本发明涉及凹凸棒技术领域，具体涉及一种凹凸棒水泥复合添加剂及制备方法。
背景技术：
水泥是一种基础建筑材料，应用广泛，主要用途有砌筑、粉刷、贴瓷片、制作水泥砖、水泥砼、水泥制品等，水泥产品本身性能缺陷的问题，也是本行业领域的技术人员正在探索的难题。现有技术中，都是通过向水泥中加入外添加剂增强水泥防水功能，如将胶类产品与水泥结合来解决防水问题，而一旦防水层在使用时间达到一定的限度后因热胀冷缩而破坏，此功能就无法将其修复，发生无法弥补的缺陷。总而言之，市场上所有的各种类型防水剂的一个共性的问题；是没有针对水泥产品本身的性能缺陷去提高水泥砼及水泥沙浆的防水功能，一般而言，水泥产品本身的性能存在如下问题：
1、水泥砼的耐久性能不好，水泥的热胀冷缩系数很大，容易开裂风化；水泥耐高温性差，容易爆裂；
2、水泥砂浆防水性很差，原因在于有30％的水泥没有利用上，水泥的利用率仅为67％～70％左右，水泥结砣，随水流失，水泥在使用中和易性差、沾度差、泌水、容易分层。
3、水泥属碱性类物资，如用量过大，固化后对地下水产生较大污染。
上述缺陷均是因水泥产品本身的缺陷而不可避免导致水泥砼和水泥砂浆的性能缺陷，仅改变其本身的性能仍无法解决上述问题。
因此，研究开发一种能够有效改善水泥性能缺陷的添加剂成为目前研究的重点，也具有较好的应用前景及使用价值。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种凹凸棒水泥复合添加剂及制备方法，所述凹凸棒水泥复合添加剂能够有效改善水泥性能，大大提高水泥的防水、防潮、抗裂、抗渗性能，此外，所述制备方法简单易行，条件温和，适合工业生产。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明涉及一种凹凸棒水泥复合添加剂，包括如下重量份的各组分：改性后的凹凸棒石粘土80~100份、硅藻土10~15份、粉煤灰10~20份、炉渣5~10份、膨润土5~10份、硅酸钠3~10份、石灰石5~15份、聚丙烯酰胺0.5~2份、石墨烯0.1~0.5份。
优选地，所述改性后的凹凸棒石粘土85份、硅藻土12份、粉煤灰17份、炉渣6份、膨润土8份、硅酸钠6份、石灰石12份、聚丙烯酰胺0.8份、石墨烯0.2份。
本发明还涉及一种制备的凹凸棒水泥复合添加剂的方法，包括如下步骤：
（1）将天然凹凸棒石粘土进行粉碎至100~150目，加水，搅拌形成悬浮泥浆，再通过超声波条件下超声10~20min，取上层悬浊液于2500~3000转/min的离心机中离心处理5~10min，真空抽滤得到滤饼；将滤饼置于烧杯中，加入乙醇，于超声波条件下超声10~20min，真空抽滤，干燥得到预处理后的凹凸棒石粘土；
（2）将预处理后的凹凸棒石粘土置于烧瓶中，加入2mol/l的稀盐酸，于60~80℃搅拌回流20~30min，真空抽滤，并用蒸馏水清洗，得滤饼；将滤饼于真空干燥箱干燥，然后置于800℃~1000℃的马弗炉中焙烧2~3h，冷却后研磨至粒径为100~200目，得到改性后的凹凸棒石粘土；
（3）按照配比称取聚丙烯酰胺，加水溶解，然后加入石墨烯，于60℃~70℃搅拌30~40min，然后加入改性后的凹凸棒石粘土，于室温下搅拌均匀，置于超声波中超声10~20min，得混合物一；
（4）按照配比分别称取硅藻土、粉煤灰、炉渣、膨润土、硅酸钠和石灰石，粉碎并混合均匀，然后加入到混合物一中，机械搅拌1~2h，然后将混合物于超声波中超声5~10min，干燥后粉碎，即得所述水泥复合添加剂。
优选地，所述步骤（1）中加水的重量为凹凸棒石粘土重量的5~10倍。
优选地，所述步骤（1）中加乙醇的体积量为凹凸棒石粘土质量的8~15倍。
优选地，所述步骤（2）中稀盐酸加入的体积量与凹凸棒质量之比为1ml：2g~10g。
优选地，所述步骤（2）中滤饼的洗涤步骤包括将滤饼置于蒸馏水中，于超声条件下超声5~10min，抽滤，重复两次操作，使得滤饼的ph值为5~6。
