一种水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：将钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液滴加至聚羧酸减水剂分散液中，调节pH至10.0～13.5，并进行搅拌反应，得到水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂。本发明专利技术的水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂颗粒尺寸小、分散稳定性好，且能大幅提高水泥基材料的早期水化与力学行为，具有很好的应用前景；本发明专利技术的水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法通过将钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液按照特定的摩尔比、在特定的温度和pH条件下与聚羧酸减水剂混合，进行搅拌反应，制备过程简单、无需经过洗涤、干燥、超声分散等后续工艺，适于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法
本专利技术涉及混凝土外加剂
，具体涉及一种水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法。
技术介绍
混凝土制品以及装配式建筑因其精细化、模块化、高效率等优势已成为我国许多重大工程的重要实施手段。然而，混凝土材料在满足社会对基础设施建设需要的同时，也对环境造成了巨大负荷。与此同时，我国在冶金、化工、煤炭、电力、建筑等行业中排放的固体废弃物的堆存量也在逐年增加。这些大宗固体废弃物不仅占用大量土地资源，而且还对环境、水体造成了严重的污染。为了解决这个问题，人们将这些大宗固体废弃物作为矿物掺和料的形式用于建筑材料中，取得了很好的经济价值和社会效益。然而，将工业固体废弃物作为矿物掺合料也存在一些缺点，如掺量较大时将导致混凝土制品早期强度发展缓慢，难以满足现今建筑行业对施工速度以及模具周转效率的要求。目前，针对混凝土制品早期强度提升手段，最普遍的做法是对水泥基材料通过一定时间的蒸汽(压)养护或加入早强型外加剂，如氯化钙，硫酸钠，三乙醇胺，三异丙醇胺等。这些早强常规手段虽然可以在很短的时间内快速提高大掺量工业固体废弃物水泥基材料的早期水化及强度发展，但也会导致水泥基材料后期强度倒缩，结构耐久性差等缺陷以及蒸汽(压)养护能耗大、不够环保等问题。近年来，利用人工合成的水化硅酸钙纳米晶核作为一种新型、高效的早强手段用于提高大掺量矿物掺合料(矿粉、粉煤灰、煅烧黏土等)的水泥基材料早期强度引起了大家的重视。中国专利CN201810226554.1公布了一种利用矿物掺合料表面原位生长水化硅酸钙的方法，但该方法制得的矿物掺合料表面原位生长的水化硅酸钙在合成过程中并未加入分散剂，颗粒尺寸大，分散稳定性不佳，作为晶核材料时对水泥基材料早期强度提升的作用效果并不显著。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法，解决现有技术中利用钙质、硅质原料制备水化硅酸钙纳米晶核时存在的颗粒尺寸较大、易团聚、对大掺量矿物掺合料水泥基材料早期抗压强度提升效果不佳的技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的第一方面提供了一种水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，包括以下步骤：将钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液滴加至聚羧酸减水剂分散液中，调节pH至10.0～13.5，并进行搅拌反应，得到水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂。本专利技术的第二方面提供了一种水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂，该水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂通过本专利技术第一方面提供的水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法得到。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂与不加铝源的水化硅酸钙纳米晶核相比颗粒尺寸显著降低、分散稳定性显著提高，且能大幅提高大掺量矿物掺合料的水泥基材料的早期水化与力学行为，实现水泥基材料免蒸养脱模，模具周转周期大幅提高，具有很好的应用前景。本专利技术提供的水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法通过将钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液按照特定的摩尔比、在特定的温度和pH条件下与聚羧酸减水剂混合，进行搅拌反应，有利于减小水化铝硅酸钙纳米晶核的团聚、提高了水化铝硅酸钙纳米晶核的颗粒尺寸，制备过程简单、无需经过洗涤、干燥、超声分散等后续工艺，适于大规模生产。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的第一方面提供了一种水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，包括以下步骤：将钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液滴加至聚羧酸减水剂分散液中，调节pH至10.0～13.5，并进行搅拌反应，得到水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂。