阅读说明：本技术 一种抗冻水泥的制备方法 (Preparation method of anti-freezing cement ) 是由 钱丽艳 于 2019-12-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种抗冻水泥的制备方法,具体方法如下：1)浓硫酸置于冰水浴中,加入纳米二氧化硅进行搅拌,然后加入硝酸钠、高锰酸钾,反应后再加入双氧水,制得改性纳米二氧化硅；2)改性纳米二氧化硅分散液加入丙烯酸,振荡后加入玻璃纤维、过硫酸钾、盐酸,制得改性纳米二氧化硅复合纤维粉；3)剩余原料加入到改性纳米二氧化硅复合纤维粉分散液中,加水搅拌后制得水泥基材；4)水泥基材放入容器中,搅拌后注入氮气,将表面活性剂溶液注入容器中,继续搅拌；5)经过处理的水泥基材养护后进行干燥即可制得。该水泥内部结构紧密,孔隙率低,具有很好的承载能力和断裂韧度,具有优异的抗冻性,可以很好的满足严寒地区的施工需求。(The invention discloses a preparation method of antifreeze cement, which comprises the following steps: 1) placing concentrated sulfuric acid in an ice-water bath, adding nano-silica, stirring, then adding sodium nitrate and potassium permanganate, reacting, and then adding hydrogen peroxide to prepare modified nano-silica; 2) adding acrylic acid into the modified nano-silica dispersion liquid, oscillating, and adding glass fiber, potassium persulfate and hydrochloric acid to prepare modified nano-silica composite fiber powder; 3) adding the rest raw materials into the modified nano silicon dioxide composite fiber powder dispersion liquid, adding water and stirring to obtain a cement base material; 4) putting the cement base material into a container, stirring, injecting nitrogen, injecting a surfactant solution into the container, and continuously stirring; 5) curing the treated cement base material, and drying to obtain the cement base material. The cement has the advantages of compact internal structure, low porosity, good bearing capacity and fracture toughness, excellent freezing resistance and capability of well meeting the construction requirement of severe cold areas.)

一种抗冻水泥的制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种抗冻水泥的制备方法。

背景技术

在纬度或海拔较高的地区，寒冷天气和冰冻环境会将水泥冻住，大大降低了水泥的性能，直接影响建筑的强度。为了防止水泥在低温下遭到冻害，人们通常采用加入防冻剂或蒸汽养护、保温等防冻方法，但后者因施工复杂，效率低，不适于大面积采用。目前建筑行业主要采用在施工过程中将水泥防冻剂添加到普通水泥中使用，这种方法虽说产生了一定的积极效果，但是由于防冻剂一般只是水泥重量的百分之几，经常存在搅拌不均匀的现象，造成防冻度不高，防冻效果不均匀，影响施工质量，进而造成一定的经济损失，另外，施工过程中要准确控制防冻剂的掺加量，给施工带来不便。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种抗冻水泥的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种抗冻水泥的制备方法，具体方法如下：

1）取浓硫酸80-130份，置于冰水浴中冷却至0-5℃，然后加入纳米二氧化硅3-5份，在转速为100-130r/min下搅拌20-30min，然后再加入硝酸钠1-1.5份、高锰酸钾8-12份，在转速为50-80r/min下搅拌反应50-70min，然后加热至30-40℃，在转速为40-60r/min下继续搅拌反应25-45min，然后再升温至80-100℃，加入双氧水3-4份，恒温反应30-40min，待反应结束后进行过滤，用氯化钡和去离子水洗涤至无白色沉淀生成，然后置于50-60℃烘箱中干燥至恒重，制得改性纳米二氧化硅；

2）将改性纳米二氧化硅加入到40-60份蒸馏水中，在300-350W超声波下振荡分散15-25min，制得改性纳米二氧化硅分散液，然后加入丙烯酸5-10份，在200-300W超声波下振荡分散40-60min，再加入磨碎后的玻璃纤维4-7份，继续振荡分散30-50min，然后再加入过硫酸钾0.1-0.2份、盐酸5-10份，加热至60-70℃，恒温反应3-5h，将产物用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤至中性，置于50-60℃烘箱中干燥至恒重，经超微粉碎后制得改性纳米二氧化硅复合纤维粉；

