專利名稱：納米基混凝土改性劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑材料技術領域，具體說是一種納米基混凝土改性劑。
二、技術背景在我國北方寒冷地區和鹽堿化地區，混凝土建筑物的凍害破壞(如裂縫和剝落等)，CI-離子滲透和SO42-離子侵蝕均較嚴重，從而可能導致混凝土工程的滲漏、開裂等一系列病害，降低其耐久性和安全性。因此，對已產生病害的混凝土進行修補加固，是提高混凝土耐久性的主要因素之一。
普通混凝土的強度等級較低(≤C30)，要增強混凝土的抗滲、抗凍能力，勢必會提高混凝土強度等級，增加其施工成本，使其與周圍介質的協調性降低。
而現在改善混凝土耐久性(尤其是抗凍性和抗滲性)的方法是提高混凝土的密實度和采用聚合物砂漿等方法，但這些措施只能改善混凝土內部大于400nm的孔隙減少，而其小孔卻增多，其混凝土耐久性改善不顯著。
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用納米基材料改善混凝土耐久性的納米基混凝土改性劑。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案為一種納米基混凝土改性劑，其組成配方和重量份數計的組成配比如下木質素磺酸鈣為水泥用量的0.2％～0.4％磨細工業廢渣為水泥用量的4.2％～4.7％
納米微粉 為水泥用量的0.1％～0.4％上述的組成配方和重量份數計的組成配比如下木質素磺酸鈣 為水泥用量的0.3％磨細工業廢渣 為水泥用量的4.5％納米微粉 為水泥用量的0.2％上述的組成配方可加入重量份數為水泥用量的0.1％～0.2％的微沫劑。
上述的組成配方中的磨細工業廢渣為硅粉、磨細礦渣、粉煤灰。
上述的組成配方中的納米微粉為氧化硅。
本發明與現有技術相比較，其優點如下納米基混凝土改性劑摻量占水泥用量的5％時，其材料與普通水泥材料相比其具體試驗數據如下28d抗壓強度提高約20％～30％；滲水高度減少約50％；抗凍等級提高約100％。
四
圖1為水灰比0.38時的抗壓、抗折強度(MPa)；圖2為水灰比0.48時的抗壓、抗折強度(MPa)；五具體實施例方式本發明的改性機理分析如下當某些材料粒子達到10-9(毫微米)納米級附近時，就會形成既不同于大尺寸宏觀物體的性質，又不同于微觀粒子的原子、分子性質的具有奇異特性的介觀材料—納米材料。它具有匪夷所思的巨大比表面積(＞200m2/g)，因而有極高的表面化學活性等優良性質，這對于提高水泥的水化速度和強度發展程度有益。另外，它還有小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。
納米微粉從廣義上來說是屬于準零維納米材料范疇，尺寸的范圍在1～100nm。描述它的基本理論是久保(Kubo)理論。納米微粉的制備方法有物理方法真空冷凝法、物理粉碎法和機械球磨法；化學方法有氣相沉積法、沉淀法、水熱合成法、溶膠凝膠法和微乳液法等。
對于普通水泥硬化漿體，其總孔隙率約為15％～30％。這可分為納米尺度(9-10nm)的水化硅酸鈣凝膠孔；由存在于水泥水化產物之間的氣泡、裂縫所組成的毛細孔，尺寸大約在100nm至幾個毫米之間。而且，其納米級的水化硅酸鈣凝膠之間化學作用較弱，較少有通過第三者化學鍵合而形成較好的網絡狀結構。可加入納米基材料以改善水化產物的鍵合和網絡狀結構。
加入聚合物、減水劑和超細礦粉等雖能使直徑大于400nm的大孔比例降低，但小于150nm的小孔含量卻增加；加入納米微粉后可有效地減少水泥硬化漿體中5～150nm的微孔，而且納米微粉能與納米級水化產物大量地鍵合，并以納米微粉為晶核，在其表面形成水化硅酸鈣凝膠相，把松散的水化硅酸鈣凝膠變成以納米微粉為核心的網絡狀結構；適當地增加納米晶體的含量，以提高水泥石的晶膠比，減少水泥石的徐變度，從而獲得具有較高耐久性的混凝土。
