[发明专利]一种高浓度且粒径可控的复合纳米水化硅酸钙分散液及其制备方法

说明书

一种高浓度且粒径可控的复合纳米水化硅酸钙分散液及其制备方法，分散液是由下述原料制成的：高性能聚羧酸减水剂，水性硅烷偶联剂，消泡剂，水。制备方法：将高性能聚羧酸减水剂、水性硅烷偶联剂、消泡剂和水混合，配置成混合溶液，总质量为M₁；分别配置硝酸钙溶液和硅酸钠溶液，质量之和为M₂；开启高速分散机分散混合溶液，滴加硝酸钙溶液和硅酸钠溶液，反应温度为5～30℃，滴加时间为3～8h，M₂与M₁之比为1.5～5.0:1，钙和硅的摩尔数之比为0.8～2:1，同时滴完。本发明的分散液浓度高，稳定性好，工艺流程短，可调控最终粒径，其作为混凝土早强剂使用，能促进水泥水化进程，具有掺量低、混凝土早期强度提升快、对后期强度无影响的特点。

技术领域

本发明涉及一种混凝土添加剂，具体是一种高浓度且粒径可控的复合纳米水化硅酸钙分散液。本发明还涉及所述高浓度且粒径可控的复合纳米水化硅酸钙分散液的制备方法。

背景技术

随着国家基础设施建设的发展，装配式建筑及轨道交通市场不断扩大，这就对预制构件厂家的生产效率提出了挑战。尽管现在普遍采用的手段例如：增加水泥用量或使用特种水泥、蒸养制度可有效的提高预制构件的早期强度，但同时也带来了高成本、高能耗和环保等问题。另外，常规混凝土早强剂的使用可进一步提升预制构件的早期强度发展速度，但往往会引起混凝土后期强度增长缓慢、耐久性差等问题。纳米水化硅酸钙是近些年出现的一种新型混凝土早强剂，其针对水泥水化产物结晶成核困难，进而制约水泥水化反应的特点，为水化产物C-S-H凝胶提供成核位点，加速早期C-S-H凝胶的生长速度，进而促进混凝土早期强度的发展。

发明人检索到以下相关专利文献：CN104402288A公开了一种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂及其制备方法，用于解决传统的水化硅酸钙粉末制备工序复杂、成本较高、不易储存和称量、早强效果不理想的问题。水化硅酸钙凝胶溶液早强剂，包括：钙质材料、硅质材料、凝胶分散剂和水，其中钙质材料和硅质材料的重量比为0.3～3：1，水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为5～30：1，凝胶分散剂的质量分数为0.01％～0.50％。该早强剂的制备方法，首先称量反应物，并分别制作硅酸钠和硝酸钙水溶液，且分别加入凝胶分散剂，然后两种溶液混合反应一定时间即可。CN104402009A公开了一种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂及其制备方法，用于解决传统的水化硅酸钙粉末制备复杂、成本较高、不易储存、早强效果不理想的问题。水化硅酸钙凝胶溶液早强剂，包括：钙质材料、硅质材料、凝胶分散剂和水，钙质材料和硅质材料的重量比为0.3～3：1，水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为5～30：1，凝胶分散剂的质量分数为0.1％～2.0％。该早强剂的制备方法，首先称量反应物，并分别制作硅酸钠和硝酸钙水溶液；然后将二者混合反应得到凝胶混合液；接着进行抽滤；最后添加水和分散剂进行再分散。CN104402288A、CN104402009A分别公开了在不同阶段加入萘磺酸盐甲醛缩合物作为分散剂通过沉淀法制备水化硅酸钙凝胶溶液，但其水化硅酸钙含量较低，整体掺量较高，用水量不好控制。CN106542535A公开了一种早强型混凝土外加剂及其制备方法，所述早强型混凝土外加剂的组成包含一种水化硅酸钙中空纳米粒子。所述早强型混凝土外加剂的制备方法，即所述水化硅酸钙中空纳米粒子的制备方法，由处于分散相即水相中的水溶性钙盐，和处于连续相即非极性溶剂中的正硅酸四乙酯，在催化剂氨水的作用下，通过界面反应制备而成。CN106630723A公开了一种混凝土早强剂的制备方法，所述混凝土早强剂的制备方法，即所述的水化硅酸钙中空纳米粒子的制备方法，由水溶性钙盐的反相乳液和水溶性硅酸盐的反相乳液，基于Ostwald效应，通过界面反应制备而成。CN106542535A、CN106630723A分别公开了利用正硅酸乙酯和硅酸钠作为硅质材料与钙盐通过反相乳液进行界面反应，制备了水化硅酸钙中空纳米粒子，粒径为100～300nm，可有效利用表面水化硅酸钙的诱导成核作用，降低总体掺量，但制备过程较为复杂，时间久，且含有有机溶剂。CN108467215A公开了一种用于建筑混凝土的纳米C-S-H晶种早强剂及制备方法。包括如下制备过程：(1)将丙烯酸类单体、硅烷偶联剂、改性聚氧乙烯醚加入过硫酸铵、维C和十二烷基硫醇配制成聚合物溶液；(2)将偏硅酸钠配制成质量浓度为45～50％的溶液A，将硝酸钙配制成质量浓度为30～40％的溶液B；(3)将溶液A和溶液B加入聚合物溶液，反应制得用于建筑混凝土的均匀稳定的纳米C-S-H晶种早强剂。CN108751785A公开了一种纳米晶种早强剂及其制备方法，是先制备高分子聚合物分散液，然后再制备纳米晶种早强剂：高分子聚合物分散液是由下述组分及质量份数的原料制成的：聚醚大单体100份，硅烷偶联剂2.5～4.5份，不饱和羧酸7.5～12份，链转移剂0.4～0.6份，引发剂0.6～1.2份，去离子水；聚醚大单体为异戊烯醇聚乙二醇单甲醚、甲基烯丙醇聚乙二醇单甲醚中的一种；所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，不饱和羧酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸中的一种,链转移剂为巯基丙酸，引发剂为抗坏血酸、过氧化氢中的至少一种。CN108467215A、CN108751785A公开了利用有机硅单体与丙烯酸类单体和大单体共聚合成含有机硅官能团的聚羧酸作为分散剂，通过沉淀法制备纳米C-S-H晶种早强剂，但其选用的有机硅单体水溶性均较差，易水解，很难保证与其他单体的水溶液自由基聚合反应顺利进行，而且很可能在制备C-S-H晶种早强剂之前就已经发生了水解缩合，形成交联，影响分散剂的性能，失去与水化硅酸钙的偶联作用。结合其它文献报道可知，目前大部分水化硅酸钙分散液浓度低，掺量大，制备流程长，体系确定后，粒径不可调控。