3）将改性纳米二氧化硅复合纤维粉加入到50-100份水中，在300-400W超声波下振荡分散1-2h，制得改性纳米二氧化硅复合纤维粉分散液，然后取水泥熟料70-100份、粉煤灰4-6份、石膏粉2-3份、矿渣粉3-4份，混合后加入水150-300份，再加入改性纳米二氧化硅复合纤维粉分散液，在转速为150-300r/min下搅拌30-40min，制得水泥基材；

4）将水泥基材移至密闭容器中，在转速为300-500r/min下进行振荡搅拌，并且向容器中注入氮气进行预热30-40min，然后在注入氮气的同时，将经过雾化的表面活性剂溶液注入容器中，待表面活性剂溶液完全注入容器中后，继续通入氮气20-30min，并且将转速降为200-300r/min，继续振荡搅拌；

5）将经过处理的水泥基材经蒸汽养护后进行干燥，然后进行筛分，即可制得成品水泥。

优选地，一种抗冻水泥的制备方法，其中步骤1）中，所述浓硫酸的浓度为70-80%；所述双氧水的浓度为4-10%。

优选地，一种抗冻水泥的制备方法，其中步骤2）中，所述玻璃纤维磨碎后的平均直径为3-10um；所述改性纳米二氧化硅复合纤维粉的平均直径为10-20um。

优选地，一种抗冻水泥的制备方法，其中步骤3）中，所述水泥熟料是由硅酸盐水泥熟料粉磨而成的，其表面积大于400m²/kg；所述粉煤灰是由粉煤灰粉磨至比表面积大于350m²/kg的粉状物料；所述石膏粉是由石膏粉磨至比表面积大于380m²/kg的粉状物料；所说矿渣粉是由矿渣粉磨至比表面积大于370m²/kg的粉状物料。

优选地，一种抗冻水泥的制备方法，其中步骤4）中，所述注入氮气的温度为120-180℃；所述氮气的注入压力为10-15MPa；所述表面活性剂溶液的注入压力为5-10MPa；所述表面活性剂溶液是由十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中搅拌溶解制备而成的，其中十二烷基苯磺酸钠的添加量为去离子水重量的2-5%；所述表面活性剂溶液的雾化方法为压力雾化、转盘雾化、声波雾化中的任意一种。

优选地，一种抗冻水泥的制备方法，其中步骤5）中，所述蒸汽养护是将水泥置于二氧化碳体积浓度为20-40%的空气条件下进行养护；所述蒸汽养护的温度为100-130℃，蒸汽养护的时间为2-3d，蒸汽养护的压力为3-4MPa；所述干燥温度为70-80℃，干燥时间4-7h；所述筛分是将水泥基材粉磨至通过孔径为0.05-0.1mm的孔筛，筛余小于2-5%。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明制备的水泥，首先，将纳米二氧化硅进行氧化处理，增加纳米二氧化硅表面的含氧官能团数量，提高纳米二氧化硅的反应活性；其次，在超声波的作用下，使改性纳米二氧化硅和玻璃纤维在水中均匀分散并在引发剂的作用下和大分子反应，从而使得改性纳米二氧化硅和玻璃纤维分别与聚丙烯酸的大分子连接起来，从而形成改性纳米二氧化硅复合纤维，该复合纤维经超微粉碎后可以很好地填充在水泥基材的微孔隙中，抑制微裂纹的产生和扩展，从而降低水泥的孔隙率，使得水泥结构紧密，从而提高其抗冻性，并且，由于玻璃纤维具有机械强度高的特点，从而使得该复合纤维可以有效的提高水泥的承载能力和断裂韧度，而且还可以降低水泥在低温环境下的抗压强度的损失，从而使得水泥在低温环境下依然具有很好的力学性能；再次，将改性纳米二氧化硅复合纤维粉加入到蒸馏水中进行超声波振荡分散，可以使该复合纤维粉在水泥基材中尽可能的均匀分散，然后将制得的水泥基材置于容器中进行搅拌，并通入氮气进行预热，可以使得水泥基材受热均匀，再将表面活性剂雾化后注入容器中，在高速氮气流的携带下，表面活性剂可以与水泥基材充分接触，从而降低水泥基材的表面张力，提高改性纳米二氧化硅复合纤维粉在水泥基材中的渗透性；最后，将水泥基材浇铸后进行蒸汽养护，蒸汽中含有的二氧化碳可以进入水泥基材的孔隙中，与水泥基材水化物氢氧化钙反应生成碳酸钙，并填充的孔隙中，可以进一步的降低水泥的孔隙率，从而增强水泥的强度。该水泥内部结构紧密，孔隙率低，具有很好的承载能力和断裂韧度，具有优异的抗冻性，可以很好的满足严寒地区的施工需求。