本發明通過對應用于混凝土的工業廢渣的研究，利用納米微粉作為混凝土外加劑的“味精”，使其對混凝土性能的改善進一步提高。采用“梯級封堵”技術，即用不同細度和性質的材料，分別封堵混凝土(砂漿)中的大、小和微孔的方法。
根據納米基混凝土改性劑配比和所起作用，可得到本發明納米基混凝土改性劑的配比如下1、木質素磺酸鈣其摻量大約為水泥用量的0.2％～0.4％，它在改性劑中主要是為了提高混凝土(砂漿)的施工性能，改善其和易性。
2、磨細工業廢渣其摻量約為水泥用量的4.2％～4.7％。它在改性劑中的作用是調節混凝土(砂漿)的黏結性能、封堵大孔和節約成本等。其一般選用硅粉、磨細礦渣、粉煤灰等。
3、納米微粉其摻量約為水泥用量的0.1％～0.4％，其在混凝土(砂漿)中可發揮其微粒性和高活化性等優異性能，封堵小孔和微孔、提高其強度和耐久性(尤其是混凝土的抗滲和抗凍性能等)。其一般選用氧化硅等材料。
4、其它成分為了進一步的改善產品性能，除以上成分外，根據情況，可酌量摻加為水泥用量的0.1％～0.2％微沫劑(微沫劑選用山西萬榮混凝土外加劑廠生產的)、UEA等其它成分。
本發明產品性能如下顏色灰白色粉末狀松散密度0.29g/cm3毒性無毒安定性 合格溶解性 水溶性改性效果(摻量占水泥用量的5％)28d抗壓強度提高約20％～30％；滲水高度減少約50％；
抗凍等級提高約100％。
本發明的施工工藝采用先摻法加水溶解施工。
具體實施例一在1000kg的水泥中加入納米基混凝土改性劑，具體是2kg的木質素磺酸鈣、4.2kg的粉煤灰和1kg的納米氧化硅微粉，再采用先摻法加水溶解施工。
具體實施例二在1000kg的水泥中加入納米基混凝土改性劑，具體是4kg的木質素磺酸鈣、4.7kg的磨細礦渣和4kg的納米氧化硅微粉，再采用先摻法加水溶解施工。
具體實施例三在1000kg的水泥中加入納米基混凝土改性劑，具體是3kg的木質素磺酸鈣、4.5kg的磨細礦渣和2kg的納米氧化硅微粉，再采用先摻法加水溶解施工。
具體實施例四在1000kg的水泥中加入納米基混凝土改性劑，具體是3kg的木質素磺酸鈣、4.5kg的磨細礦渣、2kg的納米氧化硅微粉和1kg的微沫劑，再采用先摻法加水溶解施工。
通過納米基混凝土改性劑優化、砂漿和混凝土試驗研究，納米基混凝土改性劑對混凝土的改性效果如下1、納米基材料可加快混凝土(砂漿)的凝結硬化。
由于納米基材料的微粒性和高活性，使得水泥石中的反應面積和反應途徑增大，表面效應增強，因此砂漿(混凝土)試件內部的水化反應較不摻納米微粉的砂漿(混凝土)試件要快和發展充分。但是其中納米微粉的摻量也不能超過一定的限度，由于納米基材料要消耗大量的水化水和對水泥粒子的水化過程形成阻礙，因而摻量過大反而使其凝結時間變慢。
隨著納米基改性劑摻量的增大，水泥凈漿的初凝時間和終凝時間在0％～3％范圍內，呈現逐步縮短之勢，在3％摻量時較普通凈漿初凝時間大約縮短了66％，終凝時間則縮短了47％，其提高砂漿(混凝土)凝結硬化性能的作用非常明顯；但當其摻量超過3％后，水泥石的凝結時間開始緩慢增加，但仍小于普通試件。
2、摻加納米基混凝土改性劑的水泥凈漿的安定性試驗結果按照水泥試驗規范，成型摻加納米微粉的水泥凈漿安定性試餅，用沸煮法檢驗其安定性，經觀察該改性試餅無彎曲、松脆、龜裂、崩潰等不安定現象。在試驗過程中還可以看到摻加納米微粉試件的粘聚性、保水性得到明顯改善。究其原因可認為是摻加納米微粉后水泥石中的f-CaO和f-MgO的含量變化不大甚至減少，且摻加材料可以增加水泥石的粘度，提高了抗壓強度和抗彎能力。
