本发明专利技术提供了一种减缩增强纳米材料，其包括70‑90％的改性二样化硅、10‑25％的纳米膨胀剂、0‑5％的纳米硅酸钙晶核和/或0‑5％的水化动力学调节剂。通过孔结构优化与表面改性的二氧化硅，可有效提升材料与水的亲和力，具有高达60％的含水率，可增加混凝土内部的湿度，具有一定内养护功能；同时其包含的纳米膨胀剂可形成体积膨胀化合物，与改性二氧化硅协同作用，可降低混凝土的收缩，大大提高其体积的稳定性；再有所述减缩增强复合纳米材料的微纳米结构，可优化混凝土孔隙结构，从而提高混凝土的力学性能。本发明专利技术提供的包含所述减缩增强复合纳米材料的混凝土及其应用，可在有效控制UHPC前期收缩的前提下，满足工程实际需求的力学性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米复合材料，尤其是涉及一种减缩增强纳米复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前，超高性能混凝土(简称uhpc)是一种优异的水泥基复合材料，具有比普通混凝土更高的强度、更优的韧性和更好的耐久性。它满足了结构工程向高度更高、跨度更大、荷载更重的方向发展的需求。尽管uhpc具有众多优点，仍存在一些无法避免的缺陷，尤其是收缩问题。收缩对建筑物的使用寿命和强度具有重要影响，持续的形变可能导致裂缝、凹陷等损害。水、可溶性盐和空气渗入混凝土内部，还可能引发钢筋腐蚀，从而降低建筑材料的性能。因此，建筑行业正在探索各种方法来减少收缩。这些方法包括优化施工技术和养护手段，以及通过添加减缩剂、养护材料、膨胀剂等功能组分来尝试减缩。
2、专利cn110606690a公开了二氧化硅为微球骨架，依靠壳聚糖分子甲基丙烯酸聚合提高吸液倍率来进行减缩。然而吸水树脂一般在失水后体积收缩容易形成空隙。专利cn105693166a公开了一种使用粗骨料制备uhpc的方法，经过大量研究表明仅添加粗骨料的方法控制收缩，效果比较有限。专利cn106747112b公开了一种制备低收缩uhpc的方法。这种方法虽然能够有效地降低uhpc的自收缩和干燥收缩，但是所得到的uhpc在28天的抗压强度均低于120mpa，这与工程实际应用要求相比存在较大的差距。
3、综上分析可以发现，如何在有效控制收缩的前提下保证uhpc满足工程实际需求的力学性能，依然是uhpc领域目前所面临的主要技术难题。
技术实现思路</p>1、本专利技术的目的在于提供一种减缩增强复合纳米材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的在有效控制收缩的前提下保证uhpc力学性能的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种减缩增强复合纳米材料，包括改性多孔二氧化硅、纳米膨胀剂、纳米硅酸钙晶核和/或水化动力学调节剂；
3、所述改性多孔二氧化硅为羧基化改性多孔二氧化硅或羟基活化改性多孔二氧化硅；
4、所述纳米膨胀剂选自纳米氧化镁、纳米氧化钙、纳米硫铝酸钙中的一种或多种混合物。
5、进一步地，所述改性多孔二氧化硅为球形，比表面积≥60m2/g，孔径分布为1.55-50nm，粒径分布为1-20μm；其多孔结构可有效提升材料与水的亲和力，具有高达60％的含水率，可增加混凝土内部的湿度
6、所述纳米膨胀剂的粒径＜100nm；可形成体积膨胀化合物，与改性二氧化硅协同作用，可降低混凝土的收缩，大大提高其体积的稳定性
7、所述纳米硅酸钙晶核为纤维型，晶核粒径为10-20nm；
8、所述的水化动力学调节剂选自多糖、海藻酸盐、丙烯酸盐中的一种或多种混合物。
9、进一步地，所述各组份的质量比如下：
10、70-90％的改性多孔二氧化硅、10-25％的纳米膨胀剂、0-5％的纳米硅酸钙晶核和/或0-5％的水化动力学调节剂。
11、进一步地，所述羧基化改性多孔二氧化硅的制备步骤如下：
12、步骤a1，按照1：1-2的质量比，称取多孔二氧化硅和羧基改性剂；
13、步骤a2，将称取的所述多孔二氧化硅和羧基改性剂置于有机溶剂中，以60-150rpm的速率搅拌，在室温下进行混合反应2-8h；
14、步骤a3，经过超声离心洗涤5-8次后，得到羧基改性的多孔二氧化硅。
15、优选地，制备步骤a1中所述羧基改性剂选自苯偏三酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐中的一种或多种混合物；
16、制备步骤a2中所述有机溶剂选自乙醇、异丙醇、乙二醇和/或丙二醇中的一种或多种混合物。
17、优选地，制备步骤a2中所述混合反应的混合方式选自三维混合、v型混合和/或高速混合中的一种或多种。
18、进一步地，所述羟基活化改性多孔二氧化硅的制备步骤如下：
19、步骤b1，将所述多孔二氧化硅溶解于浓度为5％的稀盐酸溶液中，按照每100m l稀盐酸溶液中溶解4-10g的比例溶解，在100℃下进行机械搅拌，搅拌速率为30-80rpm，回流2h；
20、步骤b2，冷却后，用水洗涤3-5次，离心收集，即得到所述羟基活化改性多孔二氧化硅。
