[发明专利]一种纳米悬浮液混凝土早强剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种早强型混凝土外加剂，具体涉及一种基于纳米技术的混凝土早强剂及其制备方法，属于混凝土外加剂技术领域。

背景技术

混凝土是目前世界上用量最大的建筑材料，价格低廉、承载能力强、耐久性高是其主要优点。但是由于硅酸盐水泥水化反应过程缓慢、以及环境温度的影响，混凝土的强度发展缓慢，一般需要24小时以上才能达到拆除模板的强度，3天强度只能达到设计强度的40-50％，28天以上才能达到设计强度。同时，随着混凝土技术的发展，工业废弃物作为基本原材料在混土中的应用越来越广泛，在大型预制构件的生产中为了提高混凝土耐久性，大量的使用矿粉、粉煤灰等矿物掺合料，因此，混凝土的早期强度发展更为缓慢，为了加快模具的周转，蒸汽养护甚至是高压蒸汽养护是常用的办法，然而，经过蒸汽养护的混凝土材料后期强度甚至会倒缩，耐久性会变差。

为了提高混凝土的早期强度，使用超细粉体以及无机盐激发剂是常用的方法。中国专利CN201010560523.3公布了一种制备高强度矿物掺合料的方法，其关键技术是采用硫酸钠、石膏等硫酸盐激发矿粉、粉煤灰等掺合料的水化，其中硫酸盐的用量高达6％，中国专利CN200910016857.1公布了一种轨道板用矿物掺合料的方法，其关键技术是使用细度达到1200m²/kg的超细矿粉并复合硫酸钠等激发组分。硫酸盐的大量使用加大了混凝土二次钙矾石膨胀破坏的风险，超细矿物掺合料则会加剧混凝土的自身收缩，增加开裂风险。

使用晶种材料也是提高水泥基材料早期强度的常用方法之一。中国专利CN201110159382.9公布了一种制备晶种并通过其加速水泥水化、提高混凝土早期强度的方法，该方法首先将掺入3％的无机盐的水泥石养护至一定龄期，然后磨细至比表面积达到8000-15000kg/m²制备而成；然而，该方法的主要缺陷在于制备水泥石需要较长的龄期(30天以上)，而且大量使用了氯化钙、硫酸钠等无机盐，因此容易引起混凝土耐久性下降。中国专利CN201010128318.X公布了一种制备晶种并通过其加速水泥水化提高混凝土早期强度的方法，其主要方法是将废陶瓷粉、预磨电石渣粉和改性添加剂微波强化煅烧，在经过粉磨制备而成；然而，该方法的主要缺陷是废陶瓷粉来源稳定性难以控制、微波强化煅烧工艺复杂难以形成规模化生产。此外，上述两个专利都需要经过粉磨工艺，生产能耗较大，而且粉体材料在使用过程中难以分散均匀，早强效果也会受到影响。中国专利CN201410593398、CN201410591887分别公布了一种水化硅酸钙溶胶作为水泥基材料早强剂的制备方法，但纳米硅酸钙存在易团聚，难以长时间稳定储存的问题。以上发明所提供的早强剂主要是提高混凝土1天龄期以后的抗压强度，并没有涉及到于数小时至1天的早强效果。

发明内容

针对现有早强剂在数小时至1天龄期的早强效果不足、容易引起混凝土耐久性下降、制备工艺复杂等缺点，本发明的目的在于提供一种生产简单、原材料来源广泛、早强效果突出、价格低廉的纳米早强剂。

大量的文献表明，纳米硅酸钙具有良好的早强效果。申请人研究发现，掺杂过渡金属元素的纳米硅酸钙早强效果更为显著。此外，使用经过氧化锌或氧化钙中和的具有聚羧酸结构的聚合物分散剂制备纳米硅酸钙，能够使聚合物分散剂参与纳米颗粒的形成，从而更加牢固的吸附在纳米颗粒表面，因而具有更强的分散作用，从而实现颗粒物的稳定分散，能够有效地提高储存稳定性。

基于此，本发明提供了一种纳米悬浮液混凝土早强剂，由掺杂过渡金属元素的纳米硅酸钙悬浮液制成，所述悬浮液的主要组成为纳米硅颗粒，纳米硅颗粒的化学结构为aCaO·bAl₂O₃·cZnO·SiO₂·6H₂O,其中1≤a≤2；0.50≤b≤1；0.25≤c≤0.50；

所述纳米硅颗粒由可溶性钙盐、可溶性硅酸盐、可溶性铝盐、可溶性锌盐以及高分子聚合物分散剂制得。