一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法，屬于建筑材料生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，用于解決傳統(tǒng)的水化硅酸鈣粉末制備復(fù)雜、成本較高、不易儲存、早強(qiáng)效果不理想的問題。水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，包括：鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、凝膠分散劑和水，鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的重量比為0.3～3：1，水的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的總重量比為5～30：1，凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～2.0％。該早強(qiáng)劑的制備方法，首先稱量反應(yīng)物，并分別制作硅酸鈉和硝酸鈣水溶液；然后將二者混合反應(yīng)得到凝膠混合液；接著進(jìn)行抽濾；最后添加水和分散劑進(jìn)行再分散。該早強(qiáng)劑均勻穩(wěn)定，方便儲存，使用便利程度高，早強(qiáng)效果好，且可有效降低堿骨料反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。
【專利說明】一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑材料生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及 其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 早強(qiáng)劑是一種加速水泥水化、提高水泥基材料早期強(qiáng)度的添加劑。水化硅酸鈣 (C-S-H)是一種常見的早強(qiáng)劑。通常，選取硅酸鈉和硝酸鈣作為硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料，進(jìn)行 溶液反應(yīng)法制備水化硅酸鈣。具體來說，實(shí)驗(yàn)室制備過程中，首先按一定的鈣硅比和水固比 將硅酸鈉和硝酸鈣稱量并加水溶解；然后將溶解形成的硅酸鈉溶液和硝酸鈣溶液混合，同 時(shí)加入去離子水，在水浴條件下反應(yīng)；最后，待反應(yīng)完全后將所得產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、抽濾、干燥 工序處理，從而得到水化硅酸鈣粉末。該粉末狀態(tài)的水化硅酸鈣可以直接用作早強(qiáng)劑。
[0003] 然而，前述水化硅酸鈣制備方法，存在以下問題：一是水化硅酸鈣產(chǎn)品以粉末形態(tài) 存在，由于在工程應(yīng)用中摻量很少，因此稱量困難，誤差較大，粉末在混凝土拌合物中分散 不均，影響水泥基材料的質(zhì)量；二是水化硅酸鈣粉末制備過程中需要干燥及粉磨等工序，設(shè) 備投入較大，制備成本較高；三是制備水化硅酸鈣粉末的反應(yīng)過程中一般要進(jìn)行恒溫水浴、 反應(yīng)溶液堿度調(diào)控以及反應(yīng)產(chǎn)物去離子水清洗等步驟，制備工序比較繁瑣。
[0004] 因此，如何提供一種制備工序簡單、方便儲存和稱量且能夠有效提1?水泥基材料 早期強(qiáng)度的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一 個(gè)技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法，以解決傳 統(tǒng)的水化硅酸鈣粉末制備工序復(fù)雜、成本較高、不易儲存以及早強(qiáng)效果差的問題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，它的原料包括：鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、凝膠分散 劑和水，其中所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的摩爾比為〇. 3?3 :1，所述水的重量與所述 鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的總重量比為5?30 :1，所述凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1%? 2. 0%。
[0008] 進(jìn)一步地，所述凝膠分散劑為萘磺酸鹽甲醛縮合物等高分子聚合物。
[0009] 進(jìn)一步地，所述硅質(zhì)材料為硅酸鈉粉末。
[0010] 進(jìn)一步地，所述鈣質(zhì)材料為硝酸鈣晶體。
[0011] 一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑的制備方法，包括如下步驟：
[0012] 步驟一：準(zhǔn)確稱量所述硅酸鈉粉末、硝酸鈣晶體以及水備用；
[0013] 步驟二：將步驟一所述的水分為兩份，一份用于配制所述硅酸鈉的水溶液，另一份 用于配制所述硝酸鈣的水溶液，并分別攪拌預(yù)定時(shí)間，所述預(yù)定時(shí)間為5s?60s ;
[0014] 步驟三：將所述硅酸鈉的水溶液與所述硝酸鈣的水溶液混合，并攪拌一定時(shí)間，所 述一定時(shí)間為IOs?300s，得到C-S-H凝膠混合液；
[0015] 步驟四：采用抽濾設(shè)備將所述步驟三中的C-S-H凝膠混合液濾干，得到抽濾后的 C-S-H凝膠；
[0016] 步驟五：往所述步驟四中的抽濾后的C-S-H凝膠中添加與所述步驟一中質(zhì)量相等 的水以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 1%?2. 0%的所述分散劑，并采用分散設(shè)備進(jìn)行分散，分散均勻后 即得所述C-S-H凝膠溶液混合型早強(qiáng)劑。
