[发明专利]利用纳米C-S-H凝胶制备硫铝酸盐水泥基注浆材料的方法

说明书

本发明提供一种利用纳米C‑S‑H凝胶制备硫铝酸盐水泥基注浆材料的方法。该纳米C‑S‑H凝胶的制备方法包括如下步骤：根据设定的钙硅比采用溶剂来分别配制硅酸盐溶液、钙盐溶液和碱溶液；再将三种溶液以相同速度泵入全返混爆发式成核反应器中迅速反应2‑3min得混合浆液；转入反应釜中，于50～80℃反应5min～11520min；反应结束后离心洗涤至中性得纳米C‑S‑H凝胶，将纳米C‑S‑H凝胶作为外加剂来制备水泥基材料。本发明从简单的原料及晶化时间出发，简便、高效、经济性地合成纳米C‑S‑H凝胶并将其作为外加剂添加到水泥基材料中，具有操作简单、反应条件温和、环境友好等优点，且适宜于规模化制备。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体是涉及一种利用纳米C-S-H凝胶制备硫铝酸盐水泥基注浆材料的方法。

背景技术

硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成主要包括无水硫铝酸钙(C₄A₃S)、硅酸二钙(β-C₂S)、铁铝酸四钙(C₄AF)等矿物。硫铝酸盐水泥具有很多优异的性能，如低温水化性能和较好的抗腐蚀性能等。水泥基材料用于修复加固应用时的水灰比范围为0.5～1.5，大水灰比条件下，硫铝酸盐水泥基材料的抗压强度不能满足要求。

近年来，越来越多的学者将具有纳米结构的材料应用于建筑领域来提高诸如强度、耐久性等方面的性能。纳米材料由于高的比表面能更容易作为水化产物的成核位，从而促进水泥水化产物的进行。常用的纳米材料有纳米SiO₂、纳米CaCO₃等，如，赵延明(赵延明.纳米材料对水泥净浆体系的影响及作用机理研究[D].沈阳大学，2017.)在力学性能试验中掺入1.0％纳米SiO₂，相对于普通试件而言其3d的抗压强度提高了9.72％；在添加1.5％纳米CaCO₃时，相对于普通试件而言其3d的抗压强度提高了9.84％。

依据晶体成核理论，与水泥水化产物具有相同结构的晶种材料能够较好的促进水化产物的进行，硫铝酸盐水泥中β-C₂S的主要水化产物是C-S-H凝胶，因此通过人工合成纳米C-S-H晶种材料来促进硫铝酸盐水泥水化反应的进行具有很好的应用价值和发展潜力。目前有很多学者对C-S-H的合成做了研究，如Jinfeng Sun等(Sun J，Qian B，Xu Z，etal.Effects of synthetic C-S-H/PCE nanocomposites on early cement hydration[J].Construction&Building Materials，2017，140：282-292.)采用共沉淀法在磁力搅拌下养护7d，冷冻干燥48h水洗后再次冷冻干燥48h来合成C-S-H/PCE纳米复合粒子；王宏霞利用硅酸钠和硝酸钙的混合物，养护7d得到C-S-H(王宏霞.掺杂有机大分子水化硅酸钙的结构及键合原理[D].中国建筑材料科学研究院，2005.)；叶家元利用硅酸钠和硝酸钙的混合物在60℃下养护7d来合成C-S-H(叶家元.水化硅酸钙的微观结构特征及其结构模拟[D].中国建筑材料科学研究总院，2007.)，可以发现，目前C-S-H晶种的合成时间都在7d以上，这严重制约了C-S-H的工业化应用，且目前并没有C-S-H凝胶制备硫铝酸盐水泥基注浆材料的相关报道。

因此，为了克服现有技术中出现的上述技术问题，本发明提供一种纳米C-S-H凝胶浆料的制备方法、及该纳米C-S-H凝胶浆料作为外加剂来制备水泥基材料的方法的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用纳米C-S-H凝胶制备硫铝酸盐水泥基注浆材料的方法。本发明制备C-S-H凝胶纳米浆料应用在硫铝酸盐水泥基材料中，可以在大水灰比条件下，显著提高水泥的抗压强度，解决了现有硫铝酸盐水泥在大水灰比条件下抗压强度不能满足要求的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：