本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种纳米SiO2高强防水抗渗砂浆及其制备方法。
背景技术：
随着我国经济的迅速增长，全国各地在基础设施的建筑等方面的投入也在逐年增长，混凝土结构具有的使用便利、价格低廉以及耐久性好等优势依旧是现代建筑中最受欢迎的建筑材料。然而混凝土作为一种疏松多孔的材料，其内部存在的大量毛细孔、裂缝以及薄弱区域致使其抗渗性能无法满足要求，事实上，现代建筑工程中的各种渗漏现象已经屡见不鲜。
为了提高混凝土的抗渗性能，工程上会选择在普通混凝土中加入不同类型的防水剂，主要分为以无机化合物为主的减渗型和有机憎水物质(包括硬脂酸盐和有机硅)以及它们两者的复配型。其中，前者的主要机理是减少孔隙，提高材料密实度，后者则是将毛细孔壁由亲水变成憎水性，减少毛细作用引起的渗水，从而达到抗渗的目的。然后，此效果会随着时间而逐渐弱化，特别是在长期浸泡条件下，其有效成分会慢慢地被溶解而析出。针对此问题，很多人选择提高防水剂的溶度，虽然有一定的改善效果，但是却会大幅度地降低混凝土的强度和韧性，严重的会造成混凝土结构出现开裂。
基于目前混凝土材料存在的技术问题，有必要对此进行改进。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提出了一种纳米SiO2高强防水抗渗砂浆及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。
第一方面，本发明提供了一种纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，包括以下重量份原料：60～100份的水泥、36～72份的水、160～300份的砂、6～15份的粉煤灰、 0.5～2份的纳米SiO2分散液、0.6～2.4份的聚丙烯纤维、0.2～0.8份的减水剂、0.8～2 份的聚乙烯醇、1～4份的早强剂。
可选的，所述的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，所述早强剂包括氯化镁和三乙醇胺的混合物。
可选的，所述的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，所述氯化镁和三乙醇胺的质量比为1:(3～5)。
可选的，所述的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，所述纳米SiO2分散液中SiO2的质量含量为25～35％，SiO2的平均粒径为8～30nm。
可选的，所述的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，所述水泥为强度等级大于或等于42.5的硅酸盐水泥。
可选的，所述的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，所述砂为河砂，所述砂的细度模量为2.8～3.0、表观密度≥2700kg/m3。
可选的，所述的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，所述粉煤灰的比表面积为150～280m2/kg。
可选的，所述的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，包括以下重量份原料：80份的水泥、54份的水、240份的砂、10份的粉煤灰、1.2份的纳米SiO2分散液、1.4份的聚丙烯纤维、0.5份的减水剂、1.4份的聚乙烯醇、2.5份的早强剂。
可选的，所述的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
第二方面，本发明还提供了一种所述的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将纳米SiO2分散液加入至水中，然后加入聚乙烯醇，进行超声分散，得到稀释液；
将水泥、砂、粉煤灰、减水剂加入至搅拌机内搅拌后，然后加入稀释液和水，继续搅拌，再加入早强剂和聚丙烯纤维，搅拌后得到砂浆拌合物；
砂浆拌合物经成模、养护后即得纳米SiO2高强防水抗渗砂浆。
本发明的一种纳米SiO2高强防水抗渗砂浆及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，属于一种刚性无机防水材料，通过加入纳米SiO2、聚丙烯纤维以及早强剂等其他的活性材料，可以在水的运载作用下，被带入到水泥基材料内部的孔隙中，特别是尺寸较小的毛细孔中吸水膨胀从而起到填充效应。此外，纳米SiO2可以参与并促进水化反应，生产细微和规整的水化结晶物质附着在孔隙周围，从而使得微观结构致密化，进而在水泥基材料的内部深处形成一个致密的抗渗区域，大大提升其防水抗渗性能。本申请加入的纳米SiO2不仅可以与水泥的主要产物发生反应，生产的结晶物可以填充有害孔隙，同时其独特的纳米尺寸效应和填充效应，可以有效地限制水泥基材料内部裂缝的出现，有利于提高混凝土的密实度和整体性，进而改善其微观结构并抑制裂缝的产生，从而使水泥基材料的强度、抗滲性及耐久性都得到提高。本申请的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，加入的纳米SiO2能快速地与早期形成的Ca(OH)2发生反应，加速早期水化进程，同时产生大量的水化热，加速了水泥水化过程。此外，纳米SiO2的二次水化反应使易溶、强度低的Ca(OH)2晶体数量明显减少，晶体尺寸得到细化，优化孔隙结构，显著地降低孔隙率，优化孔径分布，从而使得结构致密化。纳米材料和Ca(OH)2的反应会形成钙硅比较低的C-S-H凝胶，具有高密实度和良好的力学性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，包括以下重量份原料：60～100份的水泥、 36～72份的水、160～300份的砂、6～15份的粉煤灰、0.5～2份的纳米SiO2分散液、 0.6～2.4份的聚丙烯纤维、0.2～0.8份的减水剂、0.8～2份的聚乙烯醇、1～4份的早强剂。
