一种纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法专利检索-影响或改变砂浆混凝土或人造石组合物性质的一般工艺方法例如其凝结或硬化能力专利检索查询-专利查询网

一种纳米二 氧化 硅密实 混凝土的制备方法

专利类型	发明授权	法律事件	公开; 实质审查; 授权;
专利有效性	有效专利	当前状态	授权
申请号	CN201811382673.2	申请日	2018-11-20
公开(公告)号	CN109437967B	公开(公告)日	2021-10-15
申请人	河海大学;	申请人类型	学校
发明人	徐金霞; 刘莉; 单鸿猷; 蒋林华; 秦昭巧; 田静航; 张俊; 赵亮;	第一发明人	徐金霞
权利人	河海大学	权利人类型	学校
当前权利人	河海大学	当前权利人类型	学校
省份	当前专利权人所在省份：江苏省	城市	当前专利权人所在城市：江苏省南京市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号	邮编	当前专利权人邮编：211100
主IPC国际分类	C04B40/02	所有IPC国际分类	C04B40/02 ; C04B40/00
专利引用数量	0	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	3	专利文献类型	B
专利代理机构	南京纵横知识产权代理有限公司	专利代理人	董建林; 徐瑛;
摘要	本发明公开一种纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法，将表面包裹有纳米氧化铝的纳米二氧化硅配制成浓度为0.05mol/L～0.5mol/L纳米二氧化硅水溶液，并注入电解槽中；将内置钢筋的混凝土试件置于电解槽中；将钢筋接入电源阴极，且在所述混凝土试件外设置与所述混凝土试件相平行的辅助阳极并将所述辅助阳极接入电源阳极；在0℃～40℃条件下，在步骤S3中所述的电源阴极和电源阳极之间施加6V/cm～96V/cm的外加电压并通电。本发明所述的方法以纳米二氧化硅为原材料，通过施加外加电场，由电泳驱动进入混凝土中孔隙；利用纳米二氧化硅溶液与孔溶液中氢氧化钙反应生成C‑S‑H凝胶，从而填补混凝土中的孔隙以制得致密化混凝土，从而提升混凝土的耐久性。
权利要求	1.一种纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： S1.采用机械球磨方法在纳米二氧化硅表面包裹一层纳米氧化铝，所述纳米二氧化硅的平均粒径为10nm～100nm；在制得的混合物中加入硅烷偶联剂进行表面修饰，如此即得表面处理后的纳米二氧化硅；所述纳米二氧化硅表面包裹的纳米氧化铝的厚度为1nm～20nm；所述硅烷偶联剂的加入量是所述纳米二氧化硅质量的2％～5％； S2.将步骤S1制得的表面处理后的纳米二氧化硅配制成浓度为0.05mol/L～0.5mol/L纳米二氧化硅水溶液，并注入电解槽中；在所述纳米二氧化硅水溶液的配制过程中加入表面活性剂，所述表面活性剂的加入量是所述步骤S1制得的表面处理后的纳米二氧化硅质量的10％～20％； S3.将内置钢筋的混凝土试件置于电解槽中；将钢筋接入电源阴极，且在所述混凝土试件外设置与所述混凝土试件相平行的辅助阳极并将所述辅助阳极接入电源阳极； S4.在0℃～40℃条件下，在步骤S3中所述的电源阴极和电源阳极之间施加6V/cm～ 96V/cm的外加电压进行电泳反应6h～48h；电泳反应结束后，即制得所述纳米二氧化硅密实混凝土。 2.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。 3.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述辅助阳极的材料为石墨、铂、金或钛金属。
说明书全文	一种纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法技术领域 [0001] 本发明属于混凝土生产技术领域，具体涉及一种纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法。背景技术 [0002] 水泥混凝土原材料丰富、价格低廉、力学性能优越，成为当今世界上应用最为广泛的工程材料。但是，在工作环境和材料内部因素作用下，水泥混凝土常会遭受耐久性能的劣化，给世界国人民的经济和生命财产安全造成巨大损害。 [0003] 混凝土是一个典型的多孔介质材料。混凝土中的孔隙为环境中侵蚀性介质如H2O、‑ 2‑O2、CO2、Cl 、SO4 等侵入提供了便利通道，由此引起氯盐腐蚀、冻融、碳化和化学侵蚀等混凝土耐久性病害。目前，应对混凝土耐久性劣化的一个常用方法是从混凝土配比入手，通过改善混凝土自身特性如密实性，使混凝土中多害孔减少，进而提高混凝土耐久性。