[发明专利]一种纳米C-A-S-H晶种及其应用

说明书

本发明涉及一种Li离子掺杂纳米C‑A‑S‑H晶种，由如下步骤制备而成：将纳米氧化硅、纳米氧化铝与去离子水混合后超声分散均匀，加入氢氧化钙和氢氧化锂，超声分散均匀，得混合物料；将混合物料密封在反应釜中，加热至90‑100℃，搅拌反应60‑120min，接着将反应釜置于90‑100℃的水浴锅中固化至3～7d龄期；将固化产物依次用无水乙醇和去离子水洗涤、过滤，然后真空干燥至恒重，即得。本发明晶种的制备工艺简单，与C‑A‑S‑H晶种相比，本发明晶种比表面积小，结晶度高，耐湿性能优良，用于水泥体系中可细化孔结构，降低硬化浆体的孔隙率，提高硅酸盐水泥早期强度，有利于水泥的低碳化和绿色发展。

技术领域

本发明涉及一种Li离子掺杂纳米C-A-S-H晶种，属于建筑材料技术领域。

背景技术

硅酸盐水泥混凝土作为传统建筑材料，经历了一百多年的发展，至今仍然是无法替代和广泛应用的大宗建筑材料。但因现代大型工程结构高负载、高耐久性、低环境负荷和功能化的发展需求，对硅酸盐水泥混凝土材料的自收缩、高脆性、低抗拉强度和服役条件下耐久性的提升势在必行。目前，国内外高性能水泥基材料的主要研究思路包括如下几个方面：①改善水泥的矿物组成，提高C3A和C3S含量，但是会给原材料的选择和熟料的煅烧工艺带来困难；②提高水泥的细度，使比表面积增大，但同时使水泥标准稠度用水量增加，从而导致水泥石中的孔隙率增大，对后期强度和耐久性不利，另外,水泥过细使粉磨电耗增加，不利于环保；③使用蒸汽养护和蒸压养护，虽然能提高早期强度，但是混凝土的体积稳定性和耐久性很难保证，而且也会增加能耗，不利于环保；④加入无机盐类，但无机盐类如氯盐易腐蚀钢筋、钾盐易引起碱骨料反应而影响耐久性，三乙醇胺本身早强效果差，与水泥适应性也存在问题。近十年来，在水泥中纳米晶种的研究越来越多，如纳米SiO₂、纳米CaCO₃、纳米C-S-H 等，取得了一定的效果，其中以纳米C-S-H(水化硅酸钙)效果较佳。

C-S-H的组成和结构是相当复杂多变的，研究表明，无论C-S-H的结构和形貌如何变化，但普遍认为C-S-H具有明显的层状结构。普通硅酸盐水泥化学成分中除氧化钙和二氧化硅外，氧化铝的含量最高，一般可达到4-7％。研究表明，在硅酸盐水泥水化过程中，C-S-H凝胶中有少量的铝离子进入结构中取代硅离子，C-S-H凝胶中铝离子的存在大大改善C-S-H凝胶的收缩性能，从而改善水泥基材料的耐久性能和耐蚀性能。与C-S-H相比，C-A-S-H(水化硅铝酸钙)可看作是Al³⁺进入C-S-H结构内部形成的新相，但是Al³⁺会对C-S-H中硅氧四面体原有位置的Si⁴⁺进行取代并且进入结构层间以平衡结构电荷，并且Al³⁺掺杂后会使原有结构的层间距变大、聚合程度增加。因此，在水泥基材料水化过程中，加入C-A-S-H晶种可以填充孔隙，细化孔结构，降低孔隙，改善水泥基材料的耐久性能和耐蚀性能率。但是由于C-A-S-H 晶种的高比表面积，其耐湿性较差，不利于保存。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种Li离子掺杂纳米C-A-S-H晶种,其比表面积小，结晶度高，耐湿性能优良，将其应用于水泥体系中，可细化孔结构，降低硬化浆体的孔隙率，改善水泥基材料的耐久性能和耐蚀性能率，提高硅酸盐水泥早期强度。

技术方案

一种Li离子掺杂纳米C-A-S-H晶种，其由如下步骤制备而成：

(1)将纳米氧化硅、纳米氧化铝与去离子水混合均匀后，超声分散均匀，然后加入氢氧化钙和氢氧化锂，超声分散均匀后，得到混合物料；

(2)将混合物料密封在聚四氟乙烯反应釜中，加热至90-100℃，搅拌反应60-120min，接着将反应釜置于90-100℃的水浴锅中固化至3～7d龄期，得到固化产物；

(3)将固化产物依次用无水乙醇和去离子水洗涤、过滤，然后真空干燥至恒重，即得。