CN114920490A

CN114920490A - 一种混凝土用超强粒子晶胶的制备方法及应用

Info

Publication number: CN114920490A
Application number: CN202210595163.3A
Authority: CN
Inventors: 丁国杰; 樊洁; 艾钰森
Original assignee: Tianjin Rumijiye New Material Co ltd
Current assignee: Tianjin Rumijiye New Material Co ltd
Priority date: 2022-05-28
Filing date: 2022-05-28
Publication date: 2022-08-19

Abstract

本发明公开了一种混凝土用超强粒子晶胶，并提供了该产品的制备方法及应用方式，可以有效解决传统混凝土后期强度增长缓慢的问题，极大地改善混凝土耐腐蚀性差和水化反应不充分等情况，包含以下原料：分散剂、纳米纤维素、纳米硅钙氧化物、辅料以及溶剂水，其中分散剂包括梳状聚合物分散剂和小料。进行现场试验得出以下明显优势：（1）早期强度提高，凝结时间缩短。终凝时间提前至2.5h，1d与3d抗压强度相比空白实验均提高30.0%以上。（2）添加超强粒子晶胶后混凝土收缩率可控制在5%以下。（3）后期强度增长快。混凝土28d抗压强度相比空白实验增加25.0%以上。（4）纳米纤维素具有抗硫酸盐的腐蚀作用，加入后耐硫酸盐腐蚀系数为70.5%，抗渗等级为24。

Description

一种混凝土用超强粒子晶胶的制备方法及应用

技术领域

本发明提供一种混凝土用超强粒子晶胶，属于建筑材料外加剂技术领域。

背景技术

混凝土作为当今世界主要的建筑材料被广泛应用，其性能指标很大程度上受添加剂影响。多年来国内外工程科学界分别提出高强度混凝土(HPC)、超高强混凝土(UHPC)等理论以满足不同极端条件下的需求和应用，但民用混凝土的技术长期未得到重视，密实度低，耐久性差。2009年巴斯夫公司推出Master X-seed系列，采用钙硅氧化物作为晶种，加速硅酸盐水泥的水化过程，并且能够不影响混凝土的后期强度发展。CN104909595B公布了一种以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂，以提高水化体系的力学强度，但并未能显著提高后期的抗压强度，混凝土耐腐蚀性不高，过多添加会导致混凝土开裂、泌水、收缩过大等问题。因此，亟需开发一种混凝土用增强剂以改善这些缺点。

随着煤、石油等化石能源的日益耗尽及生态环境的不断恶化，对环保型可再生能源资源的开发和应用日益受到各领域的广泛关注。纤维素是自然界中储量巨大且廉价易得的一种宝贵的生物质资源，其资源化已成为相关领域的研究热点。1946年首次制备得到了棒状纳米纤维素，之后的数十年间人们合成了各种形状的纳米纤维素，拥有不同的物理化学性质。近十几年间，纳米纤维素的性能和结构一直是国内的研究热点。由于其有高强度、高弹性模量、高伸缩性，纳米纤维素可以结合其他材料，作为强化剂，在纺织、造纸、食品加工、精细化工、生物医学等领域有极其广泛的应用。

发明内容

本发明提出的是一种混凝土用超强粒子晶胶，其目的在于提供一种流动态混凝土强化剂，通过纳米纤维素与纳米硅钙氧化物粒子复合，解决现有技术中后期强度增长缓慢、混凝土开裂、泌水等问题，为纳米纤维素、纳米硅钙氧化物粒子的应用提供新思路。

本发明的技术解决方案：

一种混凝土用超强粒子晶胶，其原料包括分散剂、纳米纤维素、纳米硅钙氧化物、辅料和溶剂水。

进一步地，所述原料组分的重量份为：分散剂5-20份、纳米纤维素0.5-5份、纳米硅钙氧化物2-10份、辅料2-10份、溶剂水60-85份。

进一步地，所述分散剂包括梳状聚合物分散剂和小料；所述分散剂的重量份为：梳状聚合物分散剂80-95份，小料5-20份。

进一步地，所述梳状聚合物分散剂为六碳梳状聚合物超强液态分散剂；所述六碳梳状聚合物超强液态分散剂合成用聚醚大单体分子量大于4000。

进一步地，所述小料为聚乙二醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基烯丙基磺酸钠、β-巯基丙酸、巯基乙酸、过硫酸盐、偶氮二异丁腈、过氧化二酰、葡萄糖酸钠中的一种或几种。

进一步地，所述纳米纤维素为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶、磺酸化纤维素纳米晶、羧基化纳米纤维素水凝胶、磷酸化纤维素纳米纤维、毛发状纤维素纳米晶、季铵盐阳离子化毛发状纤维素纳米晶、两亲性纤维素纳米纤维、两亲性纤维素纳米晶中的一种或几种。

