一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及
建筑材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種
水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法。
背景技術(shù)
[0002] 早強(qiáng)劑是一種
加速水泥水化、提高水泥基材料
早期強(qiáng)度的添加劑。水化硅酸鈣(C-S-H)是一種常見的早強(qiáng)劑。通常，選取硅酸鈉和
硝酸鈣作為硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料，進(jìn)行溶液反應(yīng)法制備水化硅酸鈣。具體來說，實(shí)驗(yàn)室制備過程中，首先按一定的鈣硅比和水固比將硅酸鈉和硝酸鈣稱量并加水溶解；然后將溶解形成的硅酸鈉溶液和硝酸鈣溶液混合，同時(shí)加入去離子水，在水浴條件下反應(yīng)；最后，待反應(yīng)完全后將所得產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、抽濾、干燥工序處理，從而得到水化硅酸鈣粉末。該粉末狀態(tài)的水化硅酸鈣可以直接用作早強(qiáng)劑。
[0003] 然而，前述水化硅酸鈣制備方法，存在以下問題：一是水化硅酸鈣產(chǎn)品以粉末形態(tài)存在，由于在工程應(yīng)用中摻量很少，因此稱量困難，誤差較大，粉末在
混凝土拌合物中分散不均，影響水泥基材料的
質(zhì)量；二是水化硅酸鈣粉末制備過程中需要干燥及粉磨等工序，設(shè)備投入較大，制備成本較高；三是制備水化硅酸鈣粉末的反應(yīng)過程中一般要進(jìn)行恒溫水浴、反應(yīng)溶液
堿度調(diào)控以及反應(yīng)產(chǎn)物去離子水清洗等步驟，制備工序比較繁瑣。
[0004] 因此，如何提供一種制備工序簡(jiǎn)單、方便儲(chǔ)存和稱量的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法，以解決傳統(tǒng)的水化硅酸鈣粉末制備工序復(fù)雜、成本較高、不易儲(chǔ)存和稱量、早強(qiáng)效果不理想的問題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，它的原料包括：鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、凝膠分散劑和水，其中所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的重量比為0.3～3：1，所述水的重量與所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的總重量比為5～30：1,所述凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～0.50％。
[0008] 進(jìn)一步地，所述凝膠分散劑為
萘磺酸鹽甲
醛縮合物等高分子
聚合物。
[0009] 進(jìn)一步地，所述硅質(zhì)材料為硅酸鈉粉末。
[0010] 進(jìn)一步地，所述鈣質(zhì)材料為硝酸鈣晶體。
[0011] 一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑的制備方法，包括如下步驟：
[0012] 步驟一：準(zhǔn)確稱量所述硅酸鈉粉末、硝酸鈣晶體以及水備用；
[0013] 步驟二：將步驟一所述的水分為兩份，一份用于配制所述硅酸鈉的水溶液，另一份用于配制所述硝酸鈣的水溶液，并分別攪拌預(yù)定時(shí)間，所述預(yù)定時(shí)間為5s～60s；
[0014] 步驟三：分別往所述硅酸鈉的水溶液和所述硝酸鈣的水溶液中加入所述質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～0.50％凝膠分散劑，并攪拌5s～60s；
[0015] 步驟四；將所述硅酸鈉的水溶液與所述硝酸鈣的水溶液混合，并攪拌一定時(shí)間，所述一定時(shí)間為30s～420s，即生成所述C-S-H凝膠溶液早強(qiáng)劑。
[0016] 進(jìn)一步地，所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的摩爾比為1：1，所述水的重量與所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的總重量比為5：1，所述凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20％；所述步驟二中的預(yù)定時(shí)間為30s；所述步驟四中的一定時(shí)間為420s。
[0017] 進(jìn)一步地，所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的摩爾比為0.8：1，所述水的重量與所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的總重量比為10：1，所述凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30％；所述步驟二中的預(yù)定時(shí)間為45s；所述步驟四中的一定時(shí)間為300s。
[0018] 本發(fā)明與
現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0019] 1、本發(fā)明的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，包括：鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、凝膠分散劑和水，其中鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的重量比為0.3～3：1，水的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的總重量比為5～30：1，凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～0.50％。該水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑與沒有添加早強(qiáng)劑的水泥基材料相比，1d抗折強(qiáng)度提升了27.6％，抗壓強(qiáng)度提升了129.4％；提升幅度分別是傳統(tǒng)水化硅酸鈣粉末早強(qiáng)劑的2.16倍、4.92倍。而且該早強(qiáng)劑以混合形態(tài)存在，可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存，方便運(yùn)輸與稱量，能較好地保持該早強(qiáng)劑在混合溶液中的分散均勻性和
