[发明专利]不同硅质原料合成纳米C-S-H凝胶的方法及作为早强剂的应用

说明书

本发明提供一种不同硅质原料合成纳米C‑S‑H凝胶的方法及作为早强剂的应用。本发明制备的不同钙硅比条件下的纳米C‑S‑H凝胶浆料作为早强剂添加到水泥基材料中，能显著提高水泥的早期强度，反应2h得硫铝酸盐水泥用纳米C‑S‑H凝胶浆料，反应24h得普通硅酸盐水泥用纳米C‑S‑H凝胶浆料，能极大的缩短了反应周期，且效果较好，具有广阔的应用前景。本发明制备纳米C‑S‑H凝胶浆料的方法操作简单，所用原料为硅酸盐、钙盐、氢氧化钠，原料易得，成本低，并且重复性好。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体是涉及一种不同硅质原料合成纳米C-S-H凝胶的方法及作为早强剂在水泥基材料中的应用。

背景技术

目前在建筑行业，常用的水泥种类有硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。硫铝酸盐水泥为特种水泥，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。普通硅酸盐水泥较特种水泥成本低，原料来源广泛，具有广泛应用的可能，但因其早期强度低尚且不能满足一些工程的需求，故需要对其进行改性以满足特殊施工条件的要求。

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，水泥硬化浆体实际上是由C-S-H凝胶为主凝聚而成的初级纳米材料，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,et al.Effects of synthetic C-S-H/PCE nanocomposites on early cementhydration[J].ConstructionBuilding 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。

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

本发明的目的是克服上述现有技术中不足，高效制备纳米C-S-H凝胶浆料，提出一种纳米C-S-H凝胶浆料的制备方法及其在水泥基材料中的应用。本发明制备纳米C-S-H凝胶浆料应用在水泥基材料中，可以显著提高水泥的抗压强度，解决了现有普通硅酸盐水泥在早期强度发展中抗压强度不能满足施工条件的问题、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：