本发明专利技术公开一种基于改性硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中的应用方法，属于建筑材料技术领域，步骤包括：1）硅灰氨基化；2）氨基化硅灰表面预吸附分散纳米SiO2；3）氨基化硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中应用。本发明专利技术借助于氨基化硅灰吸附预分散纳米SiO2，使纳米SiO2在水泥基体中较好分散，改善水泥基体的性能。先将硅灰表面氨基化处理，使硅灰表面带与纳米SiO2相反的电荷，为硅灰吸附预分散纳米SiO2提供理论支持。纳米SiO2与硅灰均为火山灰材料，均会与水泥水化产物氢氧化钙反应生成额外的水化硅酸钙凝胶，密实基体，故氨基化硅灰吸附预分散纳米SiO2的引入会改善水泥基体的性能。本实验具有操作简单，原料易得，可广泛应用于水泥混凝土工程领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑材料
，特别涉及一种基于改性硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中的应用方法。
技术介绍
水泥混凝土结构在国民经济发展中扮演着重要角色，广泛应用于国防防护、桥梁建设、房屋建设、水电工程等各个领域。然而，水泥混凝土在服役过程中由于收缩开裂、表面侵蚀、强度劣化等降低了材料使用寿命、增加材料使用和维护成本，加之在重大或服役环境严酷的工程条件下，对基体的耐久性提出了更高的要求。近些年来，随着纳米技术的发展，许多学者通过掺加纳米材料改善混凝土的性能，这已成为促进水泥基材料发展的重要方向之一。纳米SiO2是一种粒径为几纳米到100nm的高活性、无定型火山灰材料，研究较为广泛。研究表明，纳米SiO2掺加到水泥基材料中，可与水泥水化产物氢氧化钙发生火山灰反应，生成额外的水化硅酸钙凝胶（简称C-S-H），密实基体，减少基体孔隙率，提高基体的耐久性。然而，纳米SiO2的分散是一个重要的环节，分散效果不同，可使得纳米SiO2对水泥基体改性效果差异性较大。Kong等2012年在《建筑和建筑材料》(Construction and Building Materials, 37卷, 707-715页)研究了两种团聚程度不一的纳米SiO2对水泥基材料性能的影响。研究表明团聚较大的纳米SiO2火山灰反应生成的C-S-H凝胶并没有胶黏作用，纳米SiO2大团聚体在基体中会形成弱的界面过渡区，降低基体的强度，影响基体的整体性能。Nili等2015年在《材料&设计》(Materials & Design, 75卷，174-183页)采用了表面活性剂分散纳米SiO2的方法，其研究表明，当纳米SiO2掺量较大时，强度降低，其原因归结为大掺量纳米SiO2分散性差，而作者并没有进一步探究大掺量纳米SiO2分散方法。现有关于纳米SiO2分散方法：如申请号为CN200510012946.0的“纳米SiO2粉体材料的分散方法”专利，公开的分散方法采用无机/有机表面包覆改性的复合分散方法，即先在反应釜内纳米SiO2表面包覆Al(OH)3，然后再在Al(OH)3表面包覆十二烷基苯磺酸钠。该纳米SiO2分散方法流程复杂，且十二烷基苯磺酸钠有发泡作用，用于水泥基材料中，降低了基体的密实度。又如申请号为CN200910017642.1的“一种纳米SiO2复合水泥的制备技术”专利，公开的制备方法为采用电晕荷电技术使纳米SiO2颗粒与超细水泥矿粉表面形成极性电荷，再在高速混料机干混，使纳米颗粒在超细水泥矿粉中分散均匀。该分散技术仅适合于干燥环境下纳米SiO2粉体的分散，保持环境干燥，消除颗粒间的导电液桥很重要。因此，该方法有较大的使用局限性。故寻求一种使得纳米SiO2在水泥基体中较好分散的方法，且获得稳定的改性水泥基体性能效果至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述不足，基于提高纳米SiO2在水泥基材料中的分散性而稳定改善纳米改性水泥基体性能效果，提出一种基于改性硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中的应用方法。本专利技术方法通过将纳米SiO2吸附在氨基化硅灰表面，机械搅拌下实现氨基化硅灰携带纳米SiO2在水泥基体中的分散效果。本专利技术技术方案如下：一种基于改性硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中的应用方法，其特征在于，步骤包括：1）硅灰氨基化；2）氨基化硅灰表面预吸附分散纳米SiO2；3）氨基化硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中应用。所述的步骤1）硅灰氨基化，方法为：将硅灰置于无水乙醇中，搅拌1～5min，超声分散3～10min，密封搅拌下先逐滴滴加氨水，再逐滴滴加硅烷偶联剂，室温下，磁力搅拌反应12～26h；然后将溶液再搅拌3～10min，超声分散3～10min，于3000rpm离心5min，取固体加入到无水乙醇中，重复前述搅拌、超声分散和离心操作5次，最后取固体加无水乙醇至全部溶解，超声3～10min，置于烘箱60℃烘干，得氨基化硅灰。所述的步骤1）硅灰氨基化，反应前加入的原料质量百分比组成为：硅灰4～5.9%，硅烷偶联剂1.5～2%，无水乙醇92.5～93.8%和氨水0.1～0.3%。