[发明专利]亲水基纳米SiO2复合速凝水泥浆液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种亲水基纳米SiO₂复合速凝水泥浆液的制备方法，属于水泥改性处理及水泥建筑材料技术领域。

背景技术

目前，水泥浆液一般结石体强度较高、耐久性较好、材料来源丰富、浆液配制方便、操作简单、成本较低，但凝胶时间较长，扩散不易控制。化学浆材流动性好，浆液粘度低，凝胶可控、抗渗性及耐久性能好，能注入到细微裂隙中，但是一般的化学浆液都具有毒性并且价格昂贵，强度比较低。为了缩短水泥浆液的凝胶时间，多采用速凝剂对水泥浆液的凝胶时间进行控制。目前常用速凝剂例如水玻璃，多为碱性或者弱碱性，加入速凝剂后，水泥浆液的凝固时间可在数十秒至半小时可控。由于水泥速凝浆液凝固时间缩短，水泥结石初期强度迅速提高，一般为普通浆液的数倍，但由于速凝剂碱性作用，水泥结石中后期强度下降明显，后期强度平均只能达到普通浆液的一半左右。

速凝净浆结石初期（1天）强度比净浆结石提高了近15倍，体现了初期优良的防渗堵水性能，但中后期（7天、28天）强度大幅下降，如图1所示。7天强度比净浆结石降低了10%，28天强度降低了近40%，不能达到施工要求。原因之一是速凝剂中含有大量碱性物质，导致后期强度大幅下降，这是传统速凝剂普遍存在的问题。

在大量水利或隧道等防渗加固工程中，经常会采用速凝剂材料加速水泥浆液的凝固，控制其扩散范围。长期观测表明，加入碱性速凝剂后，虽然浆液的扩散范围和水泥结石初期强度都有所改善，但是水泥结石中后期强度衰减幅度较大，严重时降幅超过40%，给水利或隧道工程留下了巨大的安全隐患。

近年来，众多学者对水泥水化主要产物水化硅酸钙进行研究，证实了水泥硬化浆体中存在70%纳米尺度的水化硅酸钙凝胶颗粒，从而为水泥基材料进行纳米改性奠定基础。近年来纳米材料和纳米技术快速发展,为水泥基纳米复合材料的研制带来了很大的发展空间。众多学者对纳米二氧化硅改性普通硅酸盐水泥进行了广泛的探索性研究，结果表明，由于纳米二氧化硅尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例，这些表面原子具有很高的活性，表现为大量的悬挂键或不饱和键，这些不饱和性将导致提高了纳米SiO₂的反应性，很容易与水泥水化反应生成的Ca（OH）₂键合，生成水化硅酸钙(CSH)凝胶，随着Ca（OH）₂的消耗加速了水泥的水化速度，促进了水泥的凝结，使凝结时间缩短。在固定水灰比的情况下，加入适量的纳米二氧化硅纳米，能生成更多的 CSH 凝胶，使水泥结石微观结构更加密实，抗压和抗折强度都有所提高。本发明将亲水基纳米材料引入速凝水泥浆液制备过程中，利用纳米材料对水泥浆液的改性作用，改善水泥浆液流变特性，并提高传统速凝浆液中后期强度。

发明内容

一种亲水基纳米SiO₂复合速凝水泥浆液的制备方法，其特征在于其有以下的制备过程：

A）       确定亲水基纳米SiO₂复合速凝水泥浆液的原料配方，其原料配方为：普通42.5MPa硅酸盐水泥和水制成水泥浆液，该浆液的水灰比为0.8，即两者的质量比为8:10；另外以所述浆液为计量基准，加入速凝剂水玻璃，其加入量为所述浆液质量的3%-7%；再加入亲水基纳米SiO₂（纳米二氧化硅采用上海大学纳米中心提供的亲水基纳米二氧化硅），其最佳加入量为所述浆液质量的0.5%~1.5%；

B） 将上述各原料按配方称重配料，并用分散器、搅拌器充分搅拌混合均匀，即得到复合速凝水泥浆液。

附图说明

图1为速凝净浆结石与净浆结石的强度对比曲线图

图2为各种不同原料配比下的浆液结石抗压强度百分比率对比图

图3为不同纳米SiO₂含量水泥浆液抗压强度曲线图

图4为不同纳米SiO₂含量水泥浆液抗折强度曲线图

图5为不同纳米SiO₂含量水泥浆液的粘度随时间变化曲线图

图6为同一时刻水泥浆液粘度随纳米SiO₂含量的变化曲线图。

具体实施方式

   现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例

本实施例中，亲水基纳米SiO₂复合速凝水泥浆液的制备方法，具有以下的制备过程：