[發明專利]利用納米二氧化硅改善大摻量礦渣水泥早期性能的方法

在審

• 申請號: 202210597316.8
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN114835454A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 高建明;徐振海;郭照恒;趙亞松;李述俊;陳高豐
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B20/00;C04B14/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種利用納米二氧化硅改善大摻量礦渣水泥早期性能的方法，包括如下步驟：1)通過超聲分散的方法將納米二氧化硅在水中進行分散，得到高分散納米二氧化硅，記為原料A；2)將水泥和礦渣攪拌均勻，記為原料B；3)將原料A、B以及減水劑攪拌均勻制得納米二氧化硅改性的大摻量礦渣水泥基材料。本發明利用高分散納米二氧化硅的火山灰活性，對水泥和礦渣的水化促進作用以及對水泥基材料微結構的優化作用，改善了大摻量礦渣水泥的早期性能。所制備的材料具有凝結時間可調、早期強度高、微結構密實等優點，對于加快海工混凝土構筑物的施工進度具有重要意義。

技術領域

本發明屬于建筑材料技術領域，尤其涉及一種利用納米二氧化硅改善大摻量礦渣水泥早期性能的方法。

背景技術

海洋環境下氯鹽和硫酸鹽含量極高，易導致混凝土結構受到侵蝕，嚴重影響了混凝土結構的服役壽命。目前，通用的技術手段是使用大摻量礦渣取代水泥以提高海工混凝土抗氯鹽和抗硫酸鹽侵蝕能力。此外，作為工業廢棄物，大摻量礦渣的使用減少了水泥用量，能夠降低天然礦產資源以及能源的消耗，同時還能夠顯著地降低碳排放，符合綠色低碳可持續發展的要求。

礦渣是冶煉生鐵的副產物，主要成分為CaO、SiO₂、Al₂O₃和MgO。礦渣的水化主要依靠與水泥的水化產物氫氧化鈣發生火山灰反應，生成C-S-H和C-A-S-H凝膠。因此，礦渣的早期活性不足。大摻量礦渣的使用使得水泥含量減少，導致早期的水化產物不足。因此，大摻量礦渣水泥的凝結時間過長，早期抗壓強度低，早期性能不足，這成為制約大摻量礦渣水泥應用的瓶頸。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種利用納米二氧化硅改善大摻量礦渣水泥早期性能的方法，解決現有大摻量礦渣水泥早期性能不足的問題。

技術方案：本發明的利用納米二氧化硅改善大摻量礦渣水泥早期性能的方法，包括如下步驟：

步驟1、納米二氧化硅和水混合均勻后超聲分散，得到高分散納米二氧化硅，記為原料A；

步驟2、將水泥和礦渣在140±5r/min速度下攪拌2-3min，記為原料B，

步驟3、將原料A、B以及減水劑在140±5r/min速度下攪拌10-15min，制得納米二氧化硅改性的大摻量礦渣水泥基材料。

進一步地，其原料以重量份計配比如下：納米二氧化硅1～4份、水泥20～50份、礦渣50～80份、減水劑0.5～2.5份，水30～50份。

進一步地，步驟1中，所述的納米二氧化硅平均粒徑小于100nm。

進一步地，步驟2中，所述水泥為硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

進一步地，步驟2中，所述的礦渣為滿足現行標準GB/T 18046規定的礦渣。

進一步地，步驟3中，所述減水劑為萘系粉末減水劑，減水率≥25％。

技術原理：納米二氧化硅具有極小的粒徑，巨大的比表面積以及極高的反應活性。當摻加到大摻量礦渣水泥漿體后，納米二氧化硅能夠通過晶核效應促進水泥和礦渣的水化，促進水化產物C-S-H等的生成。納米二氧化硅具有極高的火山灰效應，能夠在早期與氫氧化鈣發生反應并生成C-S-H凝膠。此外，納米二氧化硅以及火山灰反應生成的水化產物能夠填充硬化漿體中的孔隙，優化微結構。因此，摻加納米二氧化硅能夠提高大摻量礦渣水泥的早期性能。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有如下顯著優點：本發明所述的納米二氧化硅能夠顯著縮短大摻量礦渣水泥的凝結時間，提高早期強度，改善微結構，對于加快海工混凝土構筑物的施工進度具有重要意義。此外，大摻量礦渣水泥早期性能的改善有助于礦渣摻量的進一步提高，這不僅降低了水泥用量，減少了天然礦產資源的消耗，同時還能夠顯著降低碳排放，具有積極的環境效益。

具體實施方式