一种偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂及其制备方法

文档序号：580489 发布日期：2021-05-25 浏览：18次 >En<

阅读说明：本技术 一种偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂及其制备方法 (Coupling agent modified nano calcium silicate hydrate crystal nucleus early strength agent and preparation method thereof ) 是由王学川钱珊珊卢通赵旭彭荩影屈浩杰于鹏程郑春扬于 2021-01-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂和制备方法,所述偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂,包括分散剂质量占比为1％～10％份,偶联剂的质量占比为0.05％～1％,可溶性钙源和可溶性硅源通过溶液沉淀合成的水化CSH质量份数为5％～30％份,其余为去离子水,其中钙硅摩尔比为0.5～2.0。制备方法为：以聚羧酸分散剂、硅烷偶联剂的水溶液为底料,同时向底料中滴加可溶性钙源水溶液和可溶性硅源水溶液,得到纳米水化硅酸钙晶核早强剂。偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂能迅速促进水泥水化,缩短凝结时间,混凝土小时强度大幅提升,中、后期强度小幅度提升。适用于不同胶材体系、不同温度条件。(The invention discloses a coupling agent modified nano calcium silicate hydrate crystal nucleus early strength agent and a preparation method thereof, wherein the coupling agent modified nano calcium silicate hydrate crystal nucleus early strength agent comprises 1-10% by mass of a dispersing agent, 0.05-1% by mass of a coupling agent, 5-30% by mass of hydrated CSH synthesized by a soluble calcium source and a soluble silicon source through solution precipitation, and the balance of deionized water, wherein the molar ratio of calcium to silicon is 0.5-2.0. The preparation method comprises the following steps: and (3) taking the aqueous solution of the polycarboxylic acid dispersing agent and the silane coupling agent as a base material, and simultaneously dropwise adding the soluble calcium source aqueous solution and the soluble silicon source aqueous solution into the base material to obtain the nano calcium silicate hydrate crystal nucleus early strength agent. The coupling agent modified nano calcium silicate hydrate crystal nucleus early strength agent can rapidly promote cement hydration, shorten the setting time, greatly improve the hourly strength of concrete and slightly improve the medium and later strength. Is suitable for different rubber material systems and different temperature conditions.)

技术领域

本发明涉及一种混凝土早强剂，特别涉及一种偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂及其制备方法。

背景技术

随着基础设施建设的不断发展，自然资源越发短缺，特别是混凝土原材料濒临枯竭，为了提高混凝土结构物的重复利用率，预制构件和装配式建筑将不断取缔现场浇筑混凝土。预制构件和装配式构件已呈现供不应求的状况，因此对预制构件提出新的要求，需具备更高的早期强度，从而缩短预制周期，提高模具周转，降低养护能耗。

水化纳米硅酸钙晶核是一种预水化的水泥水化产物，添加到混凝土拌合物中，在水泥水化前期能提供额外的成核位点，有效降低水化产物过饱和结晶浓度，大幅度加速水泥水化进程，较传统早强剂而言，具有经济环保早强效果明显等优势。中国专利公开日为2020年6月9日，公开号为CN111253107A，名称为《一种醇胺改性水化硅酸钙纳米晶核早强剂及其制备方法》，公开了一种醇胺改性水化硅酸钙纳米晶核早强剂，包括可溶性钙盐和可溶性硅盐、聚羧酸高效减水剂、可溶性醇胺有机物和可溶性铝盐。中国专利公开日为2019年10月15日，公开号为CN110330257A，名称为《一种C-S-H凝胶纳米晶核早强剂及其制备方法和应用》，公开了一种C-S-H凝胶纳米晶核早强剂，制备方法为将10-20份硅酸三钙、0.5-1份离子促进剂、0.1-0.3份表面改性剂、0.1-0.5份分散稳定剂、78.5-89.2份水进行球磨，制备的C-S-H凝胶纳米晶核早强剂可以改善孔结构以及诱导成核两个方面达到早强的目的。公开日为2017年11月17日，公开号为CN107352836A，名称为《超早强型混凝土外加剂超强晶核及其制备方法》公布了超早强混凝土外加剂超强晶核的制备方法：将稳定剂、分散剂、硅酸钙、三乙醇胺、硝酸钙和水按照一定比例向打底水溶液中滴加，获得了一种超早强混凝土外加剂超强晶核早强剂，专利未对晶核稳定性和具体使用效果进行描述。以上技术利用分散剂在C-S-H晶核表面离子络合作用吸附在C-S-H表面，实现了C-S-H晶核的纳米分散，但是由于电荷平衡容易被打破，从而使得CSH晶核粒径大，有效表面积降低，低掺量时早强效果不明显。

