一种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂及其制备方法，属于建筑材料生产【技术领域】，用于解决传统的水化硅酸钙粉末制备工序复杂、成本较高、不易储存和称量、早强效果不理想的问题。水化硅酸钙凝胶溶液早强剂，包括：钙质材料、硅质材料、凝胶分散剂和水，其中钙质材料和硅质材料的重量比为0.3～3：1，水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为5～30：1，凝胶分散剂的质量分数为0.01％～0.50％。该早强剂的制备方法，首先称量反应物，并分别制作硅酸钠和硝酸钙水溶液，且分别加入凝胶分散剂，然后两种溶液混合反应一定时间即可。该早强剂方便储存、运输与称量，产品稳定性好，可有效提高水泥基材料的早期强度。
【专利说明】一种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑材料生产【技术领域】，具体涉及一种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 早强剂是一种加速水泥水化、提高水泥基材料早期强度的添加剂。水化硅酸钙 (C-S-H)是一种常见的早强剂。通常，选取硅酸钠和硝酸钙作为硅质材料和钙质材料，进行 溶液反应法制备水化硅酸钙。具体来说，实验室制备过程中，首先按一定的钙硅比和水固比 将硅酸钠和硝酸钙称量并加水溶解；然后将溶解形成的硅酸钠溶液和硝酸钙溶液混合，同 时加入去离子水，在水浴条件下反应；最后，待反应完全后将所得产物进行洗涤、抽滤、干燥 工序处理，从而得到水化硅酸钙粉末。该粉末状态的水化硅酸钙可以直接用作早强剂。
[0003] 然而，前述水化硅酸钙制备方法，存在以下问题：一是水化硅酸钙产品以粉末形态 存在，由于在工程应用中掺量很少，因此称量困难，误差较大，粉末在混凝土拌合物中分散 不均，影响水泥基材料的质量；二是水化硅酸钙粉末制备过程中需要干燥及粉磨等工序，设 备投入较大，制备成本较高；三是制备水化硅酸钙粉末的反应过程中一般要进行恒温水浴、 反应溶液碱度调控以及反应产物去离子水清洗等步骤，制备工序比较繁琐。
[0004] 因此，如何提供一种制备工序简单、方便储存和称量的水化硅酸钙凝胶溶液早强 剂及其制备方法成为本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂及其制备方法，以解决传 统的水化硅酸钙粉末制备工序复杂、成本较高、不易储存和称量、早强效果不理想的问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0007] -种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂，它的原料包括：钙质材料、硅质材料、凝胶分散 剂和水，其中所述钙质材料和所述硅质材料的重量比为〇. 3?3 :1，所述水的重量与所述钙 质材料和所述硅质材料的总重量比为5?30 :1，所述凝胶分散剂的质量分数为0. 01 %? 0· 50%。
[0008] 进一步地，所述凝胶分散剂为萘磺酸盐甲醛缩合物等高分子聚合物。
[0009] 进一步地，所述硅质材料为硅酸钠粉末。
[0010] 进一步地，所述钙质材料为硝酸钙晶体。
[0011] 一种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂的制备方法，包括如下步骤：
[0012] 步骤一：准确称量所述硅酸钠粉末、硝酸钙晶体以及水备用；
[0013] 步骤二：将步骤一所述的水分为两份，一份用于配制所述硅酸钠的水溶液，另一份 用于配制所述硝酸钙的水溶液，并分别搅拌预定时间，所述预定时间为5s?60s ;
[0014] 步骤三：分别往所述硅酸钠的水溶液和所述硝酸钙的水溶液中加入所述质量分数 为0. 01 %?0. 50%凝胶分散剂，并搅拌5s?60s ;
