[发明专利]改性膨润土超低收缩水泥基纳米多孔材料及其制备方法

说明书

本发明涉及水泥基纳米多孔材料收缩控制技术领域，公开了改性膨润土超低收缩水泥基纳米多孔材料及其制备方法，采用带有疏水基团的有机铵盐或一端有憎水链另一端含有羟基、羧基或醛基的烃的衍生物对膨润土改性，带有疏水基团的有机铵盐与膨润土的阳离子发生阳离子交换，或具有亲水性的羟基、羧基或醛基吸附、接枝在膨润土片层上，疏水基团能够使膨润土表面由亲水性变为亲油性，还能起到阻塞或填充层间孔道的作用，增大蒙脱石层间距，进而减少孔道变化引起的收缩；而且水分子也无法进入层间孔道内，还能降低由于孔中水分散失引起的收缩。

技术领域

本发明涉及水泥基纳米多孔材料收缩控制技术领域，具体涉及改性膨润土超低收缩水泥基纳米多孔材料及其制备方法。

背景技术

水泥基纳米多孔材料内部存在大量毛细孔凝胶孔，尤其是膨润土的层间纳米孔，使得多孔材料的弹性模量低、强度低导致试件抗收缩变形的能力很差，低容重的多孔材料收缩现象尤为明显。这是因为蒙脱石为膨润土主要矿物成分，是层状硅酸盐结构，晶体结构单元为两层硅氧四面体加中间的一层铝氧八面体构成。两个结构单元之间以范德华力连接，结构较为松散，可在外力或极性水分子作用下层间产生相对运动而膨胀或剥离。在这类水泥基纳米多孔材料成型养护过程中，水分进入层间结构中，后期因材料内外湿度差或自身水化反应失去层间水而导致多孔材料收缩。

现有技术中控制水泥基纳米多孔材料收缩的方法有对膨润土进行球磨分散或掺入纤维等。采用高速搅拌的方式对膨润土进行球磨分散，分散后膨润土表面能降低，表面极性减弱，团聚现象减少。片层直径减小及片层剥离后的蒙脱石在体系中分散更加均匀，一定程度上减少了体系中的层状堆叠结构，体系正常水化反应消耗的水分不足以引起层间孔隙中的水分散失，所以材料收缩不明显。但是在较低环境湿度的条件下，由于膨润土中纳米孔大量存在，湿度梯度导致毛细孔收缩应力增大，过大的收缩应力造成样品体积收缩、开裂。

掺入纤维后乱向分布在体系内部的纤维形成支撑体系承受收缩应力，限制收缩，但是纤维在体系中的限制能力有限，不能完全抵消膨润土层间大量纳米孔失水产生的收缩应力，纤维上较少的水化产物及体系中膨润土浆体掺量较大导致结合不紧密，且纤维的分散不良，也会造成抑制材料收缩效果的减弱。

因此，亟需研究新的方法对水泥基纳米多孔材料的收缩进行控制。

发明内容

基于以上问题，本发明提供改性膨润土超低收缩水泥基纳米多孔材料及其制备方法，通过带有疏水基团的有机铵盐与膨润土的阳离子发生阳离子交换，或具有亲水性的羟基、羧基或醛基吸附、接枝在膨润土片层上，疏水基团能够使膨润土表面由亲水性变为亲油性，还能起到阻塞或填充层间孔道的作用，增大蒙脱石层间距，进而减少孔道变化引起的收缩；而且水分子也无法进入层间孔道内，还能降低由于孔中水分散失引起的收缩。

为实现上述技术效果，本发采用了以下技术方案：

改性膨润土超低收缩水泥基纳米多孔材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将膨润土、水、改性剂混合搅拌均匀，并加热至40-100℃，制成改性膨润土浆料；其中改性剂为有机铵盐，或一端有憎水链，且另一端含有羟基、羧基或醛基的烃的衍生物；有机铵盐为NH₄⁺中的一个或多个氢原子被疏水基团取代后生成的化合物；

2)将任意体积比的改性膨润土浆料和水泥浆体混合，搅拌均匀得到中间浆料，并对中间浆料进行成型养护。

进一步地，改性膨润土浆料中膨润土与水的质量比为1:2～50，有机铵盐的用量为膨润土阳离子交换容量的0-300％。

进一步地，膨润土的粒径小于300μm。

进一步地，水泥浆体中水泥与水的用量按质量比为水泥：水＝1:x的比例进行配料，其中0＜x≤2。

进一步地，有机铵盐为季铵盐。