进一步地，所述纳米硅钙氧化物为粒径小于250nm的氧化物微粒，优选粒径小于200nm的氧化物微粒，更优选粒径小于100nm的氧化物微粒。

进一步地，所述辅料为氯化钠、硝酸钠、亚硝酸钠、硫酸钠、葡萄糖酸钠、氯化钾、硝酸钾、亚硝酸钾、硫酸钾中的一种或几种。

一种混凝土用超强粒子晶胶的制备方法，包括以下步骤：

1)配置分散剂；将分散剂各组分按比例混合，搅拌均匀，加热至60℃，冷却备用；

2)制备纳米硅钙氧化物：将硝酸钙溶液和硅酸钠溶液同时滴入步骤1)所述分散剂中，并不断搅拌，生成纳米硅钙氧化物；所述纳米硅钙氧化物化学式可以表示为xCaO·SiO₂·yH₂O+zCa(OH)₂或xCaO·SiO₂·yH₂O+zSi(OH)₄，其中x＝0.8～2.0，y＝4～12，z＝0～2.2，其数值取决于钙元素与硅元素的总比例。

3)向纳米硅钙氧化物和分散剂的混合溶液中加入纳米纤维素、辅料，持续搅拌24h老化，得到超强粒子晶胶。

本发明的有益效果：

1)在保证早期强度的同时，混凝土后期强度大大提高，纳米硅钙氧化物粒子能够加速早期水化，而纳米纤维素有提高混凝土力学强度的作用。在超强粒子晶胶掺量为5％的条件下，混凝土的1d/3d/7d/14d/28d抗压强度均提升25％以上，远高于掺杂前的混凝土抗压强度。

2)收缩率明显降低，添加增强剂后收缩率可降低至5％以下。

3)耐腐蚀性与抗渗性能增强，在混凝土中的纳米纤维素具有抗硫酸盐的腐蚀作用，加入后耐硫酸盐腐蚀系数为70.5％，抗渗等级为24。

4)超强粒子晶胶为液态增强剂，有利于改善施工环境和优化操作方式。

具体实施方式

一种混凝土用超强粒子晶胶，包括以下重量份的组分：分散剂5-20份、纳米纤维素0.5-5份、纳米硅钙氧化物粒子2-10份、辅料2-10份、溶剂水60-85份。

分散剂成分为梳状聚合物分散剂80-95份，小料5-20份，其中梳状聚合物分散剂可以为普通市售梳状聚合物分散剂，优选性能优良的六碳梳状聚合物超强液态分散剂，聚醚大单体分子量大于4000。小料为聚乙二醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基烯丙基磺酸钠、β-巯基丙酸、巯基乙酸、过硫酸盐、偶氮二异丁腈、过氧化二酰、葡萄糖酸钠中的一种或几种。

纳米硅钙氧化物为粒径小于250nm的氧化物微粒，优选粒径小于200nm的氧化物微粒，更优选粒径小于100nm的氧化物微粒。

辅料为氯化钠、硝酸钠、亚硝酸钠、硫酸钠、葡萄糖酸钠、氯化钾、硝酸钾、亚硝酸钾、硫酸钾中的一种或几种。

实施例1

一种混凝土用超强粒子晶胶，包括以下重量份的组分：分散剂5份、纳米纤维素0.5份、纳米硅钙氧化物粒子10份、辅料10份、溶剂水74.5份。分散剂成分为六碳梳状聚合物超强液态分散剂80份，小料20份，其中小料为聚乙二醇、甲基烯丙基磺酸钠、β-巯基丙酸、过氧化二酰、葡萄糖酸钠，比例为4：1.5：1：2：3.5。纳米纤维素为纤维素纳米纤维与磷酸化纤维素纳米纤维混合，比例为1：1。纳米硅钙氧化物粒子为直径小于250nm的纳米颗粒。辅料为硝酸钠、葡萄糖酸钠、硫酸钠、氯化钾，比例为5：3：2：1。

将分散剂按照对应比例配置好，可加热至60℃将分散液的混合均匀，冷却后加入纳米纤维素、纳米硅钙氧化物粒子、辅料，混合均匀，持续搅拌24h老化。

将其用于混凝土的实施过程，其含量占总胶凝材料的重量的5％。由此得到的混凝土凝结时间提前(2-2.5h终凝)，在28d时抗压强度相较空白基准提升28.3％。

实施例2

一种混凝土用超强粒子晶胶，包括以下重量份的组分：分散剂10份、纳米纤维素3份、纳米硅钙氧化物粒子5份、辅料5份、溶剂水77份。所述分散剂成分为聚醚大单体分子量大于4000的六碳梳状聚合物超强液态分散剂90份，小料10份，其中小料为聚乙二醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、巯基乙酸、过硫酸铵、葡萄糖酸钠，比例为4：2：2：1.5：3.5。纳米纤维素为毛发状纤维素纳米晶与季铵盐阳离子化毛发状纤维素纳米晶，比例为2：1。纳米硅钙氧化物粒子为直径小于250nm的纳米颗粒。辅料为硝酸钾、葡萄糖酸钠、亚硝酸钠，比例为4：2：1。

