一种纳米增强工程水泥基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米增强工程水泥基复合材料及其制备方法，该复合材料按重量份包含以下原料：硅酸盐水泥100

【技术实现步骤摘要】
一种纳米增强工程水泥基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种水泥材料及其制备方法，尤其涉及一种纳米增强工程水泥基复合材料。

技术介绍

[0002]虽然二氧化硅在增强水泥基材料微结构与性能方面的优势明显，但相比于氧化石墨烯等新兴碳纳米材料，纳米二氧化硅仍存在着掺量高、难分散、易团聚等问题。纳米二氧化硅用于增强水泥基材料时的掺量通常在1.0wt.％
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5.0wt.％左右，远高于氧化石墨烯等碳纳米材料的掺量(0.08wt.％左右)。纳米材料的掺量越高，其在水泥高碱性溶液中发生团聚的可能性就越大，团聚后的纳米材料不但失去了其在纳米尺度上具备的优异性能，同时易在水泥硬化基体内形成缺陷，降低了其对水泥基材料微结构与性能的增强效率。
[0003]尽管目前通过超声分散与搅拌、复合表面活性剂、接枝高分子有机聚合物等方法可以有效缓解纳米二氧化硅在水泥高碱性环境中的团聚问题，但这些方法仍存在着合成工艺复杂、制备效率低、分散稳定性差等缺点，导致成本急剧增加，不利用实际工程的推广与应用。并且，高掺量下纳米二氧化硅对水泥基材料的工作性和流变性影响显著，导致新拌水泥浆体粘度变高、流动性变差，导致现场施工难度增大。因此，如何稳定提高纳米二氧化硅在水泥高碱性环境中的分散性与稳定性，同时降低其在水泥基材料中的用量，是实现纳米二氧化硅增强水泥基复合材料工业化应用的关键技术问题。
[0004]相比于纳米二氧化硅颗粒，纳米二氧化硅硅溶胶(colloidal nano
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silica sole,CNS)具有更加优异的分散性、更高的化学反应活性和更强的附着力，可与水泥水化产物形成Si
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O
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Ca化学键合，理论上更加适合优化与调控水泥基性和稳定性，实现超低掺量下纳米二氧化硅硅溶胶对水泥基材料微结构与性能的大幅提升。研究成果不但为高强高韧抗开裂水泥基复合材料的设计提供理论指导，同时为更好地满足国家重大建设工程对高耐久性水泥混凝土材料的重大需求提供技术支撑，具有良好的应用前景。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够节本增效的纳米增强工程水泥基复合材料；
[0006]本专利技术的第二个目的是提供上述纳米增强工程水泥基复合材料的制备方法。
[0007]技术方案：本专利技术所述的纳米增强工程水泥基复合材料，按重量份包含以下原料：硅酸盐水泥100
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400份、砂300
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1200份、聚羧酸减水剂改性纳米二氧化硅溶剂1
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3份、水50
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200份。
[0008]其中，所述的聚羧酸减水剂通过以下方法制备：
[0009](1)向TPEG水溶液中加入乙酸，记为溶液A；
[0010](2)将丙烯酸、VC与水混合后再加入巯基丙酸，记为溶液B；
[0011](3)向溶液A中加入双氧水、硅烷，记为溶液C；
[0012](4)将溶液B逐滴加入溶液C中，保温，然后加入NaOH溶液，溶解后冷却，得到所述聚羧酸减水剂。
[0013]其中，步骤(2)中，所述丙烯酸、VC与水的质量比为15～30:1～2:12～24。
[0014]其中，步骤(1)中，所述TPEG、水和乙酸的质量比为204～408:204～408:1～2。
[0015]其中，步骤(3)中，溶液A、双氧水、硅烷的质量比为414～828:1～2:9～18。
[0016]其中，步骤(4)中，溶液B与溶液C的质量比为3～6:1～2。
[0017]其中，所述的聚羧酸减水剂改性纳米二氧化硅通过以下方法制备：将制备的聚羧酸减水剂滴加至纳米二氧化硅溶液中进行反应，反应结束后过滤，得到所述聚羧酸减水剂改性纳米二氧化硅。
[0018]其中，所述聚羧酸减水剂与纳米二氧化硅的质量比为5～15:1～3。
[0019]其中，步骤(2)中，所述反应的时间为4～5h。
[0020]上述的纳米增强工程水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)将硅酸盐水泥、水、砂混合，得混合料；
