶液为原料，搅拌均匀后，烘干得羟基活化的层状硅酸盐；
(2)将所述羟基活化的层状硅酸盐和偶联剂反应1～2h后，在120～180℃下焙烧2～3h。
本发明发现，层状硅酸盐矿物本身为层状结构，在粉末破碎过程中会形成微米级的层台状结构，从而增加其表面的粗糙度；进一步地，本发明还发现，在层台状结构的层状硅酸盐表面进行改性，可进一步增加其疏水性能。
为了进一步提升改性层状硅酸盐的疏水性，本发明对其制备方法进行了优化，具体如下：
作为优选，所述层状硅酸盐为选自白云母、绢云母、钠云母、金云母、黑云母、铁黑云母、锂云母、蛭石中的一种或几种；优选所述层状硅酸盐的粒径小于300目。
作为优选，所述碱溶液为选自氢氧化钠水溶液、碳酸氢氨水溶液、氨水水溶液中的一种或几种；优选所述碱溶液的浓度为10～20％。
本发明中，采用上述层状硅酸盐、及上述碱溶液更有利于制备高疏水性的改性层状硅酸盐。
作为优选，步骤(1)中，所述层状硅酸盐与所述碱溶液的质量比为1：(5～10)。
针对本发明的反应体系，当所述层状硅酸盐与所述碱溶液的质量比为1：(5～10)时，效果最佳。
作为优选，所述偶联剂为选自十六烷基三甲基溴化铵、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
进一步地，所述偶联剂以偶联剂稀释液的形式加入。
更进一步地，按质量比计，在所述偶联剂稀释液中，乙醇：水：偶联剂＝1：8：1。
作为优选，步骤(2)中，所述羟基活化的层状硅酸盐与所述偶联剂的质量比为1：(0.5～1)。
针对本发明的反应体系，当所述羟基活化的层状硅酸盐与所述偶联剂的质量比为1：(0.5～1)时，效果最佳。
作为优选，步骤(1)中，所述烘干在140～160℃下进行。
本发明同时提供一种改性层状硅酸盐，所述改性层状硅酸盐利用上述的方法制得。将所述改性层状硅酸盐用于海工混凝土中，混凝土抗硫酸盐侵蚀及抗氯离子渗透性能显著提升，改善了混凝土的耐久性。
本发明还提供上述改性层状硅酸盐在制备混凝土中的应用；优选在制备抗腐蚀混凝土中的应用。
本发明还提供一种混凝土，原料包括：上述的改性层状硅酸盐。
本发明提供的混凝土可阻隔外界水中离子，大幅度减少混凝土的腐蚀，在不影响混凝土强度和流动性的前提下，极好地改善了混凝土的耐久性。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提出的改性层状硅酸盐在防腐蚀混凝土中使用时，能够增加混凝土的疏水性，混凝土抗蚀系数提升16～23％。
(2)本发明提出的改性层状硅酸盐，针对混凝土服役恶劣的环境(如海洋、盐湖等)，在不影响混凝土工作性和强度的条件下，提升了耐久性。
(3)本发明提出的改性层状硅酸盐，采用有机疏水改性和微米级层台结构，可提高混凝土的耐久性，为海洋工程提供了有力的技术支持。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种改性层状硅酸盐(BYC-58)，所述改性层状硅酸盐(BYC-58)的制备方法包括如下步骤：
(1)将5kg白云母(1000目)和50kg碳酸氢氨水溶液(浓度为10％)投入反应釜中，搅拌均匀后，在150℃下烘干得到羟基活化的白云母；
(2)将9.5kg所述羟基活化的白云母和5kgγ-巯丙基三乙氧基硅烷乙醇水溶液(浓度为10％)加入反应釜中，反应1h，在120℃下焙烧2h，得到改性层状硅酸盐(BYC-58)。
实施例2
本实施例提供一种改性层状硅酸盐(JYN-55)，所述改性层状硅酸盐(JYN-55)的制备方法包括如下步骤：
(1)将5kg金云母(1000目)和25kg氨水水溶液(浓度为20％)投入反应釜中，搅拌均匀后，在150℃下烘干得到羟基活化的金云母；
(2)将9.5kg所述羟基活化的金云母和5kg 3-氨丙基三乙氧基硅烷乙醇水溶液(浓度为10％)加入反应釜中，反应1h，在120℃下焙烧3h，得到改性层状硅酸盐(JYN-55)。
实施例3
本实施例提供一种改性层状硅酸盐(ZSH-57)，所述改性层状硅酸盐(ZSH-57)的制备方法包括如下步骤：
(1)将5kg蛭石(1000目)和50kg氢氧化钠水溶液(浓度为10％)投入反应釜中，搅拌均匀后，在150℃下烘干得到羟基活化的蛭石；
(2)将9.5kg所述羟基活化的蛭石和5kgγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇水溶液(浓度为10％)加入反应釜中，反应1h，在150℃下焙烧3h，得到改性层状硅酸盐(ZSH-57)。
试验例1抗腐蚀混凝土性能测试
本试验例分别以实施例1～3的改性层状硅酸盐为主要原料制备混凝土，记为混凝土1、混凝土2、混凝土3，并对上述三种混凝土进行性能测试，具体如下：
混凝土的原材料如下所示：
P.I 42.5水泥，河砂细度模数2.8，石灰岩骨料(5～10mm和10～20mm两级级配)，聚羧酸减水剂，实施例1～3的改性层状硅酸盐BYC-58、JYN-55、ZSH-57。
混凝土的原料配方如表1所示。
表1混凝土的原料配合比(kg/m3)
水泥 砂子 小石子 大石子 水 减水剂 改性层状硅酸盐
420 745 447 670 168 2.8 15
按照上述原料配方分别制得混凝土1(原料包含实施例1的改性层状硅酸盐BYC-58)、混凝土2(原料包含实施例2的改性层状硅酸盐JYN-55)、混凝土3(原料包含实施例3的改性层状硅酸盐ZSH-57)，并按照GB50082-2016测试各干湿循环120次后混凝土的抗硫酸盐侵蚀系数，结果如表2所示；
表2不同气压下引气剂在各混凝土中的应用效果
Figure BDA0002889701560000051
由表2可知，掺加了实施例1～3的改性层状硅酸盐的混凝土，不仅不影响其流动性和强度，还可以提高混凝土的抗腐蚀系数(可提升16～23％)。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种改性层状硅酸盐在制备抗腐蚀混凝土中的应用，其特征在于，所述改性层状硅酸盐的制备方法包括如下步骤：
(1)以层状硅酸盐和碱溶液为原料，搅拌均匀后，烘干得羟基活化的层状硅酸盐；
(2)将所述羟基活化的层状硅酸盐和偶联剂反应1～2h后，在120～180℃下焙烧2～3h；
所述层状硅酸盐为选自白云母、绢云母、钠云母、金云母、黑云母、铁黑云母、锂云母、蛭石中的一种或几种；所述层状硅酸盐的粒径小于300目；
所述偶联剂为选自十六烷基三甲基溴化铵、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种；
所述羟基活化的层状硅酸盐与所述偶联剂的质量比为1：(0.5～1)。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述碱溶液为选自氢氧化钠水溶液、碳酸氢铵 水溶液、氨水水溶液中的一种或几种；优选所述碱溶液的浓度为10～20％。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，步骤(1)中，所述层状硅酸盐与所述碱溶液的质量比为1：(5～10)。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，
所述偶联剂以偶联剂稀释液的形式加入；
更优选地，按质量比计，在所述偶联剂稀释液中，乙醇：水：偶联剂＝1：8：1。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤(1)中，所述烘干在140～160℃下进行。
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