需要说明的是，本申请实施例中早强剂包括氯化镁和三乙醇胺的混合物，其中，氯化镁和三乙醇胺的质量比为1:(3～5)。
本申请中的各个实施例及对比例中，纳米SiO2溶液均采购与杭州恒格纳米科技有限公司，其中SiO2的质量含量为25～35％，SiO2的平均粒径为8～30nm。
本申请实施例中，水泥为强度等级大于或等于42.5的硅酸盐水泥，均采购自盐城市建湖县新建水泥有限公司。
本申请实施例中，聚丙烯纤维以聚丙烯为主要原料，以独特生产工艺制造而成的高强度束状单丝纤维。
本申请实施例中，砂为河砂，砂的细度模量为2.8～3.0、表观密度≥2700kg/m3。
本申请实施例中，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的比表面积为 150～280m2/kg。
本申请实施例中，减水剂为聚羧酸减水剂。
以下进一步以具体实施例说明纳米SiO2高强防水抗渗砂浆的制备方法。
一种纳米SiO2高强防水抗渗砂浆的制备方法，包括以下步骤：
S1、取重量份为0.6份的纳米SiO2分散液，加入至重量份为24份的水中，然后加入重量份为1.4份的聚乙烯醇，超声分散0.5h，得到稀释液；
S2、将重量份为80份的水泥、240份的砂、10份的粉煤灰、0.5份的聚羧酸减水剂，加入到搅拌机内干搅30s后，再加入S1中得到的稀释液以及重量份为30份的水，继续搅拌120s，静置30s，然后加入重量份为2.5份的早强剂、 1.4份的聚丙烯纤维，继续搅拌4min，得到砂浆拌合物；其中，水泥为强度等级 42.5的硅酸盐水泥；砂为河砂，砂的细度模量为3、表观密度为3000kg/m3；粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰的比表面积为210kg/m3；早强剂为质量比为1:4的氯化镁和三乙醇胺的混合物；
S3、将砂浆拌合物输送至模具中，灌满后抹平并用保鲜膜覆盖，养护后拆模，制得纳米SiO2高强防水抗渗砂浆。
本申请的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，属于一种刚性无机防水材料，通过加入纳米SiO2、聚丙烯纤维以及早强剂等其他的活性材料，可以在水的运载作用下，被带入到水泥基材料内部的孔隙中，特别是尺寸较小的毛细孔中吸水膨胀从而起到填充效应。此外，纳米SiO2可以参与并促进水化反应，生产细微和规整的水化结晶物质附着在孔隙周围，从而使得微观结构致密化，进而在水泥基材料的内部深处形成一个致密的抗渗区域，大大提升其防水抗渗性能。本申请加入的纳米SiO2不仅可以与水泥的主要产物发生反应，生产的结晶物可以填充有害孔隙，同时其独特的纳米尺寸效应和填充效应，可以有效地限制水泥基材料内部裂缝的出现，有利于提高混凝土的密实度和整体性，进而改善其微观结构并抑制裂缝的产生，从而使水泥基材料的强度、抗滲性及耐久性都得到提高。本申请的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，加入的纳米SiO2能快速地与早期形成的Ca(OH)2发生反应，加速早期水化进程，同时产生大量的水化热，加速了水泥水化过程。此外，纳米SiO2的二次水化反应使易溶、强度低的Ca(OH)2晶体数量明显减少，晶体尺寸得到细化，优化孔隙结构，显著地降低孔隙率，优化孔径分布，从而使得结构致密化。纳米材料和Ca(OH)2的反应会形成钙硅比较低的C-S-H凝胶，具有高密实度和良好的力学性能。
实施例2
本申请实施例的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆的制备方法同实施例1的制备方法，不同在于添加的0.9重量份的纳米SiO2溶液。
实施例3
本申请实施例的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆的制备方法同实施例1的制备方法，不同在于1.2重量份的纳米SiO2溶液，
实施例4
本申请实施例的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆的制备方法同实施例1的制备方法，不同在于1.5重量份的纳米SiO2溶液，
对比例1
本申请对比例的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆的制备方法同实施例1的制备方法，不同在于，该制备方法中不加入早强剂。
对比例2
本申请对比例的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆的制备方法同实施例1的制备方法，不同在于，该制备方法中不加入纳米SiO2分散液。
将上述实施例1～4和对比例1～2制备得到的的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆，以及普通水泥砂浆(采购自盐城市建湖县新建水泥有限公司)作为对比例3，测试其性能，结果如下表1所示。其中，检测方法分别按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》标准测试其相关力学性能、GB/T50082-2009 《普通混凝土长期性能和耐久试验方法》标准以及JTJ153-2015《水运工程结构耐久性设计标准》标准检测其吸水率等耐久性能。
表1-不同实施例制备得到的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆的性能
由上表1可知，本发明实施例1～4制备得到的纳米SiO2高强防水抗渗砂浆的28d抗压强度、抗折强度、抗渗强度以及吸水率与对比例1～2中单独掺入纳米SiO2或早强剂的砂浆以及对比例3的普通水泥砂浆相比有显著性提高；特别地，掺入纳米SiO2和早强剂后的水泥砂浆不仅抗渗强度出众，其吸水率也有显著性地下降，降低砂浆孔隙率，长期稳定，其中实施例3实现了对该纳米SiO2高强防水抗渗砂浆性能的最大提升效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。