优选地，所述步骤（4）中混合物的干燥方法为先将混合物加热除水至含水量为10%左右，再将其置于真空干燥箱中干燥。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明所述的凹凸棒水泥复合添加剂，能够有效改善水泥性能，大大提高水泥的防水、防潮、抗裂、抗渗性能，避免了由于水泥自身缺陷导致的建筑不牢的状况产生，提高了建筑物的质量及安全性，此外，所述制备方法简单易行，条件温和，适合工业生产。
（2）本发明所述凹凸棒水泥复合添加剂采用改性后的凹凸棒石粘土作为基材，由于凹凸棒石粘土独特的链层状结构及较大的比表面积，能够大大提高水泥各成分之间的粘结性能和相容性，提高水泥的强度；由于凹凸棒石粘土本身具有优异的耐候性、触变性及流平性，使得加入添加剂之后的水泥具有耐候性好，容易涂刷的特点。
（3）本发明所述凹凸棒水泥复合添加剂添加有聚丙烯酰胺和石墨烯，由于石墨烯独特的片层状结构，层层叠加形成致密的物理隔绝层，在聚丙烯酰胺的作用下能够更加均匀的与凹凸棒石粘土配合，使得石墨烯及聚丙烯酰胺改性后的凹凸棒石粘土具有较好的防水性能，再加上石墨烯具有优异的力学性能，使得加入添加剂的水泥具有较好的防水及力学性能。
（4）本发明所述凹凸棒水泥复合添加剂添加各组分为纯天然材料，安全无污染，且成本较低，具有较好的应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如sambrook等分子克隆：实验室手册（newyork:coldspringharborlaboratorypress,1989）中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1：
本发明优选实施例的一种凹凸棒水泥复合添加剂及制备方法；
所述凹凸棒水泥复合添加剂，由如下重量份的各组分制备而成：改性后的凹凸棒石粘土85份、硅藻土12份、粉煤灰17份、炉渣6份、膨润土8份、硅酸钠6份、石灰石12份、聚丙烯酰胺0.8份、石墨烯0.2份。
本发明所述凹凸棒水泥复合添加剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将天然凹凸棒石粘土进行粉碎至150目，加入凹凸棒石粘土重量的8倍量的水，搅拌形成悬浮泥浆，再通过超声波条件下超声18min，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理10min，真空抽滤得到滤饼；将滤饼置于烧杯中，加入乙醇，其中，加入乙醇的体积量为凹凸棒石粘土质量的12倍，于超声波条件下超声15min，真空抽滤，干燥得到预处理后的凹凸棒石粘土；
（2）将预处理后的凹凸棒石粘土置于烧瓶中，加入2mol/l的稀盐酸，其中，稀盐酸加入的体积量与凹凸棒质量之比为1ml：6g，于78℃搅拌回流25min，真空抽滤，并用蒸馏水清洗，得滤饼；将滤饼于真空干燥箱干燥，然后置于800℃的马弗炉中焙烧3h，冷却后研磨至粒径为200目，得到改性后的凹凸棒石粘土；
（3）按照配比称取聚丙烯酰胺，加水溶解，然后加入石墨烯，于70℃搅拌40min，然后加入改性后的凹凸棒石粘土，于室温下搅拌均匀，置于超声波中超声15min，得混合物一；
（4）按照配比分别称取硅藻土、粉煤灰、炉渣、膨润土、硅酸钠和石灰石，粉碎并混合均匀，然后加入到混合物一中，机械搅拌2h，然后将混合物于超声波中超声10min，干燥后粉碎，即得所述水泥复合添加剂。
步骤（2）中滤饼的洗涤步骤包括将滤饼置于蒸馏水中，于超声条件下超声10min，抽滤，重复两次操作，使得滤饼的ph值为5~6。
步骤（4）中混合物的干燥方法为先将混合物加热除水至含水量为10%左右，再将其置于真空干燥箱中干燥。
实施例2：
本发明优选实施例的一种凹凸棒水泥复合添加剂及制备方法；
所述凹凸棒水泥复合添加剂，由如下重量份的各组分制备而成：改性后的凹凸棒石粘土80份、硅藻土10份、粉煤灰10份、炉渣5份、膨润土5份、硅酸钠3份、石灰石5份、聚丙烯酰胺0.5份、石墨烯0.1份。
