一种提高混凝土强度、高效抑制氯离子扩散和钢筋腐蚀的多功能外加剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种提高混凝土强度、高效抑制氯离子扩散和钢筋腐蚀的多功能外加剂及制备方法，外加剂由二氧化硅纳米点修饰亚硝酸根插层层状双金属氢氧化物(nano‑SiO2@LDHs)组成；通过微乳液法合成纳米二氧化硅(nano‑SiO2)溶液，共沉积法合成亚硝酸根插层的层状Mg‑Al氢氧化物(LDHs)粉末；将制备的LDHs溶液加入纳米二氧化硅溶液，所得悬浊液经离心、洗涤、烘干，即得。本发明提供的混凝土外加剂可广泛应用于港口、跨海大桥、防汛堤坝等海工混凝土工程，可以同时提高混凝土强度、高效抑制氯离子扩散和钢筋腐蚀，且该外加剂制备工艺简单易于产业化和推广，应用前景十分广阔。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂及其制备方法，特别是涉及一种提高混凝土强度、高效抑制氯离子扩散及钢筋腐蚀的多功能外加剂及制备方法。

背景技术

钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的诸多优点，造价较低，是目前土木工程结构设计中的首选形式，应用非常广泛。但是，处于氯盐环境中的钢筋混凝土结构却极易受到钢筋氯离子腐蚀，由此使工程结构提前失效与服役寿命缩短。添加钢筋阻锈材料因具有简便、高效及相对廉价等优点是实际应用极为广泛的一种防护方法。但是，传统的钢筋阻锈材料不仅功能较为单一，无法固化氯离子，对氯离子扩散作用没有明显的抑制作用，阻锈效率常常不高，且存在与环境交换作用而损耗，影响其阻锈作用的长效性。与此同时，已有阻锈剂对混凝土强度也没有明显的提升作用。

发明内容

发明目的：本发明的目的之一是提供一种多功能混凝土外加剂，可以同时提高混凝土强度、高效抑制氯离子扩散和钢筋腐蚀；本发明还提供了该多功能混凝土外加剂的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种提高混凝土强度、高效抑制氯离子扩散和钢筋腐蚀的多功能外加剂，其是由二氧化硅纳米点修饰亚硝酸根插层层状双金属氢氧化物(nano-SiO

本发明还提供了一种提高混凝土强度、高效抑制氯离子扩散和钢筋腐蚀的多功能外加剂的制备方法，其包括如下步骤：

(1)采用微乳液法合成得到纳米二氧化硅溶液；

(2)采用共沉积法合成的亚硝酸根插层的层状Mg-Al双金属氢氧化物；

(3)将步骤(2)制备得到的层状Mg-Al双金属氢氧化物分散于溶剂中，后加入纳米二氧化硅溶液中，调节pH值至10～12，在30℃～60℃下搅拌反应；离心过滤处理得到沉淀物，将沉淀物清洗、真空干燥，即得。

其中，步骤(1)中，纳米二氧化硅溶液的制备方法包括：将辛烷、L-赖氨酸溶于蒸馏水中，在50～60℃下搅拌1～3h，得到混合溶液；将正硅酸乙酯溶于溶液中，在50～60℃下搅拌4～6h，得到微乳液法合成的纳米二氧化硅溶液。进一步地，所加辛烷的质量浓度为2-3g/mL，L-赖氨酸的质量浓度为0.04-0.06g/mL，正硅酸乙酯的质量浓度为1-2g/mL。

其中，步骤(2)中，LDHs的制备方法包括：将Mg(NO

其中，步骤(3)中，将步骤(2)制备的LDHs研磨成粉末，再溶于蒸馏水中，超声20min-50min后，逐滴加入到步骤(1)合成的纳米二氧化硅溶液中，维持溶液pH值在10～12，且在30℃～60℃下搅拌2h～4h；离心过滤处理后，将沉淀物用蒸馏水洗3-5次，真空干燥12h-48h。进一步地，在纳米二氧化硅溶液中所加LDHs粉末的质量浓度为3.5-4.5g/mL。

作为优选地，该多功能外加剂通过以下步骤制得：

a、将7.3g辛烷、0.146g的L-赖氨酸溶于280ml蒸馏水中，在60℃下搅拌1h-3h；将4g正硅酸乙酯溶于上述溶液，在60℃下搅拌4h-6h，得到微乳液法合成的纳米二氧化硅(nano-SiO

b、将6.83g NaNO

c、称取步骤2获得的1.12g亚硝酸根插层的层状Mg-Al双金属氢氧化物(LDHs)，研磨成粉末溶于280ml蒸馏水中超声20min-50min；将其逐滴加入到步骤1合成的纳米二氧化硅(nano-SiO

虽然双金属氢氧化物(LDHs)具有典型的层状结构，层板间的阴离子通过弱的静电力及氢键与层板结合，这种弱的作用力使得层间的阴离子极易被新离子交换替代，由此可吸附氯离子。当层间阴离子具有阻锈阴离子时，此时LDHs既能吸附氯离子，也能通过阴离子交换释放的阻锈阴离子进行阻锈，由此共同保护钢筋，是一种很有前途的长效型、智能型与多功能型阻锈材料。但是，LDHs纳米级的层板表面荷电，表面能高，使得LDHs阻锈材料片层易大量堆积，颗粒团聚程度高，有效表面积小，在混凝土中无法充分与氯离子接触而固化，层间大量空间及离子未得到有效利用，实际的LDHs阻锈材料功能利用率较低。