具体实施方式

下面结合具体实施方法对本发明进行说明。

实施例1

一种抗冻水泥的制备方法，具体方法如下：

1）取浓硫酸80份，置于冰水浴中冷却至0℃，然后加入纳米二氧化硅3份，在转速为100r/min下搅拌30min，然后再加入硝酸钠1份、高锰酸钾8份，在转速为50r/min下搅拌反应70min，然后加热至30℃，在转速为40r/min下继续搅拌反应45min，然后再升温至80℃，加入双氧水3份，恒温反应30min，待反应结束后进行过滤，用氯化钡和去离子水洗涤至无白色沉淀生成，然后置于50℃烘箱中干燥至恒重，制得改性纳米二氧化硅；

2）将改性纳米二氧化硅加入到40份蒸馏水中，在300W超声波下振荡分散25min，制得改性纳米二氧化硅分散液，然后加入丙烯酸5份，在200W超声波下振荡分散60min，再加入磨碎后的玻璃纤维4份，继续振荡分散50min，然后再加入过硫酸钾0.1份、盐酸5份，加热至60℃，恒温反应5h，将产物用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤至中性，置于50℃烘箱中干燥至恒重，经超微粉碎后制得改性纳米二氧化硅复合纤维粉；

3）将改性纳米二氧化硅复合纤维粉加入到50份水中，在300W超声波下振荡分散2h，制得改性纳米二氧化硅复合纤维粉分散液，然后取水泥熟料70份、粉煤灰4份、石膏粉2份、矿渣粉3份，混合后加入水150份，再加入改性纳米二氧化硅复合纤维粉分散液，在转速为150r/min下搅拌40min，制得水泥基材；

4）将水泥基材移至密闭容器中，在转速为300r/min下进行振荡搅拌，并且向容器中注入氮气进行预热30min，然后在注入氮气的同时，将经过雾化的表面活性剂溶液注入容器中，待表面活性剂溶液完全注入容器中后，继续通入氮气20min，并且将转速降为200r/min，继续振荡搅拌；

5）将经过处理的水泥基材经蒸汽养护后进行干燥，然后进行筛分，即可制得成品水泥。

作为优选，其中步骤1）中，所述浓硫酸的浓度为70%；所述双氧水的浓度为4%。

作为优选，其中步骤2）中，所述玻璃纤维磨碎后的平均直径为3um；所述改性纳米二氧化硅复合纤维粉的平均直径为10um。

作为优选，其中步骤3）中，所述水泥熟料是由硅酸盐水泥熟料粉磨而成的，其表面积大于400m²/kg；所述粉煤灰是由粉煤灰粉磨至比表面积大于350m²/kg的粉状物料；所述石膏粉是由石膏粉磨至比表面积大于380m²/kg的粉状物料；所说矿渣粉是由矿渣粉磨至比表面积大于370m²/kg的粉状物料。

作为优选，其中步骤4）中，所述注入氮气的温度为120℃；所述氮气的注入压力为10MPa；所述表面活性剂溶液的注入压力为5MPa；所述表面活性剂溶液是由十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中搅拌溶解制备而成的，其中十二烷基苯磺酸钠的添加量为去离子水重量的2%；所述表面活性剂溶液的雾化方法为压力雾化、转盘雾化、声波雾化中的任意一种。