具体途径一般是通过降低水灰比，掺入足够多的活性掺合料如硅粉和矿渣微粉等与高效减水剂的方法配置高性能混凝土。但是，此种方法会使混凝土的自收缩增大，早期易开裂，由此会使得高性能混凝土工程耐久性并不高。 [0004] 混凝土自收缩主要发生在早龄期，因此，如果避免使用降低水胶比、掺入过多活性掺合料与高效减水剂引起的早期收缩增大，而待胶凝材料充分水化后，再通过有效手段填充混凝土中孔隙(或早期产生的微裂纹)，使混凝土密实，将可摆脱自收缩的束缚，有望在混凝土耐久性提升上获得新的突破。 [0005] CNCN201310222801.8提供的一种提高混凝土耐久性的方法，包括以下步骤：将混凝土置于电解槽中，将电解槽分割成阳极池与阴极池，同时在阳极池与阴极池中分别设置阳极和阴极；在阳极池中注入浓度为0.05mol/L～0.4mol/L的偏铝酸盐溶液，在阴极池中注入浓度为0.01mol/L以上的钙盐溶液；在0‑50℃温度下，在阳极和阴极之间施加6‑24V/cm的外加电压进行电迁移反应3‑28d。该方法采用电驱动偏铝酸根离子和钙离子的方法达到提高混凝土密实性和混凝土生成表面防护涂层的效果，从而提高了混凝土的耐久性。 [0006] CN201210390386.2公开了一种硅酸根电迁移法制备密实混凝土的方法，它是以2‑ 2‑ SiO3 为原材料，电迁移驱动SiO3 与混凝土水化后孔溶液中的Ca(OH)2反应生成C‑S‑H凝胶，以此制得密实混凝土。发明内容 [0007] 本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法，以纳米二氧化硅为原材料，通过施加外加电场，由电泳驱动进入混凝土中孔隙；利用纳米二氧化硅溶液与孔溶液中氢氧化钙反应生成C‑S‑H凝胶，从而填补混凝土中的孔隙以制得致密化混凝土，从而提升混凝土的耐久性。 [0008] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是： [0009] 一种纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法，包括以下步骤： [0010] S1.在纳米二氧化硅表面包覆纳米氧化铝，得表面处理后的纳米二氧化硅； [0011] S2.将步骤S1制得的表面处理后的纳米二氧化硅配制成浓度为0.05mol/L～0.5mol/L纳米二氧化硅水溶液，并注入电解槽中； [0012] S3.将内置钢筋的混凝土试件置于电解槽中；将钢筋接入电源阴极，且在所述混凝土试件外设置与所述混凝土试件相平行的辅助阳极并将所述辅助阳极接入电源阳极； [0013] S4.在0℃～40℃条件下，在步骤S3中所述的电源阴极和电源阳极之间施加6V/cm～96V/cm的外加电压进行电泳反应；电泳反应结束后，即制得所述纳米二氧化硅密实混凝土。 [0014] 优选地，所述纳米二氧化硅的平均粒径为10nm～100nm。 [0015] 优选地，所述步骤S1具体包括以下步骤： [0016] S101.采用机械球磨方法在纳米二氧化硅表面包裹一层纳米氧化铝； [0017] S102.在步骤S101制得的混合物中加入硅烷偶联剂进行表面修饰，如此即得表面处理后的纳米二氧化硅。 [0018] 在步骤S102中，加入硅烷偶联剂采用机械搅拌5～10min，使硅烷偶联剂对包裹了纳米氧化铝的纳米二氧化硅表面就行充分修饰。纳米二氧化硅表面带负电，包裹了纳米氧化铝后带正电，随后在加入硅烷偶联剂使得包裹了纳米氧化铝的纳米二氧化硅表面的正电更加明显，在进行通电情况下，经表面处理后的纳米二氧化硅的泳动更加明显。 [0019] 更优选地，所述硅烷偶联剂的加入量是所述纳米二氧化硅质量的2％～5％。 [0020] 更优选地，所述纳米二氧化硅表面包裹的纳米氧化铝的厚度为1nm～20nm。 [0021] 优选地，所述步骤S2中，在所述纳米二氧化硅水溶液的配制过程中加入表面活性剂，所述表面活性剂的加入量是所述步骤S1制得的表面处理后的纳米二氧化硅质量的10％～20％。 [0022] 加入所述表面活性剂作为分散剂，使步骤S1制得的表面改性后的纳米二氧化硅能够在水中分散均匀。 [0023] 更优选地，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。 [0024] 优选地，所述步骤S3中，所述辅助阳极的材料为石墨、铂、金或钛金属。 [0025] 优选地，所述步骤S4中进行电泳反应的时间为6h～48h。 [0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0027] 1、本发明以纳米氧化硅为原材料，充分考虑了混凝土自身的特性，即水泥水化后富含氢氧化钙；利用纳米二氧化硅与混凝土孔隙中氢氧化钙反应生成C‑S‑H凝胶，即确保了混凝土材料在处理前后组成与性质的一致性，又降低了混凝土的孔隙率，提高了混凝土的自密实性； [0028] 2、本发明以硬化的混凝土为致密化处理对象，克服了已有方法在早龄期由于自收缩增大，混凝土易开裂的缺陷；并显著地提升了混凝土的耐久性； [0029] 3、本发明所述的制备方法简单、操作方便、成本低、效果好，既可用于新制混凝土，也可用于在役混凝土的耐久性提升，应用前景十分广阔； [0030] 4、本发明所述的制备方法绿色环保，不仅避免使用有机表面涂层造成表面涂层脱落污染环境，而且电驱动功率低，不仅能够达到较好的处理效果，而且没有触电的风险，绿色环保且安全性高。具体实施方式 [0031] 下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0032] 实施例1～10 [0033] 本发明实施例1～实施例10中所述的纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法，基本相同，具体为： [0034] 一种纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法，包括以下步骤： [0035] S1.在平均粒径为10nm～100nm的纳米二氧化硅表面包覆厚度为1nm～20nm的纳米氧化铝，得表面处理后的纳米二氧化硅；具体为： [0036] S101.采用机械球磨方法在平均粒径为10nm～100nm、质量为M的纳米二氧化硅表面包裹一层厚度为1nm～20nm的纳米氧化铝； [0037] S102.在步骤S101制得的混合物中加入2％M～5％M的硅烷偶联剂进行表面修饰，如此即得表面处理后的纳米二氧化硅。 [0038] S2.取质量为N的步骤S1制得的表面处理后的纳米二氧化硅，配制成浓度为0.05mol/L～0.5mol/L的纳米二氧化硅水溶液，配制过程中加入质量为10％～20％N的十六烷基三甲基溴化铵；配制完成后的混合液注入电解槽中； [0039] S3.将内置钢筋的混凝土试件置于电解槽中；将钢筋接入电源阴极，且在所述混凝土试件外设置与所述混凝土试件相平行的辅助阳极并将所述辅助阳极接入电源阳极； [0040] S4.在0℃～40℃条件下，在电源阴极和电源阳极之间施加6V/cm～96V/cm的外加电压进行电泳反应6h～48h；电泳反应结束后，即制得所述纳米二氧化硅密实混凝土。 [0041] 不同之处如下表1所示： [0042] 表1实施例1～实施例10中的区别点 [0043] [0044] 对比例1～6 [0045] 本发明对比例1～对比例6所述的纳米二氧化硅密实混凝土的制备方法，与实施例3基本相同，不同之处如下表2所示： [0046] 表2对比例1～对比例6与实施例3的区别点 [0047] [0048] [0049] 试验例 [0050] 将的HPB235钢筋加工成长为16cm圆棒，并从每根圆棒的其中一端接导线，仅暴露钢棒中间长度10cm，其余部分用环氧树脂密封。采用尺寸为40mm×40mm×160mm的细集料混凝土试件，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.5，灰砂比1:2.5。在成型时，将钢筋垂直插入试模中央位置，引出导线。将混凝土试件标准养护28d，然后在饱和Ca(OH)2溶液中浸泡一天后，取出备用。 [0051] 对浸泡后的混凝土试件采用本发明实施例1～10、对比例1～6中的方法制备密实混凝土，并进行以下几个方面的测试： [0052] 1)测量混凝土试件在采用本发明所述的方法进行处理前后，混凝土试件的饱和面干吸水率； [0053] 2)测量混凝土试件在采用本发明所述的方法进行处理前后，混凝土试件的孔隙率； [0054] 3)测量混凝土试件在采用本发明所述的方法进行处理前后，在质量浓度为3.5％的氯化钠溶液中浸泡三个月后，混凝土试件表面的氯离子浓度(相对于砂浆试件的质量百分比)； [0055] 具体测试数据见表3： [0056] 表3混凝土试件的饱和面干吸水率、孔隙率及表面氯离子浓度下降数据[0057] [0058] [0059] 由表3所示的测试数据可知: [0060] 从实施例1～实施例5中的测试结果可知：实施例3所述的方法制备的纳米二氧化硅密实混凝土的饱和面干吸水率、孔隙率下降明显且施例3所述的方法制备的纳米二氧化硅密实混凝土的饱和面干吸水率小，也说明其密实性更好。 [0061] 从实施例3与实施例6～实施例10中的测试结果可知：实施例3所述的方法制备的纳米二氧化硅密实混凝土的自密实性更好。 [0062] 从实施例与对比例的测试结果可知：采用本发明所述的纳米二氧化硅密实混凝土的制备条件制备的混凝土自密实性最好。 [0063] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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