21、本专利技术提供一种上述纳米复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
22、步骤s1，多孔二氧化硅的表面处理：将多孔二氧化硅经过羧基化改性或羟基活化过程，得到改性多孔二氧化硅；
23、步骤s2，多孔二氧化硅的饱和吸水：将所述改性多孔二氧化硅在0.1-0.12mpa的压力下，置于水蒸气中进行饱和吸水20min，取出并在不高于60℃的烘箱中烘至表干，得到保水改性多孔二氧化硅；
24、步骤s3，减缩增强复合纳米材料的制备：取70-90％的所述保水改性多孔二氧化硅、10-25％所述纳米膨胀剂、0-5％的硅酸钙晶核、0-5％的水化动力学调节剂经过粉体混合改性机混合，得到所述减缩增强复合纳米材料；
25、以上配比均按质量分数计。
26、本专利技术提供一种包含上述的复合纳米材料的混凝土，其包括普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、所述减缩增强纳米复合材料，水胶比为0.1-0.2；
27、所述减缩增强纳米材料的用量为所述胶凝体系质量的1-5％。
28、本专利技术还提供一种上述的减缩增强复合纳米材料在制备混凝土中的应用。
29、采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
30、本专利技术提供的减缩增强复合纳米材料具有可以减少uhpc早期收缩，提高混凝土力学性能的有益效果。其包含通过孔结构优化与表面改性的二氧化硅，可有效提升材料与水的亲和力，具有高达60％的含水率，可增加混凝土内部的湿度，具有一定内养护功能；同时其包含的纳米膨胀剂可形成体积膨胀化合物，与改性二氧化硅协同作用，可降低混凝土的收缩，大大提高其体积的稳定性；再有所述减缩增强复合纳米材料为微纳米结构，具有晶核效应与填充效应，优化混凝土孔隙结构，从而提高混凝土的力学性能。本专利技术提供的包含所述减缩增强复合纳米材料的混凝土及应用，可在有效控制uhpc前期收缩的前提下，满足工程实际需求的力学性能。
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【技术保护点】
1.一种减缩增强复合纳米材料，其特征在于，包括改性多孔二氧化硅、纳米膨胀剂、纳米硅酸钙晶核和/或水化动力学调节剂；
2.根据权利要求1所述的复合纳米材料，其特征在于，所述改性多孔二氧化硅为球形，比表面积≥60m2/g，孔径分布为1.55-50nm，粒径分布为1-20μm；
3.根据权利要求1所述的复合纳米材料，其特征在于，所述各组份的质量比如下：
4.根据权利要求1所述的复合纳米材料，其特征在于，所述羧基化改性多孔二氧化硅的制备步骤如下：
5.根据权利要求4所述的复合纳米材料，其特征在于，制备步骤A1中所述羧基改性剂选自苯偏三酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐中的一种或多种混合物；
6.根据权利要求4所述的复合纳米材料，其特征在于，制备步骤A2中所述混合反应的混合方式选自三维混合、V型混合和/或高速混合中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的复合纳米材料，其特征在于，所述羟基活化改性多孔二氧化硅的制备步骤如下：
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：>
9.一种包含根据权利要求1-7任一项所述的复合纳米材料的混凝土，其特征在于，包括普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、所述减缩增强纳米复合材料，水胶比为0.1-0.2；
10.一种根据权利要求1-7任一项所述的减缩增强复合纳米材料在制备混凝土中的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种减缩增强复合纳米材料，其特征在于，包括改性多孔二氧化硅、纳米膨胀剂、纳米硅酸钙晶核和/或水化动力学调节剂；
2.根据权利要求1所述的复合纳米材料，其特征在于，所述改性多孔二氧化硅为球形，比表面积≥60m2/g，孔径分布为1.55-50nm，粒径分布为1-20μm；
3.根据权利要求1所述的复合纳米材料，其特征在于，所述各组份的质量比如下：
4.根据权利要求1所述的复合纳米材料，其特征在于，所述羧基化改性多孔二氧化硅的制备步骤如下：
5.根据权利要求4所述的复合纳米材料，其特征在于，制备步骤a1中所述羧基改性剂选自苯偏三酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐中的一种或多种混合物；
【专利技术属性】
技术研发人员：高育欣，杨文，闫松龄，刘明，张磊，张意，曾超，王琴，陈煜，靳紫昊，
申请(专利权)人：中建西部建设建材科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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