[0017] 進(jìn)一步地，所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的摩爾比為1 :1，所述水的重量與所述 鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的總重量比為8 :1，所述凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 50% ;所述 步驟二中的預(yù)定時(shí)間為30s ;所述步驟三中的一定時(shí)間為180s。
[0018] 進(jìn)一步地，所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的摩爾比為0.8 :1，所述水的重量與所 述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的總重量比為12 :1，所述凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00% ;所 述步驟二中的預(yù)定時(shí)間為35s ;所述步驟三中的一定時(shí)間為150s。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，包括：鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、凝膠分散劑 和水，其中鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的重量比為0. 3?3 :1，水的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的 總重量比為5?30 :1，凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1%?2. 0%。該水化硅酸鈣凝膠溶液 早強(qiáng)劑與沒有添加早強(qiáng)劑的水泥基材料相比，Id抗折強(qiáng)度提升了 92.0%，抗壓強(qiáng)度提升了 171. 1% ;提升幅度分別是傳統(tǒng)水化硅酸鈣粉末早強(qiáng)劑的2. 99倍、5. 88倍。而且，本發(fā)明的 水化硅酸鈣凝膠溶液以混合形態(tài)存在，可以長期儲存，方便運(yùn)輸與稱量，均勻穩(wěn)定，分散效 果好。
[0021] 2、本發(fā)明的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑的制備方法，首先準(zhǔn)確稱量硅酸鈉、硝酸 鈣以及水備用；然后分別配制硅酸鈉水溶液和硝酸鈣水溶液；接著將兩種溶液混合反應(yīng)得 到C-S-H凝膠混合液；接著進(jìn)行抽濾，得到抽濾后的C-S-H凝膠；最后往抽濾后的C-S-H凝 膠中添加水和分散劑進(jìn)行分散，分散均勻后即制得水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑。該制備方 法在常溫下即可進(jìn)行，無需恒溫水浴、反應(yīng)溶液堿度調(diào)控以及反應(yīng)產(chǎn)物去離子水清洗、干燥 和粉磨，操作簡便，大大減少了制備過程中的設(shè)備投入，節(jié)省了成本。此外，通過抽濾工藝， 可以顯著降低C-S-H凝膠溶液中鈉離子的含量，從而可以降低該C-S-H凝膠溶液作為早強(qiáng) 劑用于工程中可能存在的堿骨料反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑及其制備方法作進(jìn) 一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。
[0023] 實(shí)施例一
[0024] -種水化硅酸鈣（C-S-H)凝膠溶液早強(qiáng)劑，它的原料包括：鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、 凝膠分散劑和水，其中鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的摩爾比為〇. 3?3 :1，水的重量與鈣質(zhì)材料和 硅質(zhì)材料的總重量比為5?30 :1，凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1 %?2. 0%。
[0025] 具體來說，為了取材方便，硅質(zhì)材料為硅酸鈉粉末，鈣質(zhì)材料為硝酸鈣晶體。根據(jù) 水的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的總重量比（即水固比）、鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的摩爾比 (鈣硅比）分別計(jì)算出硅酸鈉粉末、硝酸鈣晶體及水的用量，并準(zhǔn)確稱量備用?？紤]到作為 早強(qiáng)劑的水化硅酸鈣溶液為絮狀凝膠態(tài)，在吸水和自身重力的作用下會沉淀分層，從而導(dǎo) 致該水化硅酸鈣溶液的穩(wěn)定性差，影響早強(qiáng)效果。因此，為了保證水化硅酸鈣均勻分布于凝 膠溶液中，需要在該凝膠溶液中添加凝膠分散劑。在本實(shí)施例中，選擇萘磺酸鹽甲醛縮合物 等高分子聚合物作為凝膠分散劑。該凝膠分散劑為高分子聚合物與小分子有機(jī)物的復(fù)合產(chǎn) 品，能顯著提高凝膠在混合溶液中的分散效果。此外，該硅酸鈣凝膠溶液以混合形態(tài)存在， 可以長期儲存，能有效保持硅酸鈣凝膠在混合溶液中均勻分布，便于運(yùn)輸。而且使用該硅酸 鈣凝膠溶液作為早強(qiáng)劑時(shí)，相對于傳統(tǒng)粉末狀態(tài)的水化硅酸鈣來說，稱量更方便，稱量誤差 小。
[0026] 實(shí)施例二
[0027] 水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑的原料為：鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的摩爾比為1 :1，水 的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的總重量比為8 :1，凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 50%。此時(shí)， 制備水化硅酸鈣凝膠溶液時(shí)，配制硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液時(shí)分別需要攪拌30s。 而且，硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液反應(yīng)時(shí)，需要攪拌180s。最后制作得到的產(chǎn)物為乳 白色的凝膠態(tài)液體，即為水化硅酸鈣凝膠混合溶液。此時(shí)，該水化硅酸鈣凝膠混合溶液中水 化硅酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3. 7%。
