[發明專利]一種適用于大摻量低品質粉煤灰水泥基材料的早強劑及制備方法

在審

• 申請號: 202211643278.1
• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN115959851A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 梅軍鵬;王智鑫;徐智東;董崇;周至陽;張潔林;周蘭蘭;何香香
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C04B24/24
• 分類號: C04B24/24;C04B22/06;C04B22/08;C04B103/12
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 詹藝

一種適用于大摻量低品質粉煤灰水泥基材料的早強劑及制備方法，制備所述早強劑的原料包含以下組分：復合納米組分32～40份，溶劑48～60份，分散劑5～15份；所述復合納米組分為納米二氧化硅和納米水化硅酸鈣的混合物，二者的質量比為1:3～3:1，所述納米二氧化硅為親水氣相型納米二氧化硅，所述納米水化硅酸鈣粉體為水熱法制得，其粒徑為40～60nm。本發明所制備的納米復合型早強劑可顯著提高大摻量低品質粉煤灰水泥基材料的早期抗壓強度和后期抗壓強度，使低品質粉煤灰得以大量回收利用。

技術領域

本發明涉及混凝土外加劑技術領域，尤其涉及一種適用于大摻量低品質粉煤灰水泥基材料的早強劑制備方法。

背景技術

煤炭是中國的主要能源來源，在當前和未來幾十年，煤炭仍將在一次能源結構中占據主導地位，而粉煤灰是燃煤電廠的副產物，其大量堆積不僅占用土地資源，污染生態環境，還會對人類健康造成極大的危害，不符合可持續發展的要求。因此，有效利用粉煤灰具有極大的環境、經濟和社會效益。

高品質粉煤灰由于其形態效應、活性效應及微集料效應已在水泥和混凝土中得到廣泛應用，其摻入雖然降低了水泥基材料的早期強度，但可有效改善工作性能和耐久性能，且對后期強度無不利影響，但高品質粉煤灰產量有限，劣質粉煤灰仍占比較大。然而，低品質粉煤灰具有雜質多，燒失量大，活性指數低等特點，其摻入不僅造成水泥基材料早期強度大幅度降低，對后期強度的發展也可能存在不利影響，限制了其在水泥基材料中的大量使用。

目前，水泥基材料中應用最多的早強劑是以有機酸鹽為代表的有機系列、以硫酸鹽和氯化物為代表的無機鹽系列以及復合系列。但大多數早強劑都存在早期強度對摻量變化敏感、對后期強度存在不利影響等缺點，不適用于低品質粉煤灰-水泥體系。因此，開發出既能提高大摻量低品質粉煤灰水泥基材料的早期強度，又對其后期強度無不利影響的早強劑日趨重要。

研究發現，在水泥基材料中添加納米顆粒可以顯著加速水泥基材料的水化過程，從而提高水泥體系試樣的早期強度；其中，水泥基材料中最常用的納米粒子為納米二氧化硅和納米水化硅酸鈣。納米二氧化硅不僅具有良好的火山灰活性，為早期水化產物提供直接或間接的成核位點，其還可作為孔隙填料，對孔隙結構和界面過渡區進行修飾，提高水泥石結構致密程度。納米水化硅酸鈣可為水化產物直接提供晶核，降低成核勢壘，促進水泥基材料的整體水化和強度發展。另外，納米粒子的摻入還可通過調控水泥基材料的堿性從而提高粉煤灰的水化程度。因此，通過納米粒子的協同作用，有望實現對低品質粉煤灰水泥基材料早期強度和后期強度的同時提高；將納米二氧化硅和納米水化硅酸鈣應用于大摻量低品質粉煤灰水泥基材料的早強劑研發中，具有重要意義。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種適用于大摻量低品質粉煤灰水泥基材料的早強劑，具體技術方案為：

一種適用于大摻量低品質粉煤灰水泥基材料的早強劑，制備所述早強劑的原料包含以下組分：復合納米組分32～40份，溶劑48～60份，分散劑5～15份；所述復合納米組分為納米二氧化硅和納米水化硅酸鈣的混合物，二者的質量比為1:3～3:1，所述納米二氧化硅為親水氣相型納米二氧化硅，所述納米水化硅酸鈣粉體為水熱法制得，其粒徑為40～60nm。

進一步地，所述納米二氧化硅純度大于99％，比表面積不小于300m²/g，粒徑不大于40nm。

進一步地，所述納米水化硅酸鈣是以硅酸鈉作為硅源，氯化鈣作為鈣源，溶解于去離子水中，控制水固比為8～12，鈣硅比為1.0～1.4，pH值為12～14，水浴溫度為50～70℃，加熱5～9d，反復抽濾洗滌，真空干燥，經研磨過篩后所制得。

進一步地，所述分散劑為高效聚羧酸型分散劑，其固含量約為40％。

一種適用于大摻量低品質粉煤灰水泥基材料的早強劑制備方法，將分散劑、復合納米組分依次溶于溶劑中，攪拌并超聲分散，即可制得納米復合型早強劑的懸濁液。

進一步地，詳細步驟如下：