而本发明提供一种高效抑制氯离子扩散及钢筋腐蚀的混凝土外加剂，在充分利用阻锈阴离子插层LDHs材料优异性能的基础上，通过静电力，将带有负电性的纳米二氧化硅吸附在带正电的层板上，制备纳米二氧化硅(nano-SiO

有益效果：本发明针对现有阻锈剂功能单一，对氯离子侵蚀防护效果不佳的问题，在充分利用阻锈阴离子插层LDHs优异性能的基础上，通过二氧化硅(nano-SiO

通过微乳液法合成纳米二氧化硅，并利用共沉积法制备LDHs材料，由静电作用，将纳米二氧化硅点修饰到层状双金属氢氧化物层板上，由此获得纳米二氧化硅点修饰的层状氢氧化物的多功能阻锈材料。本发明通过修饰的纳米二氧化硅点的静电斥力和空间位阻效应，改善了单一LDHs团聚严重致其功能利用率低的问题，利用高度分散的亚硝酸根插层LDHs高效固化氯离子，从而有效抑制氯离子在混凝土扩散，同时智能靶向释放亚硝酸根阻锈离子，由此抑制混凝土中钢筋腐蚀。

此外，利用纳米二氧化硅在水泥混凝土中有二次水化反应，生成C-S-H凝胶，由此在增进LDHs与水泥水化产物的结合水平的同时，致密化混凝土，提高混凝土强度，并进一步增加混凝土的耐久性。

本发明提供的混凝土外加剂可广泛应用于港口、跨海大桥、防汛堤坝等海工混凝土工程，能通过良好分散的LDHs固化氯离子与释放的NO

附图说明

图1是LDHs的SEM图片。

图2是本发明中nano-SiO

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。

以下实施例中用到的原料和试剂均为市售。

为评价所制混凝土外加剂对氯离子扩散及钢筋腐蚀的抑制效果，进行碱性模拟混凝土孔溶液中的氯离子等温吸附与钢筋腐蚀试验；此外，进行混凝土强度试验，具体试验安排如下：

(1)氯离子等温吸附试验

配制氯离子浓度为0.002mol/l、0.005mol/l、0.01mol/l、0.02mol/l、0.04mol/l、0.1mol/l、0.16mol/l、0.2mol/l的碱性混凝土模拟孔溶液100ml(pH＝13)，再分别加入所制1g的nano-SiO

(2)钢筋腐蚀试验

将

(3)混凝土强度试验

使用P.O.42.5普通硅酸盐水泥配置强度等级为C30的混凝土，标准养护28d实测基准的混凝土抗压强度31.5MPa，在混凝土掺加2％nano-SiO

实施例1：

将7.3g辛烷、0.146g的L-赖氨酸溶于280ml蒸馏水中，在60℃下搅拌1h；再加入4g正硅酸乙酯，在60℃下搅拌4h，得到微乳液法合成的纳米二氧化硅溶液。将6.83g的NaNO

试验结果如下：相对于单一LDHs的氯离子饱和吸附量为2.03mmol/g，nano-SiO

实施例2：

将7.3g辛烷、0.146g的L-赖氨酸溶于280ml蒸馏水中，在60℃下搅拌3h；再加入4g正硅酸乙酯，在60℃下搅拌6h，得到微乳液法合成的纳米二氧化硅溶液。将6.83g的NaNO

试验结果如下：相对于单一LDHs的氯离子饱和吸附量为2.03mmol/g，nano-SiO

实施例3

将7.3g辛烷、0.146g的L-赖氨酸溶于280ml蒸馏水中，在60℃下搅拌2h；再加入4g正硅酸乙酯，在60℃下搅拌5h，得到微乳液法合成的纳米二氧化硅溶液。将6.83g的NaNO

试验结果表明：相对于单一LDHs的氯离子饱和吸附量为2.03mmol/g，nano-SiO

掺加LDHs的混凝土抗压强度并没有下降，但增加也不明显，而掺加2％nano-SiO

实施例4：

将7.3g辛烷、0.146g的L-赖氨酸溶于280ml蒸馏水中，在60℃下搅拌1.5h；再加入4g正硅酸乙酯，在60℃下搅拌5h，得到微乳液法合成的纳米二氧化硅溶液。将6.83g的NaNO

试验结果表明：相对于单一LDHs的氯离子饱和吸附量为2.03mmol/g，nano-SiO

实施例5：

将7.3g辛烷、0.146g的L-赖氨酸溶于280ml蒸馏水中，在60℃下搅拌1h；再加入4g正硅酸乙酯，在60℃下搅拌4h，得到微乳液法合成的纳米二氧化硅溶液。将6.83g的NaNO

试验结果如下：相对于单一LDHs的氯离子饱和吸附量为2.03mmol/g，nano-SiO

实施例6：

将7.3g辛烷、0.146g的L-赖氨酸溶于280ml蒸馏水中，在60℃下搅拌1h；再加入4g正硅酸乙酯，在60℃下搅拌4h，得到微乳液法合成的纳米二氧化硅溶液。将6.83g的NaNO

试验结果如下：相对于单一LDHs的氯离子饱和吸附量为2.03mmol/g，nano-SiO

由上述实施案例可知，相同制备工艺下，nano-SiO