[0022](2)将聚羧酸减水剂改性纳米二氧化硅加入到混合料中混合，即得到所述纳米增强工程水泥基复合材料。
[0023]有益效果：本专利技术与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)由于改性后的纳米二氧化硅能一直保持高分散性和高稳定性的特点，使得它能在低掺量的条件下也能发挥着很好的改善水泥基材料性能的作用，这即降低了生产成本又同时达到的增强的作用，是一种节本增效型新型建筑材料。(2)采用自制聚羧酸减水剂对纳米二氧化硅硅溶胶进行改性，使其达到高分散性，高稳定性的效果，并且以低掺量形式添加到水泥基材料中达到增强水泥制品性能的效果。(3)产品抗压抗折强度与未添加纳米二氧化硅相比具有不同程度的提高。(4)产品的吸水率与未添加纳米二氧化硅相比具有不同程度的降低。
附图说明
[0024]图1为实施例1、2、3中的PCE@CNS和对比例3的NS的动态光散射结果；
[0025]图2为实施例1、2、3中的PCE@CNS和对比例3的NS的傅里叶变换红外光谱对比图；
[0026]图3为实施例1、2、3中的PCE@CNS和对比例3的NS在水溶液中的分散形态；
[0027]图4为实施例3中的PCE@CNS和对比例3的NS在CH溶液中的UV
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Vis图谱。
具体实施方式
[0028]下面对本专利技术作进一步详细描述。
[0029]实施例1
[0030]一种节本增效型纳米增强工程水泥基复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
[0031]P
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I42.5型硅酸盐水泥450g、标准砂1350g、聚羧酸减水剂改性纳米二氧化硅1.13g、水225g。
[0032]其中，硅酸盐水泥密度为3.12g/cm3。标准砂为GSB 08
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1337。纳米二氧化硅改性前：分子质量60.08；密度1.12g/cm3；固含量30％；Zeta电位
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39.4；pH值10；粒径10nm
±
5nm，纳米二氧化硅改性后固含量20％
±
2％。水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63
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2006)的要求。
[0033]首先，制备聚羧酸减水剂，包括以下步骤：
[0034](1)称取TPEG固体102.22g倒入500ml三口烧瓶，加入102.22g去离子水，在40℃的水浴锅中使用搅拌机以300rmp转速搅拌5min，直至完全溶解。向上述溶液中加入0.5g乙酸，然后在磁力机上搅拌10min，上述配制的溶液为溶液A；
[0035](2)引发剂溶液B的配置：将12.4g丙烯酸、0.81g VC和10g水倒入100ml烧杯中在磁力搅拌机上5min搅拌。然后再加入0.84g巯基丙酸和41g水，在磁力搅拌机上5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米增强工程水泥基复合材料，其特征在于，按重量份包含以下原料：硅酸盐水泥100
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400份、砂300
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1200份、聚羧酸减水剂改性纳米二氧化硅溶剂1
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3份、水50
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200份。2.根据权利要求1所述的纳米增强工程水泥基复合材料，其特征在于，所述的聚羧酸减水剂通过以下方法制备：(1)向TPEG水溶液中加入乙酸，记为溶液A；(2)将丙烯酸、VC与水混合后再加入巯基丙酸，记为溶液B；(3)向溶液A中加入双氧水、硅烷，记为溶液C；(4)将溶液B逐滴加入溶液C中，保温，然后加入NaOH溶液，溶解后冷却，得到所述聚羧酸减水剂。3.根据权利要求2所述的纳米增强工程水泥基复合材料，其特征在于，步骤(2)中，所述丙烯酸、VC与水的质量比为15～30:1～2:12～24。4.根据权利要求2所述的纳米增强工程水泥基复合材料，其特征在于，步骤(1)中，所述TPEG、水和乙酸的质量比为204～408:204～408:1～2。5.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋金洋，缪剑雄，卢立群，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：