[发明专利]一种改善水泥基材料早期性能的复合微球

说明书

本发明涉及一种改善水泥基材料早期性能的复合微球，所述复合微球是一种由直径为100nm~500nm的亚微米级球形核和1~30nm的纳米颗粒组成的粉体材料，所述球形核表面带有亲水链段，所述纳米颗粒具有促进水泥水化的作用，所述球形核和纳米颗粒的组合方式为球形核表面部分被纳米粒子分散附着，形成草莓状复合微球结构。该微球具有均一的尺寸，能够在水中形成分散液，并且具有促进水泥水化过程的性能。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种改善水泥基材料早期性能的复合微球。

背景技术

水泥基材料作为目前世界上最大宗用量的人造材料，广泛应用于各类土木工程。近年来，人们对水泥基材料的需求已经从单一强度要求逐渐向更高强度、更高耐久性、更佳施工性能等综合性能等方向发展。其中，由于可以加快施工周期、降低施工成本等因素，水泥基材料的早强性能便逐渐引起人们更多的关注。目前，对于有早强要求的现浇混凝土和混凝土预制件，人们往往需要加入硝酸盐或三乙醇胺等早强型剂，但这些早强剂在硬化体收缩率、耐久性等方面仍有需要改进的地方。因此，人们也在不断开发新型的早强剂以满足不同施工条件下的早强需求。由于水泥硬化过程会生成大量C-S-H凝胶，部分纳米粒子可以改变体系中C-S-H凝胶的生成速率，并在一定程度上参与水化反应。因此，利用纳米粒子提升水泥基材料早期强度等性能的方法已经引起了人们的关注。

以在水泥体系中的应用最为广泛的纳米SiO₂为例，其可填充C-S-H凝胶之间的空隙，改善水泥石与骨料的界面微结构，从而使水泥基材料的力学性能、抗渗性以及耐久性都得到明显提高。此外，纳米SiO₂还能够与水泥水化产物Ca(OH)₂反应，生成更多的C-S-H凝胶，从而被界面早期富集的Ca(OH)₂ 吸收形成二次水化物，明显降低了Ca(OH)₂晶体的取向程度，使Ca(OH)₂晶粒的尺度变小，有效地改善了界面情况，降低了水泥石中的空隙率，从而使水泥石的空隙减少，微观结构更加密实，机械力学性能提高。

然而，由于如纳米SiO₂等具有水化活性的纳米粉体比表面积大，表面原子比率高，因此，粒子之间极易发生团聚，其二次粒径甚至达到微米级别，难以发挥充分的增强效果。所以在制备水泥基浆体过程中，若将纳米粉体颗粒直接掺加，则难以将其均匀分散。即使利用超声分散或者球磨的方法将纳米粉体颗粒制成悬浮液，纳米粉体颗粒之间仍存在一定程度的团聚。这种团聚现象会使纳米粉体颗粒会削弱其对水泥的水化促进作用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种改善水泥基材料早期性能的复合微球。该复合微球能够在水中实现良好分散，并且能够参与水泥水化反应，促进水泥的水化过程。

本发明提供一种改善水泥基材料早期性能的复合微球，所述复合微球是一种由直径为100nm~500nm的亚微米级球形核和1~30nm的纳米颗粒组成的粉体材料，所述球形核表面带有亲水链段，所述纳米颗粒具有促进水泥水化的作用，所述球形核和纳米颗粒的组合方式为球形核表面部分被纳米粒子分散附着，形成草莓状复合微球结构。

所述球形核为丙烯酸酯类、苯乙烯类、丁二烯类、丙烯酰胺类单体中的一种或多种的共聚物，或是由改性硅灰、粉煤灰、碳粒、陶瓷中的一种或多种组成。

所述球形核表面带有的亲水链段含有羟基、羧基、氨基、磺酸基或磷酸基中的一种或多种。

所述球形核表面带有的亲水链段含量在0.05 mmol/g~0.5 mmol/g之间，其中mmol/g表示单位质量球形核表面的亲水链段摩尔数。

所述球形核表面的纳米颗粒由水化硅酸钙凝胶、SiO₂、Al₂O₃、CeO₂、TiO₂中的一种或几种组成。

所述纳米颗粒对球形核的覆盖面积占球形核总表面积的20 %~70 %。