穩(wěn)定性。
[0020] 2、本發(fā)明的首先準(zhǔn)確稱量硅酸鈉粉末、硝酸鈣晶體以及水備用；然后分別配制硅酸鈉水溶液和硝酸鈣水溶液；接著分別往硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～0.50％凝膠分散劑；最后將添加有凝膠分散劑的兩種溶液混合反應(yīng)一定時(shí)間，即制得水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑。該制備方法在常溫下即可進(jìn)行，無需恒溫水浴、反應(yīng)溶液堿度調(diào)控以及反應(yīng)產(chǎn)物去離子水清洗、干燥和粉磨，也無需抽濾與再分散，操作簡(jiǎn)便，大大減少了制備過程中的設(shè)備投入，節(jié)省了成本。
具體實(shí)施方式
[0021] 以下結(jié)合具體
實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和
權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。
[0022] 實(shí)施例一
[0023] 一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，它的原料包括：鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、凝膠分散劑和水，其中鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的重量比為0.3～3：1，水的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的總重量比為5～30：1，凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～0.50％。
[0024] 具體來說，為了取材方便，硅質(zhì)材料為硅酸鈉粉末，鈣質(zhì)材料為硝酸鈣晶體。根據(jù)水的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的總重量比(即水固比)、鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的重量比(鈣硅比)分別計(jì)算出硅酸鈉、硝酸鈣及水的用量，并準(zhǔn)確稱量備用。而且，本發(fā)明選擇萘磺酸鹽甲醛縮合物等高分子聚合物作為凝膠分散劑，該凝膠分散劑為高分子聚合物與小分子有機(jī)物的復(fù)合產(chǎn)品，該凝膠分散劑能顯著提高凝膠在混合溶液中的分散效果。此外，該硅酸鈣凝膠溶液以混合形態(tài)存在，可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存，能有效保持硅酸鈣凝膠體系的均勻性，便于運(yùn)輸。而且在使用該硅酸鈣凝膠溶液作為早強(qiáng)劑時(shí)，稱量方便，稱量誤差小。
[0025] 實(shí)施例二
[0026] 水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑的原料為：鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的摩爾比為1：1，水的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的總重量比為5：1，凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20％。此時(shí)，制備水化硅酸鈣凝膠溶液時(shí)，配制硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液時(shí)分別需要攪拌20s，加入分散劑后分別需要攪拌30s，而且，硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液反應(yīng)時(shí)，需要攪拌360s。最后制作得到的產(chǎn)物為乳白色的凝膠態(tài)液體，即為水化硅酸鈣凝膠混合溶液。此時(shí)，該水化硅酸鈣凝膠混合溶液中水化硅酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為5％。
[0027] 實(shí)施例三
[0028] 水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑的原料為：鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的摩爾比為0.8：1，水的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的總重量比為10：1，凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30％。此時(shí)，制備水化硅酸鈣凝膠溶液時(shí)，配制硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液時(shí)分別需要攪拌25s。，加入分散劑后分別需要攪拌45s，而且，硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液反應(yīng)時(shí)，需要攪拌300s。最后制作得到的產(chǎn)物為乳白色的凝膠態(tài)液體，即為水化硅酸鈣凝膠混合溶液。
此時(shí)，該水化硅酸鈣凝膠混合溶液中水化硅酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3％。
