一种生态纳米改性胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种生态纳米改性胶凝材料及其制备方法，水灰比为0.15～0.35，其它组分以质量百分含量计：水泥为35％～55％，改性硅灰为3％～11％，石灰石粉10％～20％，优质I级低钙粉煤灰为30％～40％，高效减水剂为0.2％～2％。通过对生态纳米材料硅灰进行预分散处理，大大提高了生态纳米材料在水泥基材料中的分散性，使得生态纳米材料的微集料效应、填充效应和火山灰效应得到了更充分的发挥。优质石灰石粉的加入进一步优化了颗粒级配，有效提高了胶凝材料拌合浆体的粘聚性，提高了硬化胶凝材料的致密性，改善了胶凝材料的微观结构。同时粉煤灰的加入，提高水泥浆体的流动性和后期强度，改善胶凝材料的微观结构。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及建筑材料
，尤其涉及一种生态纳米改性胶凝材料的制备方法。

技术介绍

在对水泥基材料进行改性的研究中，具有不同粒度尺寸的矿物掺合料或超细粉体常被用来优化水泥基材料的颗粒级配，以望形成最紧密的颗粒堆积，从而改善硬化水泥基材料的微观结构，进而改进水泥的物理力学性能和耐久性等，常用的掺合料如硅灰、粉煤灰、磨细矿粉、磨细钢渣、石灰石粉等。
硅灰是一种被称为具有微纳米颗粒的生态纳米材料，它具有良好的火山灰效应和微粒填充效应，可以显著改善水泥基材料的内部孔隙结构和密实性，显著提高其强度、抗渗、抗冻、抗化学腐蚀等性能。硅灰之所以具有很高的矿物活性，一方面得益于硅灰极高的SiO2活性成分，能够与水泥水化过程中产成的Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶；另一方面则得益于它所具有的微纳米颗粒，这种尺寸的颗粒具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等纳米材料所特有一系列优异的物理、化学及表面与界面性能，在水泥基材料的使用中可取得超常的使用效果。但是由于硅灰颗粒极细、表面能很高，当以单个颗粒形式存在时，处于热力学不稳定状态，颗粒之间会自动相互吸引靠近而转变成稳定状态，这种现象极易引起微纳米颗粒团聚，使其表面活性下降，导致微纳米级硅灰诸多优异的特性完全丧失，实际使用效果不佳，因此，关于如何消除硅灰颗粒之间的团聚效应，一直是研究的重点和热点。为此本研究提供了一种新的硅灰分散改性方法，该方法主要借助硅灰表面存在羟基，用含有一定浓度的氢氧化钙溶液对硅灰进行预处理，将其表面负电性预先改性为正电性，然后结合阴离子分散剂投入到水泥基材料的配置使用中，从而实现更好的分散效果。
同时结合具有不同粒度的粉煤灰和石灰石粉矿物掺合料对水泥基材料的颗粒级配进行进一步优化，以期形成最紧密的颗粒堆积，从而改善水泥基材料的流动性，改善硬化水泥基材料的微观结构、物理力学性能和耐久性等性能。