重复搅拌、超声分散和离心操作5次过程中，每次的无水乙醇用量均与反应前加入的无水乙醇用量相同。所述的硅烷偶联剂优选γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。所述的氨水浓度优选0.88g/ml。所述的步骤2）氨基化硅灰表面预吸附分散纳米SiO2，方法为：室温下，将纳米SiO2和氨基化硅灰加入水中，超声分散，得到氨基化硅灰表面预吸附的纳米SiO2溶液。所述的步骤2）氨基化硅灰表面预吸附纳米SiO2，其原料质量百分比组成为：纳米SiO2 4.3~5.3%，氨基化硅灰 1.1~21.1%和水74.6~93.6%。所述的超声优选功率为360W，超声连续工作时间为1.0～2.0s，超声间隙时间为2.0s，超声总工作时间优选5min。所述的纳米SiO2粒径优选7～40nm。所述的步骤3）氨基化硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中的应用，方法为：将步骤2）所得的氨基化硅灰表面预吸附的纳米SiO2溶液与水泥、河砂成型水胶比为0.53的水泥砂浆。所述的氨基化硅灰表面预吸附的纳米SiO2溶液为内掺，胶砂比优选1:3。所述的水泥为P.O42.5水泥。所述的河砂细度模数优选2.91，含泥量为质量分数1.58%。本专利技术的原理：通过分析硅灰、纳米SiO2水溶液Zeta电位可得知（表1），两者带有同种电荷，欲使得纳米SiO2在硅灰表面吸附，需先对硅灰表面改性。硅灰表面氨基化处理后，氨基化硅灰、纳米SiO2表面带相反电荷（表 1 ），故分散在水溶液中，小颗粒的纳米SiO2可吸附到大颗粒硅灰表面，借助硅灰作为分散载体，在机械搅拌下，可使纳米SiO2较均匀的分散在水泥基体中，获得稳定改性基体性能的效果。纳米SiO2及硅灰均为火山灰材料，均会与水泥水化产物氢氧化钙发生火山灰反应，生成额外的C-S-H凝胶，密实基体，其反应机理如试（1）所示：SiO2+ Ca(OH)2+H2O—C-S-H gel （1）表 1 材料表面带电情况本专利技术技术方案有益效果为：1）借助于纳米SiO2与氨基化硅灰颗粒表面带电性相反而吸附，有利于纳米SiO2在水泥基体中稳定分散；2）分散纳米SiO2的载体（硅灰）有低的火山灰活性，会与水泥水化产物氢氧化钙生成额外的水化硅酸钙凝胶，有助于水泥基体的密实；3）常用纳米SiO2分散方式对改性水泥基材料性能获得差异性较大，通过氨基化硅灰预分散纳米SiO2可以使改性的水泥基体获得稳定的作用效果。附图说明图 1 为氨基化硅灰与纳米SiO2不同比例下吸附性能表征；图 2 为氨基化硅灰预吸附分散纳米SiO2前后对水泥砂浆强度影响图。具体实施方式下面将通过实施例对本专利技术作进一步的描述，这些描述并不是对本
技术实现思路
作进一步的限定。本领域的技术人员应理解，对本
技术实现思路
所作的等同替换，或相应的改进，仍属于本专利技术的保护范围之内。实施例1一种基于改性硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中的应用方法，步骤包括：1）硅灰氨基化：按本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于改性硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中的应用方法，其特征在于，步骤包括：1）硅灰氨基化；2）氨基化硅灰表面预吸附分散纳米SiO2；3）氨基化硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中应用。
【技术特征摘要】
1.一种基于改性硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中的应用方法，其特征在于，步骤包括：1）硅灰氨基化；2）氨基化硅灰表面预吸附分散纳米SiO2；3）氨基化硅灰表面预吸附分散的纳米SiO2在水泥基材料中应用。2.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于：所述的步骤1）硅灰氨基化，方法为：将硅灰置于无水乙醇中，搅拌1～5min，超声分散3～10min，密封搅拌下先逐滴滴加氨水，再逐滴滴加硅烷偶联剂，室温下，磁力搅拌反应12～26h；然后将溶液搅拌3～10min，超声分散3～10min，于3000rpm离心5min，取固体加入到无水乙醇中，重复前述搅拌、超声分散和离心操作5次，最后取固体加无水乙醇至全部溶解，超声3～10min，置于烘箱60℃烘干，得氨基化硅灰。3.根据权利要求2所述的应用方法，其特征在于：所述的步骤1）硅灰氨基化，反应前加入的原料质量百分比组成为：硅灰4～5.9%，硅烷偶联剂1.5～2%，无水乙醇92.5～93.8%和氨水0.1～0.3%；所述的氨水浓度为0.88g/ml。4.根据权利要求2所述的应用方法，其特征在于：所述的步骤1）硅灰氨基化，重复搅拌、超声分散和离心操作5次过程中，每次的无水乙醇用量均与反应前加入的无水乙醇用量相同。5.根据权利要求3所述的应用方法，其特征在于：所述的硅烷偶联剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯鹏坤，蔡亚梅，程新，谢宁，周宗辉，杜鹏，张秀芝，张丽娜，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。