申请人研究发现，在合成水化硅酸钙纳米晶核时，引入一定量的铝盐可以形成铝氧四面体作为水化硅酸钙分子结构中桥氧四面体，促进聚羧酸减水剂的吸附量，从而增强聚羧酸减水剂的空间位阻作用，大幅减小水化硅酸钙纳米颗粒的尺寸，与不掺铝源的水化硅酸钙纳米晶核相比，能够显著提高水泥基材料的早期水化历程与早期力学性能。本专利技术中，通过将预先单独配置好的钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液滴加至聚羧酸减水剂分散液中，进行搅拌反应，有利于进一步减小纳米晶核的尺寸，避免因钙源与硅源直接混合形成硅酸钙而增大晶核尺寸的现象，从而有利于提高大掺量矿物掺合料的水泥基材料的早期水化与力学行为；通过调节pH至10.0～13.5，便于使所得水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的颗粒尺寸小、分散稳定性高，对大掺量矿物掺合料的水泥基材料的早期强度提升效果好。优选地，上述钙源为甲酸钙、乙酸钙、硝酸钙、碳酸氢钙、葡萄糖酸钙中的一种或多种。优选地，上述硅源为氟硅酸钠、氟硅酸镁、硅酸钠、偏硅酸钠、硅酸钾中的一种或多种。优选地，上述铝源为硝酸铝、铝酸钠、氢氧化铝中的一种或多种。优选地，上述将钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液滴加至聚羧酸减水剂分散液的过程中，钙与硅的摩尔比为0.2～1.8，铝与硅的摩尔比0.005～1.0。进一步地，钙与硅的摩尔比为0.5～1.5，铝与硅的摩尔比0.01～0.1。优选地，合成上述聚羧酸减水剂的原料包括甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯，且甲基丙烯酸与甲基丙烯酸酯的摩尔比为2：1～10：1。进一步地，上述聚羧酸减水剂的分子量大小为10000～200000，侧链含45～200个环氧乙烷单元，聚合物分散指数控制在1.0～5.0，固体含量为30％～50％。优选地，上述聚羧酸减水剂分散液的质量分数为2～10wt％。进一步地，上述水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂中，硅源的摩尔浓度为0.05～0.5mol/L，钙源的摩尔浓度为0.05～0.5mol/L，铝源的摩尔浓度为0.003～0.03mol/L。更进一步地，硅源的摩尔浓度为0.1～0.3mol/L，钙源的摩尔浓度为0.15～0.3mol/L，铝源的摩尔浓度为0.005～0.02mol/L。具体地，上述聚羧酸减水剂分散液通过以下步骤得到：将聚羧酸减水剂分散到水中，并以200～2000r/min的转速，搅拌0.5～2h，从而得到均匀分散的聚羧酸减水剂分散液。需要说明的是，此过程中可预先将聚羧酸减水剂分散液的pH调节为10.0～13.5，随后在滴加过程中继续调节pH为10.0～13.5，也可直接在后续的滴加过程中将体系的pH调节为10.0～13.5。优选地，上述将钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液滴加至聚羧酸减水剂分散液前，还包括：将钙源的水溶液、硅源的水溶液、铝源的水溶液和聚羧酸减水剂分散液进行预热或预冷处理，使二者的温度达到搅拌反应温度，从而使反应在恒定的温度条件下进行，使反应体系更稳定。具体地，预热或预冷处理的步骤为将上述钙源的水溶液、硅源的水溶液、铝源的水溶液和聚羧酸减水剂分散液冷却或加热至5～60℃处理0.5～2h。进一步地，对上述聚羧酸减水剂分散液进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液滴加至聚羧酸减水剂分散液中，调节pH至10.0～13.5，并进行搅拌反应，得到水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液滴加至聚羧酸减水剂分散液中，调节pH至10.0～13.5，并进行搅拌反应，得到水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂。


2.根据权利要求1所述水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，其特征在于，所述钙源为甲酸钙、乙酸钙、硝酸钙、碳酸氢钙、葡萄糖酸钙中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，其特征在于，所述硅源为氟硅酸钠、氟硅酸镁、硅酸钠、偏硅酸钠、硅酸钾中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，其特征在于，所述铝源为硝酸铝、铝酸钠、氢氧化铝中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述水化铝硅酸钙纳米晶核早强剂的制备方法，其特征在于，所述将钙源的水溶液、硅源的水溶液和铝源的水溶液滴加至聚羧酸减水剂分散液的过程中，钙与硅的摩尔比为0.2～1.8，铝与硅的摩尔比0.005～1.0。


6.根据权利要求1所述水化铝硅酸钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王发洲，邹府兵，胡传林，胡曙光，沈坤杰，陶永征，张迈，朱宏伟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42