[0015] 步骤四；将所述硅酸钠的水溶液与所述硝酸钙的水溶液混合，并搅拌一定时间，所 述一定时间为30s?420s，即生成所述C-S-H凝胶溶液早强剂。
[0016] 进一步地，所述钙质材料和所述硅质材料的摩尔比为1 :1，所述水的重量与所述 钙质材料和所述硅质材料的总重量比为5 :1，所述凝胶分散剂的质量分数为0. 20% ;所述 步骤二中的预定时间为30s ;所述步骤四中的一定时间为420s。
[0017] 进一步地，所述钙质材料和所述硅质材料的摩尔比为0.8 :1，所述水的重量与所 述钙质材料和所述硅质材料的总重量比为10 :1，所述凝胶分散剂的质量分数为〇. 30% ;所 述步骤二中的预定时间为45s ;所述步骤四中的一定时间为300s。
[0018] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0019] 1、本发明的水化硅酸钙凝胶溶液早强剂，包括：钙质材料、硅质材料、凝胶分散剂 和水，其中钙质材料和硅质材料的重量比为0. 3?3 :1，水的重量与钙质材料和硅质材料的 总重量比为5?30 :1，凝胶分散剂的质量分数为0. 01%?0. 50%。该水化硅酸钙凝胶溶 液早强剂与没有添加早强剂的水泥基材料相比，Id抗折强度提升了 27. 6%，抗压强度提升 了 129. 4% ;提升幅度分别是传统水化硅酸钙粉末早强剂的2. 16倍、4. 92倍。而且该早强 剂以混合形态存在，可以长期储存，方便运输与称量，能较好地保持该早强剂在混合溶液中 的分散均匀性和稳定性。
[0020] 2、本发明的首先准确称量硅酸钠粉末、硝酸钙晶体以及水备用；然后分别配制硅 酸钠水溶液和硝酸钙水溶液；接着分别往硅酸钠的水溶液和硝酸钙的水溶液中添加质量 分数为0. 01%?0. 50%凝胶分散剂；最后将添加有凝胶分散剂的两种溶液混合反应一定 时间，即制得水化硅酸钙凝胶溶液早强剂。该制备方法在常温下即可进行，无需恒温水浴、 反应溶液碱度调控以及反应产物去离子水清洗、干燥和粉磨，也无需抽滤与再分散，操作简 便，大大减少了制备过程中的设备投入，节省了成本。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合具体实施例对本发明的水化硅酸钙凝胶溶液早强剂及其制备方法作进 一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
[0022] 实施例一
[0023] -种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂，它的原料包括：钙质材料、硅质材料、凝胶分散 剂和水，其中钙质材料和硅质材料的重量比为〇. 3?3 :1，水的重量与钙质材料和硅质材料 的总重量比为5?30 :1，凝胶分散剂的质量分数为0. 01 %?0. 50%。
[0024] 具体来说，为了取材方便，硅质材料为硅酸钠粉末，钙质材料为硝酸钙晶体。根据 水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比（即水固比）、钙质材料和硅质材料的重量比 (钙硅比）分别计算出硅酸钠、硝酸钙及水的用量，并准确称量备用。而且，本发明选择萘磺 酸盐甲醛缩合物等高分子聚合物作为凝胶分散剂，该凝胶分散剂为高分子聚合物与小分子 有机物的复合产品，该凝胶分散剂能显著提高凝胶在混合溶液中的分散效果。此外，该硅酸 钙凝胶溶液以混合形态存在，可以长期储存，能有效保持硅酸钙凝胶体系的均匀性，便于运 输。而且在使用该硅酸钙凝胶溶液作为早强剂时，称量方便，称量误差小。
[0025] 实施例二