本专利通过在采用偶联剂的方法，将无机化合物水化硅酸钙与有机分散剂实现化学键合，偶联剂一端与水化硅酸钙反应，另一端与分散剂反应，改善了无机/有机界面结合方式，大幅度提高了C-S-H晶核的分散程度，有效抑制了C-S-H晶核的长大，在较低掺量时，能提供更多的有效比表面积，获得了更好的早强效果。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

现有技术利用分散剂在C-S-H晶核表面离子络合作用吸附在C-S-H表面，实现了C-S-H晶核的纳米分散，但是由于电荷平衡容易被打破，从而使得CSH晶核粒径大，有效表面积降低，低掺量时早强效果不明显。

2、技术方案：

为了解决以上问题，本发明提供了一种偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂，包括分散剂质量占比为1％～10％份，偶联剂的质量占比为0.05％～1％，可溶性钙源和可溶性硅源通过溶液沉淀合成的水化CSH质量份数为5％～30％份，其余为去离子水，其中钙硅摩尔比为0.5～2.0。

本发明还提供了所述的偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂的制备方法

3、有益效果：

本发明通过引入偶联剂对纳米水化硅酸钙表面改性，提高了纳米水化硅酸钙的亲水性，有利于与胶体分散体系的稳定，此外偶联剂实现了无机纳米水化硅酸钙和有机聚羧酸分散剂的完美结合，更有利于分散剂性能发挥，提供更高的静电斥力和空间位阻，抑制纳米水化硅酸钙。得到的偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂能显著提升混凝土早期强度，且对中后期强度有一定幅度提升。而且能提高硬化混凝土密实性能，降低有害孔，从而提高混凝土耐久性，具有长期社会经济效益；可以作为超细集料，优化混凝土拌合物的颗粒级配，提高混凝土拌合物和易性。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做详细说明。

本发明提供了本发明提供了一种偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂，包括分散剂质量占比为1％～10％份，偶联剂的质量占比为0.05％～1％，可溶性钙源和可溶性硅源通过溶液沉淀合成的水化CSH质量份数为5％～30％份，其余为去离子水，其中钙硅摩尔比为0.5～2.0。

所述分散剂为分子量10000～100000聚羧酸结构，其结构式为：

其中a为30～100的整数，b为0～30的整数，c为10～30的整数；R₁、R₃、R₅分别代表H原子或者CH₃，R₂代表COOH，R₄代表CONH₂、SO₃Na、CONHC(CH₃)₂CH₂SO₃Na、COO(CH₂)₃Si(OCH₃)₃、COO(CH₂)₃Si(OC₂H₆)₃、COO(CH₂)₂N(CH₃)₃Cl、苯环其中的一种或几种的混合，R₆代表分子量1000～5000的聚氧乙烯醚。

所述偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、双(γ-三乙氧基硅丙基)-四硫化物、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基(二异辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯、植物酸型单烷氧基类钛酸酯、焦磷酸型单烷氧基类钛酸酯、螯合磷酸酯钛偶联剂季铵盐、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、磷酸酯酰氧基异辛醇铝酸酯、硼酸三异丙酯、、异丙基一二(十八烷基)硼酸酯、异丙基一二(十二烷基)硼酸酯、硼酸三乙醇胺酯、硼酸叔丁醇—二乙醇胺酯中的一种或几种。

所述可溶性钙源为四水硝酸钙、甲酸钙、乙酸钙、氯化钙、葡萄糖酸钙、磷酸氢钙、乳酸钙其中的一种或几种的混合。

所述可溶性硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、五水偏硅酸钠、硅酸钾、九水偏硅酸钠、硅酸锂其中的一种或几种的混合。

一种所述的偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂的制备方法，包括以下步骤：步骤S01：在容器中加入分散剂、偶联剂，之后补助离子水至所制备的早强剂的质量的一半，并将分散剂、偶联剂、离子水置于水浴锅中搅拌制得底料；步骤S02：向步骤S01制得的底料中同时滴加可溶性钙源水溶液和可溶性硅源水溶液，滴加结束后，保温；步骤S03：向底料中补充离子水至所要制备的早强剂的质量，得到偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂。

在步骤S01中，搅拌速率为300～1600rpm。

在步骤S01中，水浴的温度为25～85℃。

在步骤S02中，滴加可溶性钙源水溶液和可溶性硅源水溶液为3-10h。

在步骤S02中，保温时间为1-3h。

以下实施例都是制备重量份数为1000份偶联剂改性纳米水化硅酸钙晶核早强剂。

实施例1