一種快速固化納米混凝土及其制備方法與流程

本發明涉及建筑材料，具體為一種快速固化納米混凝土及其制備方法。

背景技術：

1、混凝土是一種廣泛應用于建筑工程中的主要材料，因其成本低廉、材料易得、強度高且耐久性好而得到廣泛認可。然而，傳統混凝土存在固化時間較長的問題，尤其在一些緊急工程、橋梁修復、道路修補等需要快速施工的項目中，長時間的固化過程成為限制因素。一般情況下，傳統混凝土的初凝時間通常在4小時以上，而達到可使用強度則需要數天甚至數周的時間。

2、為了解決這一問題，現有技術中提出了多種加速混凝土固化的方法，例如使用早強劑、加熱固化、蒸汽養護等。然而，這些方法在實際應用中存在一定的局限性。早強劑雖然能夠加速混凝土的初期強度增長，但往往會導致混凝土的后期強度下降，甚至產生裂縫，影響耐久性。加熱固化和蒸汽養護雖然效果明顯，但需要額外的設備和能源，增加了施工成本和復雜性。

3、隨著納米技術的發展，納米材料在建筑材料中的應用受到廣泛關注。納米材料具有較高的表面能和活性，能夠顯著改善材料的物理和化學性能。例如，納米二氧化硅(sio2)和納米氧化鋁(al2o3)等納米材料因其特殊的顆粒結構和高表面積，在混凝土中起到填充和增強作用，不僅能夠加速水泥水化進程，還能提高混凝土的密實度和強度。

4、納米混凝土是將納米材料引入到傳統混凝土中，通過改變混凝土的微觀結構來提升其性能。研究表明，納米二氧化硅在混凝土中的引入，可以在混凝土內部形成更多的c-s-h凝膠(硅酸鈣水合物)，從而提高混凝土的早期強度和最終強度。同時，納米材料的加入能夠改善混凝土的耐久性、抗滲性和抗裂性能，使得納米混凝土在特殊工程中的應用前景廣闊。

5、目前，國內外在快速固化納米混凝土的研究和應用上已有一定的進展。例如，有研究人員通過在混凝土中加入納米二氧化硅和納米氧化鋁，發現其能夠顯著縮短混凝土的初凝時間，并在4小時內達到15mpa以上的抗壓強度，28天后的抗壓強度更是達到60mpa以上。此外，通過優化納米材料的分散工藝，可以進一步提升納米混凝土的性能。然而，現有技術仍然存在一些不足之處，如納米材料的分散不均勻、與混凝土其他組分的相容性問題等，亟需進一步的研究和改進。

6、在快速固化納米混凝土的制備過程中，納米材料的分散技術尤為關鍵。納米材料由于其顆粒極小，容易發生團聚現象，影響其在混凝土中的均勻分布。因此，如何有效地將納米材料均勻分散在混凝土中，成為提高納米混凝土性能的關鍵技術之一。現有研究表明，超聲波分散技術是解決納米材料團聚問題的一種有效方法，通過超聲波的高頻震動，可以打破納米顆粒的團聚，形成均勻穩定的納米分散液，從而提高納米混凝土的綜合性能。

7、總的來說，納米材料的引入為解決傳統混凝土固化時間長的問題提供了一條新的技術路徑。快速固化納米混凝土不僅能夠顯著縮短混凝土的初凝時間，提高早期強度，還能在后期強度、耐久性、抗裂性能等方面表現優異。然而，在實際應用中，如何優化納米材料的種類和用量、改進納米材料的分散工藝、解決與其他組分的相容性問題，仍然是需要深入研究和解決的重要課題。隨著研究的不斷深入和技術的不斷進步，快速固化納米混凝土在建筑工程中的應用將會越來越廣泛，為提高工程施工效率、降低成本和保障工程質量提供有力支持。

技術實現思路

1、本發明旨在解決上述現有技術中的不足，提供一種高效、實用的快速固化納米混凝土及其制備方法，通過合理的組分配比和先進的分散技術，顯著提高混凝土的早期和后期強度，滿足各種工程應用的需求。

