一种掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术属于海工混凝土生产技术领域，具体涉及一种掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土及其制备方法。该方法包括以下步骤:(1)分别称取适量的硅烷偶联剂和硅溶胶，放入去离子水和乙醇的混合溶液组成的助溶剂中，混合均匀后装入冷凝回流装置，收集反应后的溶液，即可得到改性硅溶胶；(2)硅溶胶加入到水中搅拌均匀，得到改性硅溶胶再与剩余原料水泥、水、骨料、矿物掺合料、减水剂混合均匀；(3)将步骤(2)中得到的混合物入模成型、养护。该混凝土掺加了能够解决纳米二氧化硅颗粒分散不均匀、易团聚问题的改性硅溶胶，所制备的混凝土有效的减缓氯离子的渗透及氯离子对钢筋的腐蚀，提高混凝土的耐久性。的耐久性。的耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术属于海工混凝土生产
，具体涉及一种掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于海水环境的复杂性，混凝土在海水环境中的耐久性问题一直是人们研究的重点。混凝土的多孔结构，使海水中的侵蚀性离子容易渗透到混凝土内部，其中氯离子会腐蚀钢筋，造成钢筋锈蚀膨胀，使钢筋结合处的混凝土容易产生裂纹，在外力或外界环境的长期作用下，混凝土构件或建筑断裂损毁，缩短混凝土建筑的使用寿命；硫酸根离子和镁离子渗透到混凝土内部，会产生膨胀性水化产物(AFt或Mg(OH)2)而使混凝土膨胀开裂，降低混凝土的耐久性。
[0003]近年来纳米技术发展迅速，纳米材料应用广泛，其中纳米二氧化硅因其具有火山灰活性、晶核效应和填充效应等优势，不仅可以通过与氢氧化钙反应生成额外的水化硅酸钙(C
‑
S
‑
H)和作为水化产物的成核位点加速水化，还可以在纳米尺度填充混凝土的孔隙，提高水泥基材料的强度和致密性混凝土致密性。但纳米二氧化硅表面存在大量羟基，自身容易发生团聚，并吸附水分子影响水泥基材料浆体流动性。硅溶胶中的纳米二氧化硅颗粒虽然成单分散状态，但是在水泥环境中容易与Ca(OH)2发生聚合，同样影响纳米颗粒的分散。因此将硅溶胶进行改性，提高其在水泥混凝土环境中分散性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供一种掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土及其制备方法。该混凝土掺加了能够解决纳米二氧化硅颗粒分散不均匀、易团聚问题的改性硅溶胶，所制备的混凝土致密度和强度较高，孔隙率较低(介于10～12％)，同时能够有效的减缓氯离子的渗透及氯离子对钢筋的腐蚀，提高混凝土的耐久性。
[0005]一方面，本专利技术提供一种掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)改性硅溶胶的制备：分别称取适量的硅烷偶联剂和硅溶胶，放入去离子水和乙醇的混合溶液组成的助溶剂中，混合均匀后装入冷凝回流装置，冷凝回流后，冷却收集反应后的溶液，即可得到改性硅溶胶；
[0007](2)按照配方分别称取原料：水泥、水、骨料、矿物掺合料、减水剂、改性硅溶胶；改性硅溶胶加入到水中搅拌均匀，得到混合液再与剩余原料水泥、水、骨料、矿物掺合料、减水剂混合均匀；
[0008](3)将步骤(2)中得到的混合物入模成型、养护。
[0009]本方案的进一步改进，步骤(1)所述硅烷偶联剂的种类为KH550，KH560或KH570；所硅烷偶联剂与硅溶胶用量的比例为1:3
‑
1:5；混合均匀的超声时间为20
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30min；冷凝回流温度为40
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70℃，pH为2
‑
9，冷凝回流的时间为5
‑
8h。
[0010]本方案的进一步改进，其特征在于：步骤(2)所述的原料由以下重量份组成：硅酸盐水泥：400
‑
600份，水：140
‑
210份，骨料：1200
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1800份，矿物掺合料：25
‑
35份，减水剂：4
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8份。
[0011]本方案的进一步改进，步骤(2)所述的骨料按重量份计，骨料级配为10
‑
20份0.075
‑
0.15mm骨料、60
‑
80份1.18
‑
2.36mm骨料、160
‑
180份9.5
‑
16mm骨料。
[0012]本方案的进一步改进，步骤(2)所述的矿物掺合料按重量份计组成为40份粉煤灰和60份矿渣。
[0013]本方案的进一步改进，步骤(2)所述的减水剂为聚羧酸减水剂，减水率在14％
‑
16％。
[0014]本方案的进一步改进，步骤(2)硅溶胶加入到水中搅拌匀，搅拌时间为3
‑
5min。
[0015]本方案的进一步改进，步骤(2)所述的改性硅溶胶的pH值为9
‑
10，所述的改性硅溶胶的添加比例按重量计为10
‑
20份，所述的改性硅溶胶中纳米二氧化硅颗粒的含量为30％
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50％，所述的改性硅溶胶中纳米二氧化硅颗粒表面有机官能团的接枝率为10％
‑
40％。
