[发明专利]一种纳米酸溶胶前驱混凝土强效剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米酸溶胶前驱混凝土强效剂，属于建筑材料生产技术领域。

背景技术

在水泥基材料中掺入一定量的纳米材料有利于提高材料性能，且可根据纳米材料特性差异赋予水泥基材料特殊的功能属性，已成为促进水泥基材料发展的重要方向之一。水泥基材料的纳米改性研究主要是将纳米微粒掺入水泥基材料，研究其对材料工作性、水泥石结构特性、力学性质和耐久性的影响。用于水泥基材料的纳米材料主要包括纳米 CaCO₃，纳米粘土，纳米 TiO₂，纳米 Al₂O₃，纳米Fe₂O₃，纳米 ZnO₂，碳纳米管，纳米 CuO和纳米 SiO₂等，除碳纳米管为一维纳米材料外，其它均为零维纳米颗粒。众多研究结果显示，纳米改性显著改善水泥混凝土的宏观力学性能、密实材料微结构、提高材料耐久性。

纳米材料在实际应用中存在以下缺点：

（1）经济可行性。虽然纳米微粉的掺量一般为水泥质量的1%-3%时就有一定的效果，但由于加工纳米微粉的成本较高；目前，纳米SiO₂约为60000元/吨，若混凝土单方水泥用量为400kg，即使以1%的掺量计算混凝土成本也将增加240元/吨，限制了纳米微粉在混凝土材料中的产业化应用。

（2）纳米材料颗粒细小、比表面积大，导致材料需水性增大，进而影响水泥混凝土新拌物的流变性。掺少量纳米Si0₂(0.5%)对混凝上的坍落度影响不大，当掺量增加后，需水量急剧增大，当掺量8%时，需水量增大一倍。

（3） 纳米微粉必须充分均匀分散到水泥浆或混凝土拌合物中，才能有效发挥纳米微粉的潜力，但要实现均匀分散，即使采用高效减水剂，仍比较困难，如何实现纳米微粉的良好分散也是需进一步解决的关键问题。

（4）纳米颗粒虽然能显著提高水泥基材料早期力学性能，但对后期力学性能发展有不利影响，特别是当纳米颗粒掺量超过一定值时，对强度的负面影响更加明显。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种纳米酸溶胶前驱混凝土强效剂，用于解决传统的纳米材料制备复杂、成本较高、分散困难、后期强效果不理想的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种纳米酸溶胶前驱混凝土强效剂，将水玻璃边搅拌边加入酸性介质溶液中，混合均匀，控制pH值在4.5-5.2，既得纳米酸溶胶前驱混凝土强效剂；

所述的水玻璃为模数2.8-3.5、波美度35-45%的钠水玻璃；

所述的酸性介质为盐酸，硫酸或硝酸。

所述的酸性介质溶液的质量分数浓度10-20%。

本发明基本原理：水玻璃和酸性介质反应，生成弱酸性的纳米SiO₂前驱溶液即为该混凝土强效剂；该强效剂以溶液的形式和减水剂及拌合用水掺在一起，搅拌均匀后加入；随着水泥的水化和自由水的挥发，纳米SiO₂析出形成硅溶胶；硅溶胶中SiO₂呈纳米级，且在混凝土中分散均匀，起到纳米粉体改性混凝土更好的效果。

本发明纳米酸溶胶前驱混凝土强效剂中，无需添加散剂，原因在于：活性SiO2易溶于酸性介质中。酸性介质的pH值较低，随着水玻璃的加入，溶液的pH值逐步升高，在溶液pH值大于5.5时才会有纳米SiO2颗粒析出形成溶胶悬浊液，纳米SiO2颗粒析出的临界pH值随酸性介质的种类和溶液浓度而变化。由于该混凝土强效剂的pH值为5左右，尚未达到纳米SiO2颗粒析出的临界pH值，为纳米SiO2的前驱溶液而非悬浊液，所以无需添加分散剂。

本发明纳米酸溶胶前驱混凝土强效剂的使用方法：按胶凝材料用量的按质量分数2-3%的比例添加混凝土强效剂（以SiO2计）；在新拌混凝土制备时，将强效剂和减水剂及拌合用水掺在一起，搅拌均匀后加入混凝土中即可。

本发明的有益效果：

（1）成本低，不仅远低于纳米材料，而且也低于常用的混凝土外加剂。

（2）分散均匀，以溶液的形式加入到拌合用水中，分散均匀。

（3） 增强混凝土的强度，1d强度提高50-80%；3 d强度提高30-60%；28d强度提高10-20%。

（4） 改善混凝土的性能，能有效地改善混凝土的和易性，提高混凝土的可泵送性能；改善混凝土的孔隙结构，增强混凝土的密实度，提高混凝土的抗冻、抗渗、抗碳化和抗氯离子侵蚀性能。