[0028] 實(shí)施例三
[0029] 水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑的原料為：鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的摩爾比為0. 8 :1， 水的重量與鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的總重量比為12 :1，凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 00%。此 時(shí)，制備水化硅酸鈣凝膠溶液時(shí)，配制硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液時(shí)分別需要攪拌 35s。而且，硅酸鈉的水溶液和硝酸鈣的水溶液反應(yīng)時(shí)，需要攪拌150s。最后制作得到的產(chǎn) 物為乳白色的凝膠態(tài)液體，即為水化硅酸鈣凝膠混合溶液。此時(shí)，該水化硅酸鈣凝膠混合溶 液中水化硅酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2. 6%。
[0030] 特別地，為了便于說明本發(fā)明的水化硅酸鈣凝膠溶液的早強(qiáng)效果，發(fā)明人進(jìn)行了 水泥凈漿實(shí)驗(yàn)，并預(yù)定早強(qiáng)劑摻量1 %、水灰比0. 35。水泥質(zhì)量為1500g，此時(shí)需要15g水 化硅酸鈣溶質(zhì)。
[0031] 如表（一）所示，為本發(fā)明制作得到的水化硅酸鈣凝膠溶液與傳統(tǒng)的粉末狀的水 化硅酸鈣用于水泥基材料早強(qiáng)劑的效果比較。比較齡期為1天。
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，其特征在于，它的原料包括：鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材 料、凝膠分散劑和水，其中所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的摩爾比為0. 3?3 :1，所述水的 重量與所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的總重量比為5?30 :1，所述凝膠分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 0? 1%?2. 0%。
2. 如權(quán)利要求1所述的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，其特征在于，所述凝膠分散劑為 萘磺酸鹽甲醛縮合物等高分子聚合物。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，其特征在于，所述硅質(zhì)材料為 硅酸鈉粉末。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑，其特征在于，所述鈣質(zhì)材料為 硝酸鈣晶體。
5. -種如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的水化硅酸鈣凝膠溶液早強(qiáng)劑的制備方法，其特 征在于，包括如下步驟： 步驟一：準(zhǔn)確稱量所述硅酸鈉粉末、硝酸鈣晶體以及水備用； 步驟二：將步驟一所述的水分為兩份，一份用于配制所述硅酸鈉的水溶液，另一份用于 配制所述硝酸鈣的水溶液，并分別攪拌預(yù)定時(shí)間，所述預(yù)定時(shí)間為5s?60s ; 步驟三：將所述硅酸鈉的水溶液與所述硝酸鈣的水溶液混合，并攪拌一定時(shí)間，所述一 定時(shí)間為l〇s?300s，得到C-S-H凝膠混合液； 步驟四：采用抽濾設(shè)備將所述步驟三中的C-S-H凝膠混合液濾干，得到抽濾后的C-S-H 凝膠； 步驟五：往所述步驟四中的抽濾后的C-S-H凝膠中添加與所述步驟一中質(zhì)量相等的水 以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 1%?2.0%的所述分散劑，并采用分散設(shè)備進(jìn)行分散，分散均勻后即得 所述C-S-H凝膠溶液混合型早強(qiáng)劑。
6. 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的摩爾 比為1 :1，所述水的重量與所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的總重量比為8 :1，所述凝膠分 散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 50% ;所述步驟二中的預(yù)定時(shí)間為30s ;所述步驟三中的一定時(shí)間為 180s〇
7. 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的摩爾 比為0. 8 :1，所述水的重量與所述鈣質(zhì)材料和所述硅質(zhì)材料的總重量比為12 :1，所述凝膠 分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 00% ;所述步驟二中的預(yù)定時(shí)間為35s ;所述步驟三中的一定時(shí)間 為 150s。
【文檔編號】C01B33/24GK104402009SQ201410591887
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】許永和, 徐俊, 王圣怡, 周云, 史曉婉 申請人:上海建工集團(tuán)股份有限公司