[0029] 特別地，為了便于說明本發(fā)明的水化硅酸鈣凝膠溶液的早強(qiáng)效果，
發(fā)明人進(jìn)行了水泥凈漿實(shí)驗(yàn)，并預(yù)定早強(qiáng)劑摻量1％、水灰比0.35。水泥質(zhì)量為1500g,此時(shí)需要15g水化硅酸鈣溶質(zhì)。
[0030] 如表(一)所示，為本發(fā)明制作得到的水化硅酸鈣凝膠溶液與傳統(tǒng)的粉末狀的水化硅酸鈣用于水泥基材料早強(qiáng)劑的效果比較。比較齡期為1天。
[0031]
[0032] 表(一)
[0033] 從表(一)可以看出，添加了傳統(tǒng)的水化硅酸鈣粉末的水泥基材料與沒有添加早強(qiáng)劑的水泥基材料相比，一天后，抗折強(qiáng)度提升了12.8％，抗壓強(qiáng)度提升了26.3％，早強(qiáng)效果一般。而添加了本發(fā)明制作的水化硅酸鈣凝膠溶液的水泥基材料與沒有添加早強(qiáng)劑的水泥基材料相比，一天后，抗折強(qiáng)度提升了27.6％，抗壓強(qiáng)度提升了129.4％。因此，本發(fā)明制作的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑與傳統(tǒng)的水化硅酸鈣粉末早強(qiáng)劑相比，1d(天)提升的抗折強(qiáng)度約為前者的2.16倍；1d(天)提升的抗壓強(qiáng)度約為前者的4.92倍。由此可知，本發(fā)明的水化硅酸鈣凝膠溶液的早強(qiáng)效果顯著。而且通過該實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，添加本實(shí)施例制作的水化硅酸鈣凝膠溶液的水泥基材料，
漿液流動(dòng)性好，無
泌水、
離析等不良現(xiàn)象。
[0034] 實(shí)施例四
[0035] 水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠溶液制備方法，包括如下步驟：
[0036] 步驟一：準(zhǔn)確稱量硅酸鈉粉末、硝酸鈣晶體以及水備用；
[0037] 步驟二：將步驟一中的水分為兩份，一份用于配制硅酸鈉的水溶液，另一份用于配制硝酸鈣的水溶液，并分別攪拌5s～60s；
[0038] 步驟三：分別往硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～0.50％凝膠分散劑，并攪拌5s～60s；
[0039] 步驟四；將硅酸鈉的水溶液與硝酸鈣的水溶液混合，并攪拌30s～420s，即生成C-S-H凝膠溶液混合型早強(qiáng)劑。
[0040] 特別地，在制備水化硅酸鈣凝膠溶液過程中，僅需預(yù)先配制好硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液；然后分別在兩種溶液中添加適量濃度的凝膠分散劑；最后兩種溶液混合制成C-S-H凝膠溶液混合型早強(qiáng)劑。該制備方法無需恒溫水浴、無需調(diào)控反應(yīng)溶液的堿度、無需對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物去離子水清洗、無需干燥和粉磨，也不需要抽濾與再分散。該制備方法工序簡(jiǎn)單，大大減少了制備過程中的設(shè)備投入，降低了C-S-H凝膠溶液混合型早強(qiáng)劑的制備成本。此外，預(yù)先將凝膠分散劑分別加入硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液中，有利于增強(qiáng)凝膠在混合溶液中的分散效果。因此，C-S-H凝膠可在溶液中均勻分散，有利于該早強(qiáng)劑在混凝土拌合物中的均勻分布，從而能夠有效提高水泥基材料的早期強(qiáng)度。而且，由于最后的反應(yīng)產(chǎn)物為水化硅酸鈣凝膠，為絮狀產(chǎn)物，凝膠在吸水以及自身重
力作用下，會(huì)下沉，造成分布不均勻。故通過添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～0.50％的包括高分子聚合物和小分子有機(jī)物的復(fù)合產(chǎn)品組成的凝膠分散劑，不僅增強(qiáng)了溶液的穩(wěn)定性，提高了水化硅酸鈣凝膠在溶液中分散的均勻性，而且該凝膠分散劑還在一定程度上起到了減水效果，從而水泥基材料的后續(xù)工藝中可以不添加或者少添加減少劑，節(jié)省了工程成本。
[0041] 綜上所述，本發(fā)明的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，包括：鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、凝膠分散劑和水，其中鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的重量比為0.3～3：1，水的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的總重量比為5～30：1，凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～0.50％。該水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑與沒有添加早強(qiáng)劑的水泥基材料相比，1d抗折強(qiáng)度提升了27.6％，抗壓強(qiáng)度提升了129.4％；提升幅度分別是傳統(tǒng)水化硅酸鈣粉末早強(qiáng)劑的2.16倍、4.92倍，早強(qiáng)效果顯著。而且該早強(qiáng)劑以混合形態(tài)存在，可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存，方便運(yùn)輸與稱量，能較好地保持產(chǎn)品的均勻性。該水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑的制備方法，首先準(zhǔn)確稱量硅酸鈉粉末、硝酸鈣晶體以及水備用；然后分別配制硅酸鈉水溶液和硝酸鈣水溶液；接著分別往硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～0.50％凝膠分散劑；最后將添加有凝