作为优选，其中步骤5）中，所述蒸汽养护是将水泥置于二氧化碳体积浓度为20%的空气条件下进行养护；所述蒸汽养护的温度为100℃，蒸汽养护的时间为3d，蒸汽养护的压力为3MPa；所述干燥温度为70℃，干燥时间7h；所述筛分是将水泥基材粉磨至通过孔径为0.05mm的孔筛，筛余小于2%。

实施例2

一种抗冻水泥的制备方法，具体方法如下：

1）取浓硫酸100份，置于冰水浴中冷却至3℃，然后加入纳米二氧化硅4份，在转速为120r/min下搅拌25min，然后再加入硝酸钠1.2份、高锰酸钾10份，在转速为70r/min下搅拌反应60min，然后加热至35℃，在转速为50r/min下继续搅拌反应35min，然后再升温至90℃，加入双氧水3.5份，恒温反应35min，待反应结束后进行过滤，用氯化钡和去离子水洗涤至无白色沉淀生成，然后置于55℃烘箱中干燥至恒重，制得改性纳米二氧化硅；

2）将改性纳米二氧化硅加入到50份蒸馏水中，在320W超声波下振荡分散20min，制得改性纳米二氧化硅分散液，然后加入丙烯酸7份，在250W超声波下振荡分散50min，再加入磨碎后的玻璃纤维5份，继续振荡分散40min，然后再加入过硫酸钾0.15份、盐酸7份，加热至65℃，恒温反应4h，将产物用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤至中性，置于55℃烘箱中干燥至恒重，经超微粉碎后制得改性纳米二氧化硅复合纤维粉；

3）将改性纳米二氧化硅复合纤维粉加入到70份水中，在350W超声波下振荡分散1.5h，制得改性纳米二氧化硅复合纤维粉分散液，然后取水泥熟料80份、粉煤灰5份、石膏粉2.5份、矿渣粉3.5份，混合后加入水230份，再加入改性纳米二氧化硅复合纤维粉分散液，在转速为240r/min下搅拌35min，制得水泥基材；

4）将水泥基材移至密闭容器中，在转速为400r/min下进行振荡搅拌，并且向容器中注入氮气进行预热35min，然后在注入氮气的同时，将经过雾化的表面活性剂溶液注入容器中，待表面活性剂溶液完全注入容器中后，继续通入氮气25min，并且将转速降为250r/min，继续振荡搅拌；

5）将经过处理的水泥基材经蒸汽养护后进行干燥，然后进行筛分，即可制得成品水泥。

作为优选，其中步骤1）中，所述浓硫酸的浓度为75%；所述双氧水的浓度为7%。

作为优选，其中步骤2）中，所述玻璃纤维磨碎后的平均直径为5um；所述改性纳米二氧化硅复合纤维粉的平均直径为15um。

作为优选，其中步骤3）中，所述水泥熟料是由硅酸盐水泥熟料粉磨而成的，其表面积大于400m²/kg；所述粉煤灰是由粉煤灰粉磨至比表面积大于350m²/kg的粉状物料；所述石膏粉是由石膏粉磨至比表面积大于380m²/kg的粉状物料；所说矿渣粉是由矿渣粉磨至比表面积大于370m²/kg的粉状物料。

作为优选，其中步骤4）中，所述注入氮气的温度为150℃；所述氮气的注入压力为13MPa；所述表面活性剂溶液的注入压力为7MPa；所述表面活性剂溶液是由十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中搅拌溶解制备而成的，其中十二烷基苯磺酸钠的添加量为去离子水重量的3%；所述表面活性剂溶液的雾化方法为压力雾化、转盘雾化、声波雾化中的任意一种。

作为优选，其中步骤5）中，所述蒸汽养护是将水泥置于二氧化碳体积浓度为30%的空气条件下进行养护；所述蒸汽养护的温度为120℃，蒸汽养护的时间为2d，蒸汽养护的压力为3.5MPa；所述干燥温度为75℃，干燥时间5h；所述筛分是将水泥基材粉磨至通过孔径为0.07mm的孔筛，筛余小于3%。