本发明所述凹凸棒水泥复合添加剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将天然凹凸棒石粘土进行粉碎至100目，加入凹凸棒石粘土重量的5倍量的水，搅拌形成悬浮泥浆，再通过超声波条件下超声10min，取上层悬浊液于2500转/min的离心机中离心处理10min，真空抽滤得到滤饼；将滤饼置于烧杯中，加入乙醇，其中，加入乙醇的体积量为凹凸棒石粘土质量的8倍，于超声波条件下超声10min，真空抽滤，干燥得到预处理后的凹凸棒石粘土；
（2）将预处理后的凹凸棒石粘土置于烧瓶中，加入2mol/l的稀盐酸，其中，稀盐酸加入的体积量与凹凸棒质量之比为1ml：2g，于60℃搅拌回流30min，真空抽滤，并用蒸馏水清洗，得滤饼；将滤饼于真空干燥箱干燥，然后置于1000℃的马弗炉中焙烧2h，冷却后研磨至粒径为100目，得到改性后的凹凸棒石粘土；
（3）按照配比称取聚丙烯酰胺，加水溶解，然后加入石墨烯，于70℃搅拌30min，然后加入改性后的凹凸棒石粘土，于室温下搅拌均匀，置于超声波中超声10min，得混合物一；
（4）按照配比分别称取硅藻土、粉煤灰、炉渣、膨润土、硅酸钠和石灰石，粉碎并混合均匀，然后加入到混合物一中，机械搅拌1h，然后将混合物于超声波中超声5min，干燥后粉碎，即得所述水泥复合添加剂。
步骤（2）中滤饼的洗涤步骤包括将滤饼置于蒸馏水中，于超声条件下超声5min，抽滤，重复两次操作，使得滤饼的ph值为5~6。
步骤（4）中混合物的干燥方法为先将混合物加热除水至含水量为10%左右，再将其置于真空干燥箱中干燥。
实施例3：
本发明优选实施例的一种凹凸棒水泥复合添加剂及制备方法；
所述凹凸棒水泥复合添加剂，由如下重量份的各组分制备而成：改性后的凹凸棒石粘土100份、硅藻土15份、粉煤灰20份、炉渣10份、膨润土10份、硅酸钠10份、石灰石15份、聚丙烯酰胺2份、石墨烯0.5份。
本发明所述凹凸棒水泥复合添加剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将天然凹凸棒石粘土进行粉碎至150目，加入凹凸棒石粘土重量的10倍量的水，搅拌形成悬浮泥浆，再通过超声波条件下超声20min，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理10min，真空抽滤得到滤饼；将滤饼置于烧杯中，加入乙醇，其中，加入乙醇的体积量为凹凸棒石粘土质量的15倍，于超声波条件下超声20min，真空抽滤，干燥得到预处理后的凹凸棒石粘土；
（2）将预处理后的凹凸棒石粘土置于烧瓶中，加入2mol/l的稀盐酸，其中，稀盐酸加入的体积量与凹凸棒质量之比为1ml：10g，于80℃搅拌回流30min，真空抽滤，并用蒸馏水清洗，得滤饼；将滤饼于真空干燥箱干燥，然后置于800℃的马弗炉中焙烧3h，冷却后研磨至粒径为200目，得到改性后的凹凸棒石粘土；
（3）按照配比称取聚丙烯酰胺，加水溶解，然后加入石墨烯，于60℃搅拌40min，然后加入改性后的凹凸棒石粘土，于室温下搅拌均匀，置于超声波中超声20min，得混合物一；
（4）按照配比分别称取硅藻土、粉煤灰、炉渣、膨润土、硅酸钠和石灰石，粉碎并混合均匀，然后加入到混合物一中，机械搅拌2h，然后将混合物于超声波中超声10min，干燥后粉碎，即得所述水泥复合添加剂。
步骤（2）中滤饼的洗涤步骤包括将滤饼置于蒸馏水中，于超声条件下超声10min，抽滤，重复两次操作，使得滤饼的ph值为5~6。
步骤（4）中混合物的干燥方法为先将混合物加热除水至含水量为10%左右，再将其置于真空干燥箱中干燥。
将实施例1~3制备得到的水泥添加剂加入水泥中，按照gb175-2007《通用硅酸盐水泥》取52.5等级强度对水泥性能进行测试，结果如下：
综上所述，本发明所述的凹凸棒水泥复合添加剂，能够有效改善水泥性能，大大提高水泥的防水、防潮、抗裂、抗渗性能，避免了由于水泥自身缺陷导致的建筑不牢的状况产生，提高了建筑物的质量及安全性，此外，所述制备方法简单易行，条件温和，适合工业生产。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。