[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于工業(yè)固廢的納米晶核懸浮液及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010148918.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111302350B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡傳林;鄒府兵;王發(fā)洲;胡曙光;沈坤杰;陶永征;阮云星;施闖;董燁民
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B33/24
• 分類(lèi)號(hào): C01B33/24
• 代理公司: 武漢智嘉聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42231
• 代理人: 趙澤夏

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于工業(yè)固廢的納米晶核懸浮液及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：將鈣硅質(zhì)工業(yè)固廢經(jīng)質(zhì)子酸處理，得到鈣硅質(zhì)工業(yè)固廢溶出液；將聚羧酸減水劑分散至水中，并調(diào)節(jié)pH至10.5～13.5，得到聚羧酸減水劑分散液；將鈣硅質(zhì)工業(yè)固廢溶出液緩慢滴加至聚羧酸減水劑分散液中，進(jìn)行攪拌反應(yīng)，得到水化硅酸鈣納米晶核懸浮液。本發(fā)明的制備方法中所用的鈣質(zhì)、硅質(zhì)原料均來(lái)自工業(yè)固廢，來(lái)源廣泛、成本低廉，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)需經(jīng)過(guò)洗滌、干燥、超聲分散等后續(xù)工藝，適用于工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明提供的基于工業(yè)固廢的納米晶核懸浮液能大幅提高大摻量礦物摻合料的水泥基材料的早期水化與力學(xué)行為，具有很好的工業(yè)價(jià)值與應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及混凝土外加劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于工業(yè)固廢的納米晶核懸浮液及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，混凝土材料已成為最大宗的人造建筑材料之一，其具有應(yīng)用面廣，容易獲得，耐久性高等優(yōu)點(diǎn)。僅在2015年，我國(guó)水泥產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)世界水泥總產(chǎn)量的50％，混凝土產(chǎn)量已達(dá)到了一個(gè)歷史的高峰。與此同時(shí)，我國(guó)的冶金、化工、煤炭、電力等行業(yè)所排放的固體廢棄物(如礦粉、粉煤灰、鋼渣、磷渣、硅灰等)的量也在逐年增加。這些大宗固體廢棄物不僅占用了大量土地資源，而且還對(duì)環(huán)境、水體造成了嚴(yán)重的污染?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般將這些富含鈣硅鋁質(zhì)的工業(yè)固體廢棄物作為礦物摻和料的形式用于建筑材料中，從而改善混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。然而，這些富含鈣硅鋁質(zhì)的工業(yè)固體廢棄物摻量過(guò)大時(shí)，將導(dǎo)致水泥基材料早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢，難以滿(mǎn)足現(xiàn)今建筑行業(yè)對(duì)施工效率以及建筑物早期安全性的要求。

為了提高大摻量工業(yè)固體廢棄物水泥基材料的早期水化及強(qiáng)度發(fā)展行為，最普遍的做法是對(duì)水泥基材料通過(guò)一定時(shí)間的蒸汽(壓)養(yǎng)護(hù)或是加入早強(qiáng)型外加劑(氯化鈣，硫酸鈉，三乙醇胺，三異丙醇胺等)。這些早強(qiáng)常規(guī)手段雖然可以在很短的時(shí)間內(nèi)快速提高大摻量工業(yè)固體廢棄物水泥基材料的早期水化及強(qiáng)度發(fā)展，但也會(huì)帶來(lái)水泥基材料后期強(qiáng)度倒縮，結(jié)構(gòu)耐久性差等關(guān)鍵服役性缺陷以及蒸汽(壓)養(yǎng)護(hù)能耗大、不夠環(huán)保等問(wèn)題。

為了解決以上難題，亟需發(fā)展新型高效的早強(qiáng)手段，從而大幅度提高大摻量工業(yè)固體廢棄物水泥基材料的早期水化及強(qiáng)度。近年來(lái)，利用人工合成的水化硅酸鈣納米晶核作為一種新型、高效的早強(qiáng)手段用于提高大摻量礦物摻合料(礦粉、粉煤灰、煅燒黏土等)的水泥基材料早期強(qiáng)度引起了大家的重視。水化硅酸鈣納米晶核作為一種納米尺度的顆粒，其比表面積大，且與水泥水化最主要的水化產(chǎn)物C-S-H凝膠化學(xué)組成類(lèi)似。在水泥早期水化的孔溶液中，作為一種優(yōu)異的異相成核位點(diǎn)，水化硅酸鈣納米晶核可以顯著降低C-S-H凝膠形成的成核勢(shì)壘，縮短誘導(dǎo)期。與此同時(shí)，快速提升的硅相反應(yīng)也促進(jìn)了氫氧化鈣和C-S-H凝膠的快速形成，顯著縮短了礦物摻料的火山灰反應(yīng)起始時(shí)間。因此，將水化硅酸鈣納米晶核應(yīng)用于大摻量礦物摻合料的水泥基材料時(shí)呈現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢(shì)，并有望實(shí)現(xiàn)免蒸或是減少蒸汽(壓)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。中國(guó)專(zhuān)利CN102718228B公布了一種以硅灰為硅質(zhì)原料的納米水化硅酸鈣的制備方法，一方面硅灰的價(jià)格相較于其他工業(yè)固體廢棄物的成本較高，另一方面還需補(bǔ)充鈣質(zhì)化學(xué)試劑，合成工藝較為復(fù)雜。中國(guó)專(zhuān)利CN101830660A公布了一種用于混凝土生產(chǎn)的高活性晶種及其制備方法，所述晶種由廢陶瓷粉、預(yù)磨電石渣粉和改性添加劑微波強(qiáng)化煅燒而成，其不僅合成工藝極為復(fù)雜，且煅燒制度，粉磨能耗也極高，不適用于大規(guī)模工業(yè)運(yùn)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提出一種基于工業(yè)固廢的納米晶核懸浮液及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中水化硅酸鈣納米晶核合成工藝復(fù)雜、反應(yīng)緩慢、成本高、不適于大規(guī)模運(yùn)用的技術(shù)問(wèn)題。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種基于工業(yè)固廢的納米晶核懸浮液的制備方法，包括以下步驟：

將鈣硅質(zhì)工業(yè)固廢經(jīng)質(zhì)子酸處理，得到鈣硅質(zhì)工業(yè)固廢溶出液；

將聚羧酸減水劑分散至水中，并調(diào)節(jié)pH至10.5～13.5，得到聚羧酸減水劑分散液；

將鈣硅質(zhì)工業(yè)固廢溶出液緩慢滴加至聚羧酸減水劑分散液中，進(jìn)行攪拌反應(yīng)，得到水化硅酸鈣納米晶核懸浮液。