一种纳米改性水泥基水下不分散材料及其制备方法与流程

本发明应用于水利工程、建筑、桥梁、海堤护岸等领域，具体涉及一种纳米改性水泥基水下不分散材料及其制备方法。

背景技术：

水下不分散材料是在水泥基材料中添加絮凝剂，使其在水中施工时具有抗分散性，在使用时根据需要加入细集料或粗集料。不分散材料需要具有大流动性，高早期强度，不收缩等特点，才能实现施工方便，大幅缩短工期，保证工程质量。

现有技术专利cn106082849a中提供了一种水下不分散高性能混凝土，所述混凝土由胶凝材料、絮凝剂、砂、石、减水剂组成，其中胶凝材料由水泥和矿粉组成，其不分散混凝土悬浊物含量为152mg/l，水下成型7天强度为41.6mpa，28d强度为61.2mpa，28d电通量为1192c。

专利cn107298564a是将硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、脱硫石膏、中活性氧化镁和高活性氧化镁膨胀剂、三乙醇胺、聚丙烯酰胺、环氧乙烷环氧丙烷共聚物等组成，具有良好的流动性、可灌性、体积稳定性。

水下不分散材料主要是通过絮凝剂的高分子长链的“桥架”作用，使拌和物形成稳定的空间网络结构，提高新拌混凝土的粘聚力，限制新拌混凝土的分散、离析及避免水泥流失。但是絮凝剂的存在会引起需水量的大幅增加，流动性差，且会减缓水化反应速度，导致早期强度低，如果水是流动状态，则严重影响材料的强度发展。

已有技术中使用三乙醇胺、环氧类有机物等作为絮凝剂，此类物质为液态，且有毒性，规模使用的话主要存在以下问题：

1.大量使用会导致水质污染严重，且对人体有害；

2.其他材料为固态、絮凝剂为粘稠液态，运输、现场施工等均不方便；

3.抗分散效果不佳。另外已有技术中使用的胶凝材料单一，流动性和抗分散性差，早期强度低，不便于施工，不分散材料最重要的性能是水下流动性和抗分散性，已有技术实测的悬浊物含量在130-150mg/l，仅勉强满足水下不分散混凝土试验规程标准要求，但是实际施工周围水质依然会很浑浊。

本发明从凝胶材料入手，添加纳米材料提高活性，并优选絮凝剂，不分散材料可实现水下自流平，早期强度高，悬浊物含量低于80mg/l，显著优于现有技术，本专利产品更便于规模化生产与应用。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的问题，本发明提供了一种纳米改性水泥基水下不分散材料及其制备方法，制备的不分散材料具有良好流动性，可实现水下自流平，早期强度高，抗分散性好，与基层粘接强度高，具有良好的耐久性，可水下直接施工，大大缩短工时。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种纳米改性水泥基水下不分散材料，包含胶凝胶材料和添加剂、水，其中，

胶凝胶材料中各组分质量比普通水泥：硅灰：粉煤灰：矿粉：偏高岭土：超细水泥为30～70％：3～15％：0～20％：5％～20％：0～10％：5～25％，各组分质量比之和为100％。

前述胶凝胶材料组成是通过大量实验研究获得，此组成及比例获得的材料水下早期强度高，流动性好，且浆体较密实，耐久性能好。

作为本发明的一种优选技术方案，其中，普通水泥优选为525水泥，矿粉优选为超细矿粉，比表面积≥500m²/kg，超细水泥为d50≤8μm。

作为本发明的一种优选技术方案，其中，添加剂中各组分占胶凝材料的质量比分别为硫酸铝、偏硅酸钠、不分散剂、减水剂、消泡剂为5～15％、5～20％、0.25～1.5％、6～25％、0.05～0.2％。