[0026] 水化硅酸钙凝胶溶液早强剂的原料为：钙质材料和硅质材料的摩尔比为1 :1，水 的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为5 :1，凝胶分散剂的质量分数为0. 20%。此时， 制备水化硅酸钙凝胶溶液时，配制硅酸钠的水溶液和硝酸钙的水溶液时分别需要搅拌20s， 加入分散剂后分别需要搅拌30s，而且，硅酸钠的水溶液和硝酸钙的水溶液反应时，需要搅 拌360s。最后制作得到的产物为乳白色的凝胶态液体，即为水化硅酸钙凝胶混合溶液。此 时，该水化硅酸钙凝胶混合溶液中水化硅酸钙的质量分数约为5%。
[0027] 实施例三
[0028] 水化硅酸钙凝胶溶液早强剂的原料为：钙质材料和硅质材料的摩尔比为0. 8 :1， 水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为10 :1，凝胶分散剂的质量分数为〇. 30%。此 时，制备水化硅酸钙凝胶溶液时，配制硅酸钠的水溶液和硝酸钙的水溶液时分别需要搅拌 25s。，加入分散剂后分别需要搅拌45s，而且，硅酸钠的水溶液和硝酸钙的水溶液反应时，需 要搅拌300s。最后制作得到的产物为乳白色的凝胶态液体，即为水化硅酸钙凝胶混合溶液。 此时，该水化硅酸钙凝胶混合溶液中水化硅酸钙的质量分数约为3%。
[0029] 特别地，为了便于说明本发明的水化硅酸钙凝胶溶液的早强效果，发明人进行了 水泥净浆实验，并预定早强剂掺量1 %、水灰比〇. 35。水泥质量为1500g，此时需要15g水 化硅酸钙溶质。
[0030] 如表（一）所示，为本发明制作得到的水化硅酸钙凝胶溶液与传统的粉末状的水 化硅酸钙用于水泥基材料早强剂的效果比较。比较龄期为1天。
【权利要求】
1. 一种水化硅酸钙凝胶溶液早强剂，其特征在于，它的原料包括：钙质材料、硅质材 料、凝胶分散剂和水，其中所述钙质材料和所述硅质材料的重量比为0. 3?3 :1，所述水的 重量与所述钙质材料和所述硅质材料的总重量比为5?30 :1，所述凝胶分散剂的质量分数 为 0? 01%?0? 50%。
2. 如权利要求1所述的水化硅酸钙凝胶溶液早强剂，其特征在于，所述凝胶分散剂为 萘磺酸盐甲醛缩合物等高分子聚合物。
3. 如权利要求1或2所述的水化硅酸钙凝胶溶液早强剂，其特征在于，所述硅质材料为 硅酸钠粉末。
4. 如权利要求1或2所述的水化硅酸钙凝胶溶液早强剂，其特征在于，所述钙质材料为 硝酸钙晶体。
5. 如权利要求1至4任一项所述的水化硅酸钙凝胶溶液早强剂的制备方法，其特征在 于，包括如下步骤： 步骤一：准确称量所述硅酸钠粉末、硝酸钙晶体以及水备用； 步骤二：将步骤一所述的水分为两份，一份用于配制所述硅酸钠的水溶液，另一份用于 配制所述硝酸钙的水溶液，并分别搅拌预定时间，所述预定时间为5s?60s ; 步骤三：分别往所述硅酸钠的水溶液和所述硝酸钙的水溶液中加入所述质量分数为 0. 01 %?0. 50%凝胶分散剂，并搅拌5s?60s ; 步骤四；将所述硅酸钠的水溶液与所述硝酸钙的水溶液混合，并搅拌一定时间，所述一 定时间为30s?420s，即生成所述C-S-H凝胶溶液早强剂。
6. 如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钙质材料和所述硅质材料的摩尔 比为1 :1，所述水的重量与所述钙质材料和所述硅质材料的总重量比为5 :1，所述凝胶分 散剂的质量分数为〇. 20% ;所述步骤二中的预定时间为30s ;所述步骤四中的一定时间为 420s。
7. 如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钙质材料和所述硅质材料的摩尔 比为0. 8 :1，所述水的重量与所述钙质材料和所述硅质材料的总重量比为10 :1，所述凝胶 分散剂的质量分数为0. 30% ;所述步骤二中的预定时间为45s ;所述步骤四中的一定时间 为 300s。
【文档编号】C04B22/08GK104402288SQ201410593398
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】许永和, 徐俊, 王圣怡, 周云, 史晓婉 申请人:上海建工集团股份有限公司