[發明專利]納米氧化硅粉在水泥基材料中的分散方法

有效

• 申請號: 201310538996.7
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN103664028A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 桑國臣;楊崗;朱軼韻;張浩博;趙欽
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: C04B22/06
• 分類號: C04B22/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于水泥基建筑材料制備方法技術領域，涉及一種納米氧化硅粉在水泥基材料中的分散方法。

背景技術

材料性能是工程質量保障的基礎。隨著現代土木工程的快速發展，高性能水泥基材料的工程需求與應用越來越廣泛，如高性能混凝土、特種砂漿、早強高強注漿材料等已成為了工程建設中的必要組成材料。納米氧化硅因其具有比表面積大和火山灰活性高的特點，對水泥基材料具有突出的增強改性作用，是被公認的一種水泥基材料頂級礦物摻合料。現代研究表明，將納米技術應用于水泥基材料中可顯著提高產品的性能。然而，納米氧化硅顆粒極小，其表面原子缺少相鄰原子而成為不飽和鍵，具有高度的表面活性，因此表面原子易與其它原子結合形成相對穩定的結構，從而表現為“團聚”和“不易分散”。通過檢索已有的公開報導可知，目前在水泥材料中應用納米粉體材料，幾乎還是以簡單的內摻或外摻方式直接使用，這對納米材料改性效能的發揮極為不利。

解決納米粉體在水泥漿體中有效分散問題，是獲得納米氧化硅對水泥基材料改性效果的必要條件。目前，對納米材料的分散方法有物理分散法、化學分散法兩種。物理分散法，通常是采用純機械的方法對納米粉體進行分散，如超聲波振動法、高速攪拌剪切法等。物理分散法具有工藝簡單的優點，但該方法耗時長、效率低，其適用范圍相對有限。化學分散法是指在進行機械分散的同時選用合適的分散劑進行分散配合及新生粒子的保護，該方法能有效降低納米粉體的分散難度，提高分散效果，并且能滿足工業化材料生產的工藝要求。但由于化學分散法需添加特定的分散劑，因此存在分散劑與納米材料改性基體（如，納米改性水泥基材料中的水泥基體。）間的適應性問題，如果分散劑不適用于特定基體材料，則會導致材料的整體性能劣化。

文獻1（葉青,張澤南，陳榮升等.納米SiO₂與水泥硬化漿體中Ca(OH)₂的反應.硅酸鹽學報.2003,31（5）：517-522.）公開了一種納米SiO₂與Ca(OH)₂粉末的混合分散方法，該方法采用多功能食品粉碎機作為分散設備，將SiO₂與Ca(OH)₂粉以54︰100的比例放入粉碎機中，然后以1200r/min的速度攪拌15分鐘，共攪拌兩次。該方法工藝簡單，易于操作，但是分散效果并不會十分理想。在攪拌機高速旋轉情況下，納米SiO₂由于密度小，可能會在攪拌機內形成懸空團聚現象，因此其分散效果主要表現為大團聚體轉化為小團聚體。

文獻2（劉偉.納米水泥混凝土力學特性研究.交通標準化.2012(2):91-93.）公開了一種納米氧化硅粉在水泥混凝土中的分散方法。該方法首先是將納米氧化硅粉加入水中，充分攪拌后，再與水泥、砂、粗集料一起攪拌制備成納米水泥混凝土。該方法的特點主要體現在投料順序上，以水作為分散介質提高納米氧化硅粉的分散效果，并通過拌和水的形式將納米材料分散于水泥材料當中。但由于該方法僅是采用拌和水作為分散介質，納米材料的團聚現象并不能徹底解決，因此對納米氧化硅粉的分散效果仍然非常有限。

文獻3（吳敏,程秀萍,葛明橋.納米SiO₂的分散研究.紡織學報.2006,27(4):80-82.）公開了一種納米氧化硅的化學分散方法。該方法采用六偏磷酸鈉作為分散劑，分散液中分散劑與去離子水的質量分數為3%-4%，再通過超聲振蕩對納米氧化硅粉進行分散，獲得了較為理想的分散效果。該方法為納米氧化硅的分散提供了新的思路，但是其分散劑并不能廣泛適用于水泥基材料。

文獻4（陳海鋒,王智宇,陳建軍等.原位分散法制備納米SiO₂改性涂料及其光老化性能.稀有金屬材料與工程.2004,33(zl):9-12.）公開了一種納米氧化硅的原位分散法。該方法是在室溫下，將氨水的乙醇溶液緩慢地加入到TEOS的乙醇溶液中，同時磁力攪拌12h后制備出了長時間不沉淀的納米氧化硅濃縮液。該方法獲得的納米氧化硅濃縮液中，納米粉體分散均勻度較高，然而該方法屬于納米氧化硅的制備與分散一體化過程，因此對于納米氧化硅改性水泥基復合材料的生產，卻存在因工藝復雜而造成的局限性。