3、砂漿強度試驗結果通過砂漿試驗可以看出，由于納米微粉的諸多特點，其對砂漿(混凝土)的強度提高作用是明顯的。參見圖1，2。
當w/c在0.38～0.58之間變化時，改性劑摻量3％～5％時，7d的抗壓強度比基準組的強度提高5.1％～29.7％，7d的抗折強度比基準組提高3.7～17.9％；28d抗壓強度比基準組提高27.9％～44.2％，28d抗折強度比基準組提高9.2％～17.7％。
4、混凝土抗滲性試驗結果摻加納米基混凝土改性劑后，使混凝土內的小孔和微孔均大幅下降，有效地提高了混凝土的密實度，從而提高了混凝土(砂漿)的抗滲性。
經試驗研究得出，摻加納米基混凝土改性劑的砂漿(混凝土)均比同配比的普通砂漿(混凝土)的抗滲性能大幅提高，見表1。
表1.砂漿(混凝土)抗滲性比較
從以上圖表可以看出，改性后其砂漿和混凝土的抗滲性大約提高1～3倍。
5、抗凍性試驗結果摻加納米基混凝土改性劑后，極大地改善了混凝土內部的孔隙結構，封堵了孔徑小于150nm的小孔、微孔，使得混凝土的密實度大大增強，減少了混凝土結構內的孔隙水存量，從而避免了由于孔隙水結冰膨脹，產生裂縫而導致混凝土結構破壞。試驗采用M7.5的試件，用慢凍法進行試驗，摻加5％納米基混凝土改性劑的試件與普通試件，在凍融15次后摻加5％納米基混凝土改性劑的試件的外觀基本未變，而普通試件外觀已經明顯產生裂縫等現象。
經進一步試驗，摻有納米基混凝土改性劑的試件在凍融60次后才發生凍融破壞。經對試驗數據的分析可知，摻加改性劑后其抗凍性大約提高2～3倍。
除以上試驗外，還進行了摻加改性劑和普通試件的彈性模量試驗、硫酸鹽侵蝕試驗等，結果表明混凝土和砂漿的耐久性均有較大改善。
權利要求
1.一種納米基混凝土改性劑，其組成配方和重量份數計的組成配比如下木質素磺酸鈣用量為水泥用量的0.2％～0.4％磨細工業廢渣用量為水泥用量的4.2％～4.7％納米微粉用量為水泥用量的0.1％～0.4％
2.根據權利1所述的納米基混凝土改性劑，其特征在于所述的組成配方和重量份數計的組成配比如下木質素磺酸鈣用量為水泥用量的0.3％磨細工業廢渣用量為水泥用量的4.5％納米微粉用量為水泥用量的0.2％
3.根據權利1或2所述的納米基混凝土改性劑，其特征在于所述的組成配方可加入重量份數為水泥用量的0.1％～0.2％的微沫劑。
4.根據權利1或2所述的納米基混凝土改性劑，其特征在于所述的組成配方中的磨細工業廢渣為硅粉、磨細礦渣、粉煤灰。
5.根據權利1或2所述的納米基混凝土改性劑，其特征在于所述的組成配方中的納米微粉為氧化硅。
全文摘要
本發明涉及一種建筑材料技術領域，具體說是一種納米基混凝土改性劑。目前，改善混凝土耐久性(尤其是抗凍性和抗滲性)的方法是提高混凝土的密實度和采用聚合物砂漿等方法，但這些措施只能改善混凝土內部大于400nm的孔隙減少，而其小孔卻增多，其混凝土耐久性改善不顯著。本發明用不同細度和性質的材料，分別封堵混凝土(砂漿)中的大、小和微孔的方法，選用木質素磺酸鈣、磨細工業廢渣、納米微粉作為混凝土改性劑，摻入水泥中使用，其可以適當地增加納米晶體的含量，以提高水泥石的晶膠比，減少水泥石的徐變度，從而獲得具有較高耐久性的混凝土。
文檔編號C04B24/18GK1621384SQ20031010598
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月28日 優先權日2003年11月28日
發明者杜應吉, 韓蘇建, 李元婷, 邢義川, 朱建宏, 何武權 申請人:西北農林科技大學