[0016]本方案的进一步改进，掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)改性硅溶胶的制备：分别称取适量的硅烷偶联剂和硅溶胶于烧杯中，另准备体积比为1:1的去离子水和乙醇的混合溶液作助溶剂备用，将硅烷偶联剂，硅溶胶和助溶剂混合后，超声混合均匀，装入冷凝回流装置的烧瓶中，调节温度、pH，冷凝回流一段时间后，冷却收集反应后的溶液，即可得到改性硅溶胶；
[0018](2)按照配方分别称取原料：水泥、水、骨料、矿物掺合料、减水剂、改性硅溶胶，改性硅溶胶加入到水中搅拌均匀，得到改性硅溶胶与水的混合液A；
[0019]将称取的水泥、骨料、矿物掺合料、减水剂及混合液A倒入行星式砂浆搅拌机中搅拌使之均匀。
[0020](3)将步骤(2)中得到的混合物入模成型并放入标准养护室带模养护28天。
[0021]另一方面，本专利技术提供上述的制备方法得到的混凝土。
[0022]高抗硫酸盐硅酸盐水泥为本专利技术使用的胶凝材料。严格控制水泥中铝酸三钙含量(小于3wt％)，可最大限度地减少石膏和AFt的形成，减轻硫酸盐对混凝土的侵蚀。矿物掺合料取代部分水泥，不仅能够降低水化热还具有一定的活性，改善混凝土的性能。骨料作为填充材料，能够使水泥浆具有更高的体积稳定性和更好的耐久性。减水剂能够破坏水泥颗粒的絮凝结构，起到分散水泥颗粒的作用，提高混凝土拌合物的流动性。所述的改性硅溶胶是在普通硅溶胶的基础上进行改性，使硅溶胶表面接枝上有机官能团，通过增加空间位阻，提高纳米二氧化硅颗粒分散性，使改性硅溶胶能够更好地在水泥混凝土中发挥晶核、火山灰和填充效应，从而提高水泥混凝土的强度和致密度，减缓侵蚀性离子的渗透作用，此外，有机官能团的疏水性也可以降低透水性，减轻钢筋的腐蚀，提高海工混凝土的耐久性。
[0023]现有的纳米二氧化硅表面含有大量亲水性的羟基，使其容易成团聚体而非单分散状态存在，这对纳米二氧化硅在水泥基材料中的分散有一定的影响，因此不能很好的发挥其晶核效应，火山灰效应和填充效应。硅溶胶的合成是为了解决纳米二氧化硅颗粒的团聚问题，其可以看成是纳米二氧化硅颗粒在水中均匀分散的水溶液。硅溶胶的内部分子结构是Si
‑
O四面体的网络结构，表面存在Si
‑
OH，能够结合分散介质中的H
+
或OH
‑
，从而使硅溶胶
表面带有相同的电荷，通过同性相斥的原理，实现颗粒单分散的效果。但是硅溶胶在水泥基材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)改性硅溶胶的制备：分别称取适量的硅烷偶联剂和硅溶胶，放入去离子水和乙醇的混合溶液组成的助溶剂中，混合均匀后装入冷凝回流装置，冷凝回流后，冷却收集反应后的溶液，即可得到改性硅溶胶；(2)按照配方分别称取原料：水泥、水、骨料、矿物掺合料、减水剂、改性硅溶胶；改性硅溶胶加入到水中搅拌均匀，得到混合液再与剩余原料水泥、水、骨料、矿物掺合料、减水剂混合均匀；(3)将步骤(2)中得到的混合物入模成型、养护。2.根据权利要求1所述的掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土制备方法，其特征在于：步骤(1)所述硅烷偶联剂的种类为KH550，KH560或KH570；所硅烷偶联剂与硅溶胶用量的比例为1:3
‑
1:5；混合均匀的超声时间为20
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30min；冷凝回流温度为40
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70℃，pH为2
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9，冷凝回流的时间为5
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8h。3.根据权利要求1所述的掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的原料由以下重量份组成：硅酸盐水泥：400
‑
600份，水：140
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210份，骨料：1200
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1800份，矿物掺合料：25
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35份，减水剂：4
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8份。4.根据权利要求1所述的掺加改性硅溶胶的高耐久性海工混凝土制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的骨料按重量份计，骨料级配为10
‑
20份0.075
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0.15mm骨料、60
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80份1.18
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2.36mm骨料、160
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180份9.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：芦令超，徐郡，栾玥铮，聂江婷，陈国彬，王爽，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：