2、基于現有的技術問題，本發明提出的技術方案如下：

3、一種快速固化納米混凝土，包括以下組分及其重量百分比：

4、水泥：30-40％；

5、細骨料：20-30％；

6、粗骨料：20-30％；

7、納米材料：1-3％；

8、化學外加劑：1-2％；

9、水：8-12％；

10、其他添加劑：0-2％。

11、作為本發明優選的技術方案，所述納米材料選自納米二氧化硅、納米氧化鋁或其混合物，其中納米材料的粒徑為10-50納米。

12、作為本發明優選的技術方案，所述化學外加劑包括：

13、減水劑：0.5-1.0％

14、早強劑：0.5-0.8％

15、防裂劑：0.2-0.5％

16、增塑劑：0.2-0.5％

17、其中，各化學外加劑的用量為水泥重量的百分比；

18、作為本發明優選的技術方案，所述細骨料為粒徑在0.15-4.75毫米之間的砂，粗骨料為粒徑在4.75-19毫米之間的碎石或卵石。

19、作為本發明優選的技術方案，所述其他添加劑包括引氣劑、膨脹劑、減縮劑、防水劑和防腐劑中的一種或幾種，其中，

20、引氣劑：通過在混凝土中引入微小氣泡，改善混凝土的抗凍融性能，通常用量為水泥重量的0.01-0.1％；

21、膨脹劑：用于補償混凝土在硬化過程中產生的收縮，防止產生裂縫，通常用量為水泥重量的0.5-2％；

22、減縮劑：降低混凝土的干燥收縮率，提高混凝土的體積穩定性，通常用量為水泥重量的0.1-1％；

23、防水劑：提高混凝土的抗滲性能，防止水分滲入混凝土內部，通常用量為水泥重量的0.1-0.5％；

24、防腐劑：用于提高混凝土在酸堿環境中的耐久性，防止鋼筋腐蝕，通常用量為水泥重量的0.1-1％。

25、本發明還提供一種用于制備快速固化納米混凝土的制備方法，包括以下步驟：

26、將納米材料分散在水中，形成納米分散液；

27、將水泥、細骨料、粗骨料、化學外加劑加入攪拌機中，進行干混；

28、在攪拌過程中逐漸加入納米分散液，繼續攪拌，直至形成均勻的混凝土漿料；

29、將混凝土漿料注入模具中，進行振搗成型；

30、在常溫下養護4-6小時，即可達到初凝強度。

31、作為本發明優選的技術方案，所述納米材料在水中的分散過程通過超聲波分散器進行，分散時間為30分鐘，納米分散液的濃度為納米材料重量的5％。

32、作為本發明優選的技術方案，所述干混過程的時間為5分鐘，攪拌機的轉速為90轉/分鐘。

33、作為本發明優選的技術方案，所述混凝土漿料的攪拌時間為10分鐘，攪拌過程中逐漸加入納米分散液的速度為每分鐘150毫升。

34、作為本發明優選的技術方案，所述振搗成型過程采用機械振動，振動頻率為30赫茲，振搗時間為2分鐘，以確保混凝土密實成型。

35、基于上述技術方案，本發明的快速固化納米混凝土經過實踐應用，取得了如下有益效果：

36、1.本發明的快速固化混凝土能夠做到縮短固化時間，提高施工效率，新型混凝土中通過引入納米材料，顯著縮短了混凝土的初凝時間，使其在4-6小時內即可達到初凝強度。相較于傳統混凝土需要數天的固化時間，本發明在短時間內即可滿足施工要求，大大提高了施工效率。這一特點特別適用于緊急修復工程、橋梁維護以及道路修補等需要快速固化的項目，能夠有效縮短施工周期，減少交通和使用的中斷時間。

37、2.本發明的快速固化混凝土能夠增強混凝土早期和后期強度，提升結構耐久性：納米材料的加入，不僅促進了水泥水化反應的加速，同時填充了混凝土中的微細孔隙，顯著提高了混凝土的密實度和強度。實驗數據表明，本發明的納米混凝土在初凝后4小時的抗壓強度可達到15-16mpa，28天后的抗壓強度可達到60-62mpa。相比傳統混凝土，納米混凝土在早期和后期均表現出更高的強度，有助于提升結構的耐久性和使用壽命，降低后期維護成本。

38、3.本發明的快速固化混凝土能夠改善混凝土的抗裂性和抗滲性，適應多種環境條件：本發明中使用的納米材料，如納米二氧化硅、納米氧化鋁等，具有高表面能和活性，能夠在混凝土內部形成更多的c-s-h凝膠(硅酸鈣水合物)，從而提高混凝土的抗裂性和抗滲性。納米混凝土在-20℃至60℃的環境溫度下表現出優異的耐久性和抗凍性，適用于各種復雜的施工環境和惡劣氣候條件。此外，納米材料的均勻分布有效防止了混凝土內部裂縫的產生，進一步提升了工程結構的整體性能和安全性。