[发明专利]一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法

说明书

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种利用溶胶凝胶技术制备超分散高纯态纳米水泥的方法。

背景技术

混凝土是目前人类使用最大宗、应用最广泛的建筑材料。水泥是制造混凝土的主要胶凝材料，对混凝土的工作性、强度和耐久性有重要影响。我国每年生产超过19亿吨的熟料，25亿吨的水泥，占世界总产量的60%以上；每年消耗超过60亿吨，占世界总用量的50%以上。因此，开发新型水泥，深入研究现代水泥基材料的性能具有显著的社会和经济价值。

工业上生产水泥是以石灰质材料和黏土质材料为原料，辅以石英砂、黄铁矿渣等硅质、铁质和铝质的校正材料，经研磨和混合后喂入旋转窑进行高温煅烧。高温煅烧过程中原料发生固相烧结反应。按出现的先后顺序，最终的生成物主要是C₄AF、C₃A、C₂S和C₃S，期间夹杂有Mn⁴⁺、Pb³⁺、Mg⁴⁺等离子的掺杂，及CA、CF、C₂F、C₁₂A₇单矿和C₂AS、C₃AS₃、C₃MS₂等固溶物生成。

市场上直接出售的水泥不仅其熟料掺杂有较多的离子，如Na⁺、K⁺和F⁺等，也常含有较多的掺合料如粉煤灰、等，给试验研究和结果分析带来困难。因此，科研人员多利用实验室条件，借助固相烧结法和湿化学方法来自行合成高纯态水泥。

利用固相烧结法合成高纯态水泥时，通常是以CaO、CaCO₃或Ca(OH)₃为钙源，以Fe₂O₃或Fe₃O₄为铁源，以Al₂O₃或Al(OH)₃为铝源，SiO₂为硅源，经混料器长时间搅拌或“球磨法”混合之后，在高温1450 °C左右反复研磨并长时间煅烧2-3次，直至产物中的CaO含量低于1.0%。

利用湿化学反应方法合成高纯态水泥时，通常是分别合成C₄AF、C₃A、C₂S和C₃S，然后再将各产物按适当的比例进行混合。合成C₂S和C₃S多采用溶胶凝胶技术，以正硅酸四乙酯(Si(OC₂H₅)₄)为为硅源，硝酸钙(Ca(NO₃)₂·4H₂O)为钙源，形成凝胶后再高温煅烧。合成C₄AF和C₃A常以硝酸钙(Ca(NO₃)₂·4H₂O)、硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)和硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)为原料，六次甲基四胺(C₆H₁₆N₄)、乙二醇(C₂H₆O₂)、乙酰丙酮(C₅H₈O₂)和乙酰胺(CH₃CONH₂)等调节剂，形成溶胶或凝胶后经进一步的脱水和高温煅烧即可制成，然后再将分别制得的C₄AF、C₃A、C₂S和C₃S单矿研磨并混合均匀，并加入石膏(CaSO₄·2H₂O)以调节凝结时间。