将其用于混凝土的实施过程，其含量占总胶凝材料的重量的5％。由此得到的混凝土凝结时间提前(2-2.5h终凝)，在28d时抗压强度相较空白基准提升26.6％。

实施例3

一种混凝土用超强粒子晶胶，包括以下重量份的组分：分散剂15份、纳米纤维素2.5份、纳米硅钙氧化物粒子6份、辅料6份、溶剂水70.5份。所述分散剂成分为聚醚大单体分子量大于4000的六碳梳状聚合物超强液态分散剂85份，小料15份，其中小料为聚乙二醇、巯基乙酸、过硫酸铵，比例为6：3.5：1.5。纳米纤维素为毛发状纤维素纳米晶与两亲性纤维素纳米纤维，比例为3：1。纳米硅钙氧化物粒子为直径小于250nm的纳米颗粒。辅料为硝酸钾、葡萄糖酸钠、硫酸钾，比例为4：7：1。

将其用于混凝土的实施过程，其含量占总胶凝材料的重量的3.5％。由此得到的混凝土凝结时间提前(2.5-3h终凝)，在28d时抗压强度相较空白基准提升25.0％。

本发明的超强粒子晶胶的具体使用方法如下：

按配方将水泥、砂、碎石、水和超强粒子晶胶投入强制式拌合机中，搅拌均匀后使用砼罐车运输至工作面，即可正常注模使用。进行数据采集、计算、分析。对实施例2的混凝土进行性能检测，检测内容、检测方法及检测结果如下：

(一)抗压强度检测：将超强粒子晶胶用于混凝土中，具体配比见表1。

表1混凝土配方及抗压强度对比(二)速凝性能检测：参照《喷射混凝土用速凝剂》JC477-2005和《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010，检测结果见表2。

表2速凝性能检测结果

(三)减水性能检测：参照《混凝土外加剂》GB8076-2008、《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB8077-2012和《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010，检测结果见表3。

表3减水性能检测结果(四)耐久性检测：参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GBT 50082-2009，检测结果见表4。

表4耐久性检测结果

(五)防腐性能检测：参照《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》JC/T 1011-2006，检测结果见表5。

表5防腐性检测结果

对上述混凝土进行现场试验得出以下明显优势：

(1)早期强度提高，凝结时间缩短。终凝时间提前至2.5h，1d与3d抗压强度相比空白实验均提高30.0％以上。

(2)收缩率降低。由于存在上述优势，该混凝土收缩率可控制在5％以下。

(3)后期强度增长快。上述混凝土28d抗压强度相比空白实验增加25.0％以上。

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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种混凝土用超强粒子晶胶，其特征在于原料包括分散剂、纳米纤维素、纳米硅钙氧化物、辅料和溶剂水。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土用超强粒子晶胶，其特征在于所述原料组分的重量份为：分散剂5-20份、纳米纤维素0.5-5份、纳米硅钙氧化物2-10份、辅料2-10份、溶剂水60-85份。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土用超强粒子晶胶，其特征在于所述分散剂包括梳状聚合物分散剂和小料；所述分散剂的重量份为：梳状聚合物分散剂80-95份，小料5-20份。

4.根据权利要求3所述的一种混凝土用超强粒子晶胶，其特征在于所述梳状聚合物分散剂为六碳梳状聚合物超强液态分散剂；所述六碳梳状聚合物超强液态分散剂合成用聚醚大单体分子量大于4000。

5.根据权利要求3所述的一种混凝土用超强粒子晶胶，其特征在于所述小料为聚乙二醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基烯丙基磺酸钠、β-巯基丙酸、巯基乙酸、过硫酸盐、偶氮二异丁腈、过氧化二酰、葡萄糖酸钠中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土用超强粒子晶胶，其特征在于所述纳米纤维素为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶、磺酸化纤维素纳米晶、羧基化纳米纤维素水凝胶、磷酸化纤维素纳米纤维、毛发状纤维素纳米晶、季铵盐阳离子化毛发状纤维素纳米晶、两亲性纤维素纳米纤维、两亲性纤维素纳米晶中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种混凝土用超强粒子晶胶，其特征在于所述纳米硅钙氧化物为粒径小于250 nm的氧化物微粒；所述纳米硅钙氧化物化学式可以表示为xCaO·SiO₂·yH₂O+zCa(OH)₂或xCaO·SiO₂·yH₂O+zSi(OH)₄，其中x=0.8~2.0，y=4~12，z=0~2.2。

8.根据权利要求1所述的一种混凝土用超强粒子晶胶，其特征在于所述辅料为氯化钠、硝酸钠、亚硝酸钠、硫酸钠、葡萄糖酸钠、氯化钾、硝酸钾、亚硝酸钾、硫酸钾中的一种或几种。

9.一种混凝土用超强粒子晶胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）配置分散剂；将分散剂各组分按比例混合均匀，搅拌加热至60℃后冷却；

2）制备纳米硅钙氧化物：将硝酸钙溶液和硅酸钠溶液同时滴入步骤1）所述分散剂中，并不断搅拌，生成纳米硅钙氧化物；

3）向纳米硅钙氧化物和分散剂的混合溶液中加入纳米纤维素、辅料，持续搅拌24h老化，得到超强粒子晶胶。

10.一种混凝土用超强粒子晶胶的应用，其特征在于在混凝土凝胶材料中，权利要求1-8中所述的超强粒子晶胶占总重量的5%。