[发明专利]混凝土外加剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种混凝土外加剂及其制备方法，先以硝酸镁水溶液、硅酸钠水溶液、正硅酸四乙酯、硝酸钙等为原料制得硅酸钙‑硅酸镁纳米粒子；然后将埃洛石纳米管利用N‑(β‑氨乙基)‑γ‑氨丙基三乙氧基硅烷进行改性处理，得到改性埃洛石纳米管，接着将改性埃洛石纳米管与环氧化树皮粉末反应，得到改性树皮粉末；最后以丙烯酰胺、N‑(4‑氨基苯基)丙烯酰胺为原料进行聚合反应，在聚合过程中加入硅酸钙‑硅酸镁纳米粒子和改性树皮粉末即得。该混凝土外加剂有助于大幅度加速水泥早期水化，早强效果好，并且对氯离子具有很好的吸附固化作用，避免了混凝土被氯离子侵蚀破坏。

技术领域

本发明涉及混凝土加工技术领域，特别地，涉及一种混凝土外加剂及其制备方法。

背景技术

在混凝土的制备过程中，掺入少量但能明显改善混凝土性能的一种特殊产品，称为混凝土外加剂。早强剂是一种加速水泥早期水化，提高混凝土早期强度以满足施工和结构要求的外加剂。当前全球经济发展放缓，环境问题日益突出，加快混凝土的早期水化，提高其早期强度以提高经济效益、加快施工进度、降低CO₂的排放显得尤为重要。同时，随着混凝土技术的发展，工业废弃物作为基本原材料在混土中的应用越来越广泛，在大型预制构件的生产中为了降低早期水化热，提高混凝土耐久性，大量的使用矿粉、粉煤灰等矿物掺合料，因此，混凝土的早期强度发展更为缓慢，影响模具周转和预应力加载等工艺进度。

纳米级的水化硅酸钙是一种常见的早强剂，其与水泥水化产物C-S-H凝胶具有相近的化学结构，能够作为水化产物生长晶种，加速水泥的早期水化反应，具有显著的早强效果。目前，通常选用硝酸钙和硅酸钠的水溶液直接反应生成水化硅酸钙，之后将沉淀产物过滤烘干后制成水化硅酸钙粉末。但实际应用时，这种粉末在混凝土中很难均匀分散开，影响了其早强效果；还有一些资料报道了在分散剂的存在下，选用硝酸钙和硅酸钠的水溶液直接反应生成水化硅酸钙溶胶，这种溶胶储存稳定，可直接应用于混凝土领域。目前常用的水化硅酸钙溶胶本质是利用了溶胶粒子表面的诱导成核作用，其起到诱导作用的仅是表面的部分水化硅酸钙，内部的大量物质起不到早强作用，造成掺量较高，资源浪费严重。

另外，混凝土通常与钢筋搭配使用，而钢筋表面脱钝发生锈蚀是非常不利于混凝土的耐久性的，故防止混凝土侵蚀对于耐久性来说非常重要，氯离子是最具代表性的侵蚀性离子，氯离子从外部环境侵入混凝土内部时，一部分氯离子将同部分水泥矿物相发生化学反应，另一部分氯离子则被吸附在水化产物C-S-H凝胶或者孔壁上。其中，前者称为氯离子化学结合，后者称为氯离子物理吸附，上述现象统称为氯离子固化。此外，还有部分氯离子游离在孔溶液中，被定义为自由氯离子，这部分自由氯离子会导致钢筋锈蚀，而固化氯离子不对钢筋产生锈蚀作用。因此，提高对氯离子的固化量对于混凝土抗侵蚀性是非常重要的。

发明内容

本发明目的在于提供一种混凝土外加剂及其制备方法，以解决早强效果差和氯离子固化性能欠佳等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种混凝土外加剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)先将分散剂加入水中搅拌混匀，边搅拌边同时滴加硝酸镁水溶液和硅酸钠水溶液，第一次搅拌反应，得到纳米硅酸镁悬浊液，控制温度为35～45℃，向纳米硅酸镁悬浊液中加入环己烷，超声波振荡均匀得混合液，接着将混合液与正硅酸四乙酯同时滴入含有硝酸钙和氨水的预混液中，第二次搅拌反应，在氨水的作用下，正硅酸四乙酯与硝酸钙反应并沉积在纳米硅酸镁表面，得到硅酸钙-硅酸镁纳米粒子；

(2)然后将埃洛石纳米管利用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷进行改性处理，得到改性埃洛石纳米管，接着将改性埃洛石纳米管与环氧化树皮粉末反应，得到改性树皮粉末；

(3)最后以丙烯酰胺、N-(4-氨基苯基)丙烯酰胺为原料进行聚合反应，在聚合过程中加入硅酸钙-硅酸镁纳米粒子和改性树皮粉末，即得所述的混凝土外加剂。