本發(fā)明屬于建筑材料，具體涉及一種用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、納米二氧化硅是一種常用的水泥基材料納米改性材料，其較小的尺寸使其具有明顯的填充效應(yīng)，提高了水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。此外，納米二氧化硅還可與水泥水化生成的ca(oh)2發(fā)生火山灰反應(yīng)，進(jìn)一步填充孔隙，提高水泥基材料密實(shí)度，同時(shí)集料/漿體界面和纖維/漿體界面也得到增強(qiáng)。摻納米二氧化硅水泥基材料早期抗壓、抗折強(qiáng)度提高，在摻量合適的情況下水泥基材料后期力學(xué)性能也得到提高。然而，納米二氧化硅的高比表面積帶來(lái)的高表面能使其很容易團(tuán)聚，雖然采用表面活性劑和超聲的方法可進(jìn)行分散，但在摻量較大的情況下其分散差，增強(qiáng)效果變差。此外，高比表面積也造成需水量大，新拌水泥基材料漿體屈服應(yīng)力和塑性粘度增大，工作性能大幅度下降。

2、因此，需要提供一種針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)不足的改進(jìn)技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒及其制備方法，以有助于解決或緩解現(xiàn)有技術(shù)中納米二氧化硅應(yīng)用于水泥基材料時(shí)，容易團(tuán)聚、分散性差的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法，包括下述步驟：(1)將烷基硅烷與水混合攪拌并加熱；(2)待溫度加熱至80℃以上，加入納米二氧化硅并繼續(xù)攪拌；(3)攪拌結(jié)束后，固液分離，干燥，即得所述用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒。

3、優(yōu)選地，所述烷基硅烷與納米二氧化硅的質(zhì)量比為(0.5-1.5):100。

4、優(yōu)選地，所述硅烷為丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷和十二烷基三乙氧基硅烷中的至少一種。

5、優(yōu)選地，所述烷基硅烷包括十二烷基三甲氧基硅烷和/或十二烷基三乙氧基硅烷，步驟(2)加入所述納米二氧化硅后繼續(xù)攪拌2h后停止加熱和攪拌。

6、優(yōu)選地，所述烷基硅烷為丙基三甲氧基硅烷和/或丙基三乙氧基硅烷，步驟(2)加入所述納米二氧化硅后繼續(xù)攪拌30min后停止加熱或攪拌。

7、優(yōu)選地，所述納米二氧化硅的平均尺寸小于100nm，sio2含量大于99％；所述納米二氧化硅與水的質(zhì)量比為(5-20):100。

8、本發(fā)明還提供了一種用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒，其采用下述技術(shù)方案：所述用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒采用如上所述的方法制備得到。

9、本發(fā)明還提出了一種水泥基材料，其采用下述技術(shù)方案：一種水泥基材料，所述水泥基材料的組分包括如上所述的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒。

10、優(yōu)選地，所述水泥基材料為水泥砂漿，所述水泥砂漿包括下述重量份的組分：水泥140-160份、粉煤灰140-160份、河砂850-950份、所述用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒1-5份、水80-150份和減水劑1.2-1.8份。

11、有益效果：

12、(1)本發(fā)明的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法中，烷基硅烷通過(guò)水解后生成的羥基可與納米二氧化硅表面羥基的縮合反應(yīng)(如圖1-2)，從而通過(guò)化學(xué)吸附的方式吸附到納米二氧化硅顆粒表面。其吸附力較表面活性劑的物理吸附更穩(wěn)定，因此分散效果更穩(wěn)定。此外，烷基硅烷碳鏈具有空間位阻作用，因此其分散效果好。

13、(2)本發(fā)明的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒，烷基硅烷碳鏈的空間位阻作用可使納米二氧化硅顆粒分散，同時(shí)利用烷基硅烷的憎水性可減小納米二氧化硅顆粒表面吸附的水分，從而大幅度降納米二氧化硅顆粒對(duì)水泥基材料的工作性能的影響。

14、(3)本發(fā)明的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法中，通過(guò)選用烷基硅烷作為改性劑，有助于避免硅烷碳鏈上的活性基團(tuán)，如氨基、環(huán)氧基、酰氧基等對(duì)水泥水化的緩凝作用。

15、(4)本發(fā)明的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法中，通過(guò)將烷基硅烷的用量限制在0.5-1.5％，有助于減輕烷基硅烷吸附量過(guò)高，其憎水性對(duì)納米二氧化硅與水泥基材料中ca(oh)2之間的火山灰反應(yīng)的抑制作用，避免了水泥基材料28天強(qiáng)度的下降。同時(shí)避免烷基硅烷吸附量小，其自分散效果差的問(wèn)題。

16、(5)本發(fā)明的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法可直接將烷基硅烷吸附到納米二氧化硅顆粒表面，制備工藝簡(jiǎn)單、吸附量小、成本低，更容易進(jìn)行推廣應(yīng)用。

17、(6)本發(fā)明的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法中，溶液加熱到80℃以上，以加速硅烷的水解和吸附過(guò)程，縮短自分散納米二氧化硅顆粒制備所需時(shí)間。

技術(shù)特征：

1.一種用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法，其特征在于，所述烷基硅烷與納米二氧化硅的質(zhì)量比為(0.5-1.5):100。

3.如權(quán)利要求1所述的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法，其特征在于，所述硅烷為丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷和十二烷基三乙氧基硅烷中的至少一種。

4.如權(quán)利要求3所述的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法，其特征在于，所述烷基硅烷包括十二烷基三甲氧基硅烷和/或十二烷基三乙氧基硅烷，步驟(2)加入所述納米二氧化硅后繼續(xù)攪拌2h后停止加熱和攪拌。

5.如權(quán)利要求3所述的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法，其特征在于，所述烷基硅烷為丙基三甲氧基硅烷和/或丙基三乙氧基硅烷，步驟(2)加入所述納米二氧化硅后繼續(xù)攪拌30min后停止加熱或攪拌。

6.如權(quán)利要求1所述的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法，其特征在于，所述納米二氧化硅的平均尺寸小于100nm，sio2含量大于99％；

7.一種用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒，其特征在于，所述用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒采用如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法制備得到。

8.一種水泥基材料，其特征在于，所述水泥基材料的組分包括如權(quán)利要求7所述的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒。

9.如權(quán)利要求8所述的水泥基材料，其特征在于，所述水泥基材料為水泥砂漿，所述水泥砂漿包括下述重量份的組分：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒及其制備方法。本實(shí)施例的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒的制備方法，包括下述步驟：(1)將烷基硅烷與水混合攪拌并加熱；(2)待溫度加熱至80℃以上，加入納米二氧化硅并繼續(xù)攪拌；(3)攪拌結(jié)束后，固液分離，干燥，即得所述用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒。本發(fā)明的用于水泥基材料的自分散納米二氧化硅顆粒有助于解決或緩解現(xiàn)有技術(shù)中納米二氧化硅應(yīng)用于水泥基材料時(shí)，容易團(tuán)聚、分散性差的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：鄒定華,王松,竇依凡,張海波,張藝升,肖路通
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9