一种纳米氧化铋改性功能水泥基材料及其制备方法

本发明属于混凝土，尤其涉及一种纳米氧化铋改性功能水泥基材料及其制备方法。

背景技术：

1、混凝土具有通用性、适应性及低成本等显著特点，成为建筑工程领域中的首选材料，被广泛应用于各种基础建筑的构筑。但在复杂的服役环境下，混凝土不可避免地会遇到湿度、化学物质、生物、温度以及机械等多因素引起的腐蚀问题。当其被应用于高氯盐环境(如海水、盐湖、盐碱地等)时，外界的氯离子能够通过扩散、渗透等方式进入混凝土内部，当内部游离态氯离子超过某一临界值时则会开始破坏钢筋表面钝化膜，导致钢筋发生锈蚀并产生锈胀。当膨胀应力超过混凝土极限抗拉强度时混凝土表层发生开裂、分层、剥落等现象，使得结构发生破坏。更重要的是，在钢筋锈蚀过程中，氯离子作为催化剂促使钢筋发生周而复始的阳极氧化反应而本身并不被消耗。因此，氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀是混凝土面临的最为普遍且危害最大的腐蚀行为。通过调控水泥水化产物(如c-s-h凝胶、c3a、afm等)能够有效固化氯离子，但其固化能力有限。而以类水滑石等为代表的化学物质对氯离子固化的优先级并不高，尤其在复杂的实际工程中，其氯离子固化能力将大打折扣。因此，探索新型高效的氯离子固化物质，并制备具有良好氯离子固化性能的混凝土具有重要的研究和应用意义。

2、其一，目前已得到证实纳米材料可以改善水泥基材料的孔隙结构，从而改善其性能，但纳米材料多为氧化硅、碳酸钙等，氧化铋的相关研究较少；

3、其二，目前应用于防护水泥基材料氯离子侵蚀有三种方法，均有有效地固化水泥基材料中的氯离子。第一种方法是通过调控水泥水化产物(如c-s-h凝胶、c3a、afm等)能够有效固化氯离子，但其固化能力有限，且其稳定性较差。第二种是在基体内部引入以类水滑石等为代表的化学物质，但类水滑石对氯离子固化的优先级并不高，尤其在复杂的实际工程中，其氯离子固化能力将大打折扣。第三种方式是在其表面涂覆一定的防护材料，有效阻止氯离子进入基体内部，但其耐久性能较差。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种纳米氧化铋改性功能水泥基材料及其制备方法，提高水泥基材料的力学性能、耐久性能以及其净化功效。

2、本发明是这样实现的，一种纳米氧化铋改性功能水泥基材料，由水泥、纳米氧化铋与水组成，其中，按照质量百分比，水泥占98％～99.5％，纳米氧化铋占0.5％～2％，纳米氧化铋复合水泥胶凝材料的原料水胶比为0.4。

3、所述水泥为基准水泥p·i42.5硅酸盐水泥。

4、上述纳米氧化铋改性功能水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：

5、(1)将纳米氧化铋分散到水溶液中，得到纳米氧化铋分散液；

6、(2)将水泥与水溶液进行搅拌得到水泥浆料，然后将水泥浆料和纳米氧化铋分散液混合搅拌，得到纳米氧化铋复合水泥基胶凝材料。

7、所述步骤(1)包括：将所述纳米氧化铋溶解于水中，搅拌后，进行超声分散处理。

8、所述步骤(2)包括：将所述水泥与水溶液在50～80rpm的速度条件下混合搅拌30～35s。

9、所述步骤(2)包括：将所述纳米氧化铋分散液加入所述水泥浆料中，先在50～80rpm的速度条件下混合搅拌30～35s，然后在100～200rpm的速度条件下混合搅拌100～120s。

10、本发明具有的优点和技术效果：构建基于纳米氧化铋增强水泥基材料体系，利用纳米氧化铋的填充效应、“bi2o3→biocl”物相转变现象以及铋系化合物的光催化降解效应，实现混凝土的力学性能提升、氯离子固化及光催化降解污染物，赋予其多功能性，综合提升其耐久性与安全性，解决当前复杂海洋环境下混凝土建筑物面临的多因素腐蚀难题。

技术特征：

1.一种纳米氧化铋改性功能水泥基材料，其特征在于，由水泥、纳米氧化铋与水组成，其中，按照质量百分比，水泥占98％～99.5％，纳米氧化铋占0.5％～2％，纳米氧化铋复合水泥胶凝材料的原料水胶比为0.4。

2.根据权利要求1所述纳米氧化铋改性功能水泥基材料，其特征在于，所述水泥为基准水泥p·i42.5硅酸盐水泥。

3.如权利要求1或2所述纳米氧化铋改性功能水泥基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述纳米氧化铋改性功能水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：将所述纳米氧化铋溶解于水中，搅拌后，进行超声分散处理。

5.根据权利要求3所述纳米氧化铋改性功能水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：将所述水泥与水溶液在50～80rpm的速度条件下混合搅拌30～35s。

6.根据权利要求4所述纳米氧化铋改性功能水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：将所述纳米氧化铋分散液加入所述水泥浆料中，先在50～80rpm的速度条件下混合搅拌30～35s，然后在100～200rpm的速度条件下混合搅拌100～120s。

技术总结本发明公开了一种纳米氧化铋改性功能水泥基材料及其制备方法，属于混凝土技术领域，由水泥、纳米氧化铋与水组成，按照质量百分比，水泥占98％～99.5％，纳米氧化铋占0.5％～2％，纳米氧化铋复合水泥胶凝材料的原料水胶比为0.4。制备方法，包括如下步骤：(1)将纳米氧化铋分散到水溶液中，得到纳米氧化铋分散液；(2)将水泥与水溶液进行搅拌得到水泥浆料，然后将水泥浆料和纳米氧化铋分散液混合搅拌，得到纳米氧化铋复合水泥基胶凝材料，从而提高水泥基材料的力学性能、耐久性能，并赋予其净化功效。技术研发人员：王天雷,靖秀党,张磊,赵巍,徐蕊,张颖受保护的技术使用者：天津城建大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27