作为本发明的一种优选技术方案，减水剂是粉末型的聚羧酸系减水剂，p803型消泡剂，不分散剂为聚丙烯酰胺絮凝剂，均通过市售获得。

通过大量实验研究发现，采用前述材料按所述比例使用，具有良好的早期强度、流动度和抗分散性，且都是粉末型，现场施工方便，无毒无害。

作为本发明的一种优选技术方案，所述纳米改性水泥基水下不分散材料还含有纳米sio2或caco3，其中，纳米sio2或caco3为胶凝材料的0.5％～5％。

作为本发明的一种优选技术方案，纳米sio2粒径在10nm-150nm，比表面积大于150m²/g。

作为本发明的一种优选技术方案，所述材料还含有质量比为5:3:2的6#、7#、8#石英砂，石英砂的总量和胶凝材料质量比为0.5～2:1。

通过大量实验研究发现，采用前述纳米材料，可以提高早期强度，获得更加密实的浆体。

作为本发明的一种优选技术方案，加水量为胶凝材料的质量的15％～60％。

本发明进一步提供了一种纳米改性水泥基水下不分散材料的制备方法，包括：

将胶凝胶材料和添加剂先混合均匀、再加水使用搅拌机混合均匀，加入石英砂，得到纳米改性水泥基不分散材料。

作为本发明的一种优选技术方案，提供了一种不分散混凝土，采用(纳米改性水泥基水下不分散材料)胶凝材料：砂：石：水质量比为10:14:21:4的配合比制备得到。

本发明纳米改性水泥基水下不分散材料首先从胶凝材料入手，复合使用525水泥、超细水泥、超细矿粉，硅灰、高效减水剂、消泡剂等材料，并添加一定量的纳米sio2或caco3，及优选的絮凝剂，将以上材料使用搅拌机混合均匀，再加入6#、7#、8#号石英砂，得到纳米改性水泥基不分散材料，根据工程需要可直接加水拌和使用，或者添加碎石再拌和使用。

本发明相对于现有技术的有益效果包括：

本发明提供了纳米改性水泥基水下不分散材料及其制备方法，在优化已有技术采用单一胶凝材料的基础上掺入纳米材料进行改性，并采用优选絮凝剂，改变了已有技术良好流动性与高早期强度不能同时具备的问题，水下抗分散性大幅提高，且安全环保，实用价值高。本专利产品施工现场只需加水拌和即可进行水下直接施工。制备工艺简单易操作，产品属无机体系，流动度大，施工性能和耐久性能好。

本发明不分散材料流动度可达260cm，无泌水，可以实现水下自流平，具有高流动性的同时具有良好的抗分散性，悬浊物含量低于80mg/l，水泥流失量仅为0.5％，1d强度15mpa以上，28d强度大于50mpa，强度比为98％，与基体粘接强度大于2.5mpa，有微膨胀效果。

本发明具有原料均为固体，可做成干粉材料、现场加水拌和即可直接水下施工，容易实现规模化生产与应用。可以满足水利工程、建筑、桥梁、海堤护岸领域的应用要求。

附图说明

图1，流动度测试示意图，其中，(1a)空气中流动度测试示意图，(1b)水下流动度测试示意图。

图2，与基体粘接强度测试示意图。

图3，不分散材料水下浇筑示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。

实施例1

525水泥：50％，硅灰：7％，粉煤灰：10％，石灰石粉：9％，矿粉：10％，偏高岭土：5％，超细水泥：9％，组成胶凝材料，胶凝材料为1000g，再加入占胶凝材料质量分数的硫酸铝：10％，偏硅酸钠：15％，不分散剂：0.52％，减水剂16％，消泡剂：0.1％，其中，减水剂是粉末型的聚羧酸系减水剂，p803型消泡剂，不分散剂为聚丙烯酰胺絮凝剂，再加入质量比为5:3:2的6#、7#、8#石英砂，石英砂的总量和胶凝材料质量比为1:1，加水量540g。参照图1、2和3进行测试，新拌不分散材料流动度260mm(空气中)，悬浊物含量85mg/l，1d抗折强度2.1mpa，抗压强度7.1mpa，3d抗折强度5.5mpa，抗压强度19.6mpa，28d抗折强度7.4mpa，抗压强度46.5mpa。

