[发明专利]利用高分散性纳米二氧化硅改善水泥基材料孔结构的方法

说明书

本发明提供一种利用高分散性纳米二氧化硅改善水泥基材料孔结构的方法。将高分散性纳米二氧化硅与水混合均匀后，与胶凝材料搅拌，改善水泥基材料的孔结构；其中，水胶比控制在0.25～0.55之间，高分散纳米二氧化硅的掺量控制在水泥质量的1.0％～5.0％之间。本发明利用聚羧酸减水剂(以下简称改性剂PCE)改性纳米二氧化硅，提高纳米二氧化硅在水泥体系中的分散程度，从而充分发挥纳米二氧化硅在水泥体系中对孔结构的改善效率。这种方法在降低有害孔和多害孔体积的同时，增加了少害孔和无害孔的体积，使硬化水泥浆体早期的微结构更加致密，对提高混凝土的耐久性有积极作用。

技术领域

本发明涉及一种利用高分散性纳米二氧化硅改善水泥基材料孔结构的技术,属于建筑材料技术领域。

背景技术

混凝土的孔结构是影响其耐久性的关键因素。其中，混凝土孔结构对耐久性的影响主要体现在抗冻性、抗渗性、抗碳化等方面。1979年吴中伟院士在《硅酸盐学报》上发表《混凝土科学技术近期发展方向的探讨》的一文中，将混凝土中的孔结构划分为无害孔(20nm)、少害孔(20～50nm)、有害孔(50～200nm)、多害孔(200nm)。降低100nm孔径的孔体积，提高50nm孔径的孔体积对混凝土的宏观力学性能和耐久性能均具有有利作用。传统的改善混凝土孔结构的方法主要是利用矿物掺合料(硅灰、粉煤灰等)，而这种方法需要较大的掺量才能有明显的改善作用。并且由于矿物掺合料通常活性较低，使用过多容易导致混凝土早期强度发展缓慢。

近几年来，纳米科技的发展为土木工程领域注入了新的发展动力。其中，将纳米材料添加到水泥基材料中，改善水泥基材料的多种性能更是其重要应用之一。尤其是纳米颗粒具有小尺寸效应，这为改善水泥基材料的孔结构提供了新的途径，受到了广泛关注。许多学者围绕着纳米SiO₂、纳米TiO₂、纳米Al₂O₃、纳米CaCO₃、石墨烯等展开研究，取得了重要进展。

然而，纳米颗粒极易在水泥体系中团聚，这限制了其对孔结构的填充效果，甚至对混凝土的孔结构有不利影响。

同时，市场上缺少专用于改善混凝土孔结构的外加剂产品。本发明针对以上存在的问题，利用改性过后的高分散性纳米二氧化硅作为一种水泥基材料的外加剂，在低掺量的情况下实现对硬化水泥浆体孔结构的明显改善。

发明内容

技术问题：本发明的目的是将改性的纳米二氧化硅作为一种外加剂，改善水泥基材料的孔径分布，提高硬化水泥浆体的密实程度，从而改善水泥基材料的耐久性。

技术方案：本发明利用高分散性纳米二氧化硅改善水泥基材料孔结构的方法在于，将高分散性纳米二氧化硅与水混合均匀后，与胶凝材料搅拌，改善水泥基材料的孔结构；其中，水胶比控制在0.25～0.55之间，高分散纳米二氧化硅的掺量控制在水泥质量的1.0％～5.0％之间。

其中，

所述的高分散性纳米二氧化硅的合成方法如下：

步骤一：改性剂PCE的合成

首先在聚醚溶液中滴加乙酸，在水浴中搅拌，随后滴加H₂O₂和乙烯基三乙氧基硅烷，将引发剂利用蠕动泵自动滴加入三口烧瓶中，滴加完成后，在水浴中保温，再滴加NaOH溶液，最终制备得合成改性剂PCE；

步骤二：改性剂PCE的接枝

以质量比为3:1～5:1称取未改性的纳米二氧化硅溶胶与所述改性剂PCE，在未改性的纳米二氧化硅溶胶中滴加入称好的改性剂，在水浴中反应，得到高分散性的纳米二氧化硅；

步骤三：高分散性纳米二氧化硅的提纯

对步骤二制备的高分散性纳米二氧化硅进行透析提纯，除去未接枝到二氧化硅表面上的改性剂以及未反应的单体。