[发明专利]一种PCE复合晶种型早强剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种PCE复合晶种型早强剂及其制备方法与应用。该制备方法包括以下步骤：将钙质原料和硅质原料、PCE分散剂、研磨介质在砂磨机中研磨反应；再将得到的悬浮液超声处理，制得PCE复合晶种型早强剂。本发明主要利用了火山灰反应原理和机械化学法原理，得到的PCE复合晶种型早强剂平均粒径小，早强效果好，稳定性较高，合成工艺简便，成本低廉，特别适用于工业化大规模生产，具有很好的应用前景。本发明制备的早强剂不含有会损害混凝土后期强度的成分，对水泥基材料的早期强度，特别是超早期强度提升效果显著。

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种PCE复合晶种型早强剂及其制备方法与应用。

技术背景

随着我国建筑行业的不断发展，对混凝土预制构件的需求日益增大，目前绝大部分预制构件厂均采用蒸养的方法来提高构件的早期强度，从而达到快速脱模，提高模具周转速度的目的。但蒸养过程能耗高，污染大，不利于节能减排，且蒸养容易对混凝土造成热损伤，导致混凝土后期出现耐久性问题。传统早强剂如氯盐、硫酸盐、甲酸钙、三乙醇胺等，可以显著提高混凝土的早期强度，但这些早强剂往往引入了对混凝土有害或不相容的成分，造成混凝土后期强度倒缩严重，且产生耐久性问题。

晶种型早强剂是指含有纳米Ca(OH)2、纳米SiO2、纳米C-S-H等晶种的早强剂类型，具有较好的诱导水泥水化、促进早强且无副作用的特性，有研究表明，加入C-S-H晶种能将水化初期的水化硅酸钙的形核势垒降低约50％，从而大幅提高硬化水泥浆体的早期强度。常用的合成方法有预水化水泥法、共沉淀法、溶胶凝胶法、火山灰法等。共沉淀法和溶胶凝胶法的合成工序比较复杂，反应条件苛刻，成本很高，不适用于工业化大批量生产，且合成的产物粒径较大，早强效果不佳，而预水化水泥法得到的晶种颗粒也较大，早强效果不明显。火山灰法有直接合成、水热合成以及机械化学法合成三种，直接合成得到的C-S-H结晶度不高，反应周期长，很难利用；水热合成得到的晶种性能较优，但需要高温高压，能耗高。

机械化学法主要利用研磨设备中的研磨介质对物料进行高强度撞击，对物料提供一定的机械能，加速物料表面的剥落以及各种离子的溶解，从而提高反应速率。这种方法高效且经济环保，逐渐成为主流。传统的研磨设备如球磨机罐磨机等研磨效率较低，出料粒径较大。砂磨机是近年来纳米材料合成领域逐渐兴起的一种研磨设备，它具有研磨效率高，出料粒径小的特点。

氧化钙是一种常见的原料，硅灰作为一种工业副产品，其价格也非常低廉，且硅灰中二氧化硅是一种无定型二氧化硅，具有很高的反应活性。氧化钙与硅灰可以通过发生火山灰反应来生成C-S-H晶种，整个体系不会引入对水泥混凝土有害的成分。PCE自从上世纪80年代被日本学者发明出来以后，以其优异的性能逐渐取代了木质素磺酸盐系、萘系等传统减水剂，PCE不仅是一种高性能减水剂，也是一种良好的分散剂，兼具高效、节能环保的特点。

发明CN110156367A公开由工业固废湿磨制备纳米C-S-H凝胶早强剂的方法。所述纳米C-S-H凝胶是用含有无定型二氧化硅的工业固体废弃物置于湿磨机中反复研磨至平均粒径小于1mm之后，加入一定量的离子促溶剂混合，再研磨至中值粒径为2-4μm，然后再加入生石灰，再次研磨至中值粒径小于100nm，最后再加入稳定剂混匀后采用减压蒸馏法使浆料的固含量浓缩至20％-60wt％。其中所用的工业固废主要为粉煤灰、矿渣、镍渣等，二氧化硅含量比较低，且含量不固定，与生石灰反应效果不佳。湿磨机效率较低，需要进行反复研磨，费时费力。工序复杂，成本较高，得到的产品不易储存，易碳化，不适合工业化大规模生产。

发明内容

基于上述技术背景，针对现有早强剂存在耐久性风险较大，早强效果不佳、材料成本高以及来源有限等问题，本发明提供了一种PCE复合晶种型早强剂及其制备方法。本发明提供的PCE复合晶种型早强剂具有制备工艺简单，适合工业化流水线生产，成本低廉，早强效果好，耐久性风险小等优点。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。