实施例2

525水泥：50％，硅灰：7％，粉煤灰：10％，石灰石粉：9％，矿粉：10％，偏高岭土：5％，超细水泥：9％，组成胶凝材料，胶凝材料为1000g，再加入占胶凝材料质量分数的硫酸铝：10％，偏硅酸钠：15％，纳米二氧化硅：10％，不分散剂：0.52％，减水剂16％，消泡剂：0.1％，其中，减水剂是粉末型的聚羧酸系减水剂，p803型消泡剂，不分散剂为聚丙烯酰胺絮凝剂，再加入质量比为5:3:2的6#、7#、8#石英砂，石英砂的总量和胶凝材料质量比为1:1，加水量540g。参照图1、2和3进行测试，新拌不分散材料流动度255mm(空气中)，悬浊物含量79mg/l，1d抗折强度3.3mpa，抗压强度9.8mpa，3d抗折强度6.5mpa，抗压强度27.8mpa，28d抗折强度9.6mpa，抗压强度50.2mpa，有微膨胀效果。

实施例3

525水泥：55％，硅灰：7％，粉煤灰：5％，矿粉：6％，偏高岭土：5％，超细水泥：17％，石灰石粉：5％，组成胶凝材料，胶凝材料为1000g，再加入占胶凝材料质量分数的硫酸铝：10％，偏硅酸钠：14％，纳米二氧化硅：10％，不分散剂：0.5％，减水剂12％，消泡剂：0.1％，其中，减水剂是粉末型的聚羧酸系减水剂，p803型消泡剂，不分散剂为聚丙烯酰胺絮凝剂，再加入质量比为5:3:2的6#、7#、8#石英砂，石英砂的总量和胶凝材料质量比为1:1，加水量491g。参照图1、2和3进行测试，新拌不分散材料流动度240mm(空气中)，悬浊物含量56mg/l，1d抗折强度3.6mpa，抗压强度15.2mpa，3d抗折强度7.8mpa，抗压强度35.4mpa，28d抗折强度10.5mpa，抗压强度53.6mpa，有微膨胀效果。

实施例4

525水泥：55％，硅灰：7％，粉煤灰：5％，矿粉：6％，偏高岭土：5％，超细水泥：17％，石灰石粉：5％，组成胶凝材料，胶凝材料为1000g，再加入占胶凝材料质量分数的硫酸铝：10％，偏硅酸钠：14％，纳米caco3：10％，不分散剂：0.5％，减水剂12％，消泡剂：0.1％，其中，减水剂是粉末型的聚羧酸系减水剂，p803型消泡剂，不分散剂为聚丙烯酰胺絮凝剂，再加入和胶凝材料质量比1:1的石英砂，其中石英砂为质量比为5:3:2的6#、7#、8#石英砂，加水量491g。参照图1、2和3进行测试，新拌不分散材料流动度250mm(空气中)，悬浊物含量61mg/l，1d抗折强度3.5mpa，抗压强度13.8mpa，3d抗折强度7.3mpa，抗压强度33.6mpa，28d抗折强度9.7mpa，抗压强度50.2mpa，有微膨胀效果。

实施例5

按实施例3配制胶凝材料，按质量比为胶凝材料：砂：石：水为10:14:21:4的混凝土配合比制备不分散混凝土，参照图1、2和3进行测试，新拌混凝土流动度为260mm(空气中)，扩展度为595mm，水泥流失量为1％，悬浊物含量82mg/l，终凝时间5.5h，水下1d抗压强度为12mpa，3d抗压强度为30.4mpa，28d水下抗压强度为54mpa，强度比为85％，有微膨胀效果。

对比实施例1

普硅水泥：60％，矿粉35％，硅灰5％，组成胶凝材料，胶凝材料为1000g，再加入占胶凝材料质量分数的市售uwb-ⅲ型絮凝剂1％，减水剂1％，再加入和胶凝材料质量比1:1的石英砂，所述石英砂为质量比为5:3:2的6#、7#、8#石英砂，加水量450g，参照图1、2和3进行测试，新拌不分散材料流动度250mm(空气中)，悬浊物含量145mg/l，终凝时间10.5h，1d抗折强度1.9mpa，抗压强度5.4mpa，3d抗折强度5.3mpa，抗压强度25.4mpa，28d抗折强度8.5mpa，抗压强度33.2mpa，有微膨胀效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。