技术实现思路

本专利技术的目的在于提供一种生态纳米改性胶凝材料及其制备方法，制备工艺简单、成本低、流动性好、强度高、耐久性好。
本专利技术的技术方案是：一种生态纳米改性胶凝材料的制备方法，水灰比为0.15～0.35，其它组分以质量百分含量计如下：水泥为35％～55％，生态纳米材料为3％～11％，石灰石粉10％～20％，优质I级低钙粉煤灰为30％～40％，减水剂为0.2％～2％；所述的生态纳米材料为改性硅灰，SiO2含量大于92％wt；所述的生态纳米材料的制备方法为：将饱和Ca(OH)2与水按1:3的体积比配制Ca(OH)2水溶液，然后将按预定配比称量好的硅灰与配置好的Ca(OH)2水溶液按1:10的质量比配置硅灰浆体并搅拌均匀，然后静置浸泡充分后，进行抽滤，抽滤的同时将抽滤瓶放在电子称上，当抽滤至硅灰与Ca(OH)2溶液的质量比为1:1时，停止抽滤，得到生态纳米材料。
本专利技术所述的水泥为标号为普通42.5级硅酸盐水泥。
本专利技术所述的生态纳米材料为市售普通硅灰，SiO2含量大于92％wt。
本专利技术所述的石灰石粉的碳酸钙含量大于95％wt，平均粒径5～20μm。
本专利技术所述的粉煤灰为优质F类I级低钙粉煤灰，游离CaO含量<1％。
本专利技术所述的减水剂为聚羧酸系高效减水剂，固含量≥40％，减水率≥40％。
本专利技术所述的生态纳米改性胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)生态纳米材料改性：将饱和Ca(OH)2与水按1:3的体积比配制Ca(OH)2水溶液，然后将按预定配比称量好的硅灰与配置好的Ca(OH)2水溶液按1:10的质量比配置硅灰浆体并搅拌均匀，然后静置浸泡充分后，对其进行抽滤，抽滤的同时将抽滤瓶放在电子称上，当抽滤至硅灰与Ca(OH)2溶液的质量比为1:1时，停止抽滤，此时生态纳米材料被改性成功以备用；
(2)将步骤(1)中改性成功的生态纳米材料倒入水泥净浆搅拌机中，按预定水灰比加入用水量，其中用水量包括了步骤(1)中改性成功后的生态纳米材料中所包含的水，然后加入按照预定配比称量好的减水剂，搅拌，然后依次加入按预定配比称量好的水泥、石灰石粉、粉煤灰，搅拌，然后将搅拌均匀的混合料浇入模具中振动成型，20℃标准养护28天即得生态纳米改性胶凝材料。
有益效果:
(1)通过对生态纳米材料硅灰进行预分散处理，大大提高了生态纳米材料在水泥基材料中的分散性，使得生态纳米材料的微集料效应、填充效应和火山灰效应得到了更充分的发挥。(2)优质石灰石粉的加入不但大幅度降低了成本，更重要的是进一步优化了颗粒级配，有效提高了胶凝材料拌合浆体的粘聚性，提高了硬化胶凝材料的致密性，改善了胶凝材料的微观结构。(3)引入粉煤灰，可以进一步降低了胶凝材料的成本，更重要的粉煤灰的火山灰效应能有效提高后期强度，改善胶凝材料的微观结构；而且由于粉煤灰颗粒的“滚珠效应”，可以大幅度提高水泥浆体的流动性。综合作用，有效改善凝材料的微观结构、物理力学性能和耐久性等性能。
附图说明
图1为实例1中改性后硅灰和未改性硅灰的表面电位对比图，
图2为实例1中改性后硅灰和未改性硅灰结合减水剂后的微观形貌对比图，
图3为实施例1中硬化生态纳米改性胶凝材料的与相对应的参比样的微观形貌对比图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本专利技术。
流动度测试按《混凝土外加剂匀质性试验方法》GBT8077-2012中的“13.水泥净浆流动度”进行。
抗折、抗压强度测试按《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》GB/T17671-1999进行。
所有原材料均为市售成品。所述的水泥为标号为普通42.5级硅酸盐水泥。所述的生态纳米材料为市售普通硅灰，SiO2含量大于92％wt。所述的石灰石粉的碳酸钙含量大于95％wt，平均粒径5～20μm。所述的粉煤灰为优质F类I级低钙粉煤灰，游离CaO含量<1％。所述的减水剂为聚羧酸系高效减水剂，固含量≥40％，减水率≥40％。
实施例1
一种生态纳米改性胶凝材料，按重量计，水灰比为0.15，其它组分以及质量百分含量如下：水泥为35％，生态纳米材料为3％，石灰石粉20％，优质I级低钙粉煤灰为40％，聚羧酸高效减水剂为2％。
改性前后硅灰颗粒的表面电位图如图1所示，图片显示改性硅灰颗粒电位被转变成正电位；改性前后的硅灰颗粒结合减水剂的微观形貌对比图如图2所示，图片显示改性后硅灰的分散性明显提高；硬化生态纳米改性胶凝材料的与相对应的参比样的微观形貌图如图3所示，图片显示硬化生态纳米改性胶凝材料中硅灰的表面几乎均被C-S-H凝胶包裹，而参比样硬化试样中硅灰分散性不但更差，而且很多硅灰表面仍是原始颗粒的光滑表面。
实施例2
一种生态纳米改性胶凝材料，按重量计，水灰比为0.20，其它组分以及质量百分含量如下：水泥为38.5％，生态纳米材料为5％，石灰石粉17％，优质I级低钙粉煤灰为38％，高效减水剂为1.5％。
实施例3
一种生态纳米改性胶凝材料，按重量计，水灰比为0.25，其它组分以及质量百分含量如下：水泥为42％，生态纳米材料为7％，石灰石粉15％，优质I级低钙粉煤灰为35％，高效减水剂为1.0％。
实施例4
一种生态纳米改性胶凝材料，按重量计，水灰比为0.30，其它组分以及质量百分含量如下：水泥为56％，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生态纳米改性胶凝材料，其特征在于，水灰比为0.15~0.35，其它组分以质量百分含量计如下：水泥为35%~55%，生态纳米材料为3%~11%，石灰石粉10%~20%，优质I级低钙粉煤灰为30%~40%，减水剂为0.2%~2%；所述的生态纳米材料为改性硅灰，SiO2含量大于92%wt；所述的生态纳米材料的制备方法为：将饱和Ca(OH)2与水按1:3的体积比配制Ca(OH)2水溶液，然后将按预定配比称量好的硅灰与配置好的Ca(OH)2水溶液按1:10的质量比配置硅灰浆体并搅拌均匀，然后静置浸泡充分后，进行抽滤，抽滤的同时将抽滤瓶放在电子称上，当抽滤至硅灰与Ca(OH)2溶液的质量比为1:1时，停止抽滤，得到生态纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种生态纳米改性胶凝材料，其特征在于，水灰比为0.15~0.35，其它组分以质量百分含量计如下：水泥为35%~55%，生态纳米材料为3%~11%，石灰石粉10%~20%，优质I级低钙粉煤灰为30%~40%，减水剂为0.2%~2%；所述的生态纳米材料为改性硅灰，SiO2含量大于92%wt；所述的生态纳米材料的制备方法为：将饱和Ca(OH)2与水按1:3的体积比配制Ca(OH)2水溶液，然后将按预定配比称量好的硅灰与配置好的Ca(OH)2水溶液按1:10的质量比配置硅灰浆体并搅拌均匀，然后静置浸泡充分后，进行抽滤，抽滤的同时将抽滤瓶放在电子称上，当抽滤至硅灰与Ca(OH)2溶液的质量比为1:1时，停止抽滤，得到生态纳米材料。
2.根据权利要求1所述的生态纳米改性胶凝材料，其特征在于：所述的水泥为标号为普通42.5级硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的生态纳米改性胶凝材料，其特征在于：所述的石灰石粉末的碳酸钙含量大于95%wt，平均粒径5~20μm。
4.根据权利要求1所述的生态纳米改性胶凝材料，其特征在于：所述的粉煤灰为优质F类I级低钙粉煤灰，游离...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽萍，雷东移，曹园章，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32