实施例3

一种抗冻水泥的制备方法，具体方法如下：

1）取浓硫酸130份，置于冰水浴中冷却至5℃，然后加入纳米二氧化硅5份，在转速为130r/min下搅拌20min，然后再加入硝酸钠1.5份、高锰酸钾12份，在转速为80r/min下搅拌反应50min，然后加热至40℃，在转速为60r/min下继续搅拌反应25min，然后再升温至100℃，加入双氧水4份，恒温反应40min，待反应结束后进行过滤，用氯化钡和去离子水洗涤至无白色沉淀生成，然后置于60℃烘箱中干燥至恒重，制得改性纳米二氧化硅；

2）将改性纳米二氧化硅加入到60份蒸馏水中，在350W超声波下振荡分散15min，制得改性纳米二氧化硅分散液，然后加入丙烯酸10份，在300W超声波下振荡分散60min，再加入磨碎后的玻璃纤维7份，继续振荡分散30min，然后再加入过硫酸钾0.2份、盐酸10份，加热至70℃，恒温反应3h，将产物用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤至中性，置于60℃烘箱中干燥至恒重，经超微粉碎后制得改性纳米二氧化硅复合纤维粉；

3）将改性纳米二氧化硅复合纤维粉加入到100份水中，在400W超声波下振荡分散1h，制得改性纳米二氧化硅复合纤维粉分散液，然后取水泥熟料100份、粉煤灰6份、石膏粉3份、矿渣粉4份，混合后加入水300份，再加入改性纳米二氧化硅复合纤维粉分散液，在转速为300r/min下搅拌30min，制得水泥基材；

4）将水泥基材移至密闭容器中，在转速为500r/min下进行振荡搅拌，并且向容器中注入氮气进行预热40min，然后在注入氮气的同时，将经过雾化的表面活性剂溶液注入容器中，待表面活性剂溶液完全注入容器中后，继续通入氮气30min，并且将转速降为300r/min，继续振荡搅拌；

5）将经过处理的水泥基材经蒸汽养护后进行干燥，然后进行筛分，即可制得成品水泥。

作为优选，其中步骤1）中，所述浓硫酸的浓度为80%；所述双氧水的浓度为10%。

作为优选，其中步骤2）中，所述玻璃纤维磨碎后的平均直径为10um；所述改性纳米二氧化硅复合纤维粉的平均直径为20um。

作为优选，其中步骤3）中，所述水泥熟料是由硅酸盐水泥熟料粉磨而成的，其表面积大于400m²/kg；所述粉煤灰是由粉煤灰粉磨至比表面积大于350m²/kg的粉状物料；所述石膏粉是由石膏粉磨至比表面积大于380m²/kg的粉状物料；所说矿渣粉是由矿渣粉磨至比表面积大于370m²/kg的粉状物料。

作为优选，其中步骤4）中，所述注入氮气的温度为180℃；所述氮气的注入压力为15MPa；所述表面活性剂溶液的注入压力为10MPa；所述表面活性剂溶液是由十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中搅拌溶解制备而成的，其中十二烷基苯磺酸钠的添加量为去离子水重量的5%；所述表面活性剂溶液的雾化方法为压力雾化、转盘雾化、声波雾化中的任意一种。

作为优选，其中步骤5）中，所述蒸汽养护是将水泥置于二氧化碳体积浓度为40%的空气条件下进行养护；所述蒸汽养护的温度为130℃，蒸汽养护的时间为2d，蒸汽养护的压力为4MPa；所述干燥温度为80℃，干燥时间4h；所述筛分是将水泥基材粉磨至通过孔径为0.1mm的孔筛，筛余小于5%。

对比例1：去除步骤1），其余与实施例1相同。

对比例2：去除步骤2）中的玻璃纤维，其余与实施例1相同。

对比例3：去除步骤4），其余与实施例1相同。

试验例：分别使用实施例1-3和对比例1-3制备的水泥作为凝胶材料，与砂石、水混合后制成混凝土砌块，然后将混凝土砌块置于-30℃环境下放置30d，然后测试混凝土砌块的强度损失情况，结果如下表所示：

	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2	对比例3
							冻后强度损失率%	3.5	3.1	3.4	13.6	20.6	17.5

从上表可以看出，该水泥具有优异的抗冻性，受冻后强度损失率低，可以很好的满足严寒地区的施工需求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。