一种高纯单相γ-C-S-H凝胶的制备方法

本发明涉及水泥基材料，尤其涉及一种高纯单相γ-c-s-h凝胶的制备方法。

背景技术：

1、水化硅酸钙(cao-sio2-h2o或c-s-h)被称为水泥基材料的“基因”，由水泥熟料硅酸二钙与硅酸三钙水化生成，占据了约50％的硬化水泥浆体固相体积，决定着水泥基材料的强度、收缩性能与结构的耐久性。

2、长期以来，由于水泥在水化过程中不仅生成了c-s-h，还生成了氢氧化钙、钙矾石等其他水化产物，通过直接提取硬化水泥浆体来研究c-s-h结构与基本性能难以反映其最真实的状态，表征结果往往会受到其他水化产物的影响。因此，通过实验室内合成纯净、单相c-s-h的方法被科技工作者认可并广泛应用。

3、钙硅比是c-s-h最重要的化学计量系数之一，根据其结构中的钙元素与硅元素摩尔比不同，可将其分为α-c-s-h(ca/si＜1.0)，β-c-s-h(1.0＜ca/si＜1.5)，γ-c-s-h(ca/si＞1.5)。现有的合成c-s-h的方法有火山灰反应法、双分解法和溶胶凝胶法等，仅能制备出α-c-s-h与β-c-s-h，即合成钙硅比1.5以下的c-s-h，难以合成更高钙硅比的单相纯净c-s-h相。

4、现有方法制备出的γ-c-s-h凝胶由两部分构成：一种成分为与天然水化硅酸钙(托勃莫来石)近似的层状硅酸盐链式结构，即c-s-h相结构；另一种成分为纳米ca(oh)2，通常认为分布在c-s-h相的孔隙中或作为层状结构交织在c-s-h相内部。而热力学建模与晶体化学理论证明，这种二元结构的性能与单相c-s-h具有较大区别，因此，在一定程度上影响了对高钙硅比c-s-h性能与结构的认识，并制约了单相c-s-h表征试验的精细化设计。

5、因此，提供一种合成高纯单相γ-c-s-h凝胶的方法非常重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高纯单相γ-c-s-h凝胶的制备方法，用以解决现有技术中γ-c-s-h凝胶纯度低、相态复杂的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种高纯单相γ-c-s-h凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将偏硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液在保护气下搅拌混合，得到混合溶液a；

5、(2)将混合溶液a和四水硝酸钙溶液搅拌混合后进行反应，得到混合溶液b；

6、(3)向混合溶液b中加入聚氧乙烯烷基胺进行搅拌混合，得到悬浮液；

7、(4)将悬浮液顺次经过过滤、洗涤、干燥，得到高纯单相γ-c-s-h凝胶。

8、进一步的，所述偏硅酸钠溶液、氢氧化钠溶液和四水硝酸钙溶液的体积比为150～250：65～75：150～250；

9、所述偏硅酸钠溶液的浓度为0.05～0.2mol/l；

10、所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5～2mol/l；

11、所述四水硝酸钙溶液的浓度为0.1～0.3mol/l；

12、所述聚氧乙烯烷基胺的体积为偏硅酸钠溶液、氢氧化钠溶液和四水硝酸钙溶液体积之和的0.5～1.5％。

13、进一步的，步骤(1)中，所述保护气为氮气或氩气。

14、进一步的，步骤(1)中，所述保护气的通入速率为1～2l/min。

15、进一步的，步骤(1)中，所述搅拌混合的转速为600～800rpm，搅拌混合的温度≤15℃。

16、进一步的，步骤(2)中，所述搅拌混合的转速为1000～1200rpm；

17、所述反应的温度≤15℃。

18、进一步的，步骤(3)中，所述搅拌混合的转速为600～800rpm，搅拌混合的温度为≤15℃。

19、进一步的，步骤(4)中，所述过滤采用孔径为0.3～1μm的尼龙滤膜。

20、进一步的，所述洗涤为先采用水和无水乙醇的混合溶液洗涤，然后采用无水乙醇洗涤；

21、所述水和无水乙醇的体积比为1～3：1～3。

22、进一步的，步骤(4)中，所述干燥的温度为15～30℃，时间为5～8h。

23、本发明的有益效果：

24、本发明通过添加聚氧乙烯烷基胺能够吸收co2，进一步降低反应过程中引起的凝胶碳化，从而提高γ-c-s-h凝胶的纯度；本发明采用的制备方法制备的γ-c-s-h凝胶为近程排列有序的晶态与远程排列无序的非晶态共存的结构，结晶程度高。

技术特征：

1.一种高纯单相γ-c-s-h凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述偏硅酸钠溶液、氢氧化钠溶液和四水硝酸钙溶液的体积比为150～250：65～75：150～250；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述保护气为氮气或氩气。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述保护气的通入速率为1～2l/min。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌混合的转速为600～800rpm，搅拌混合的温度≤15℃。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌混合的转速为1000～1200rpm；

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述搅拌混合的转速为600～800rpm，搅拌混合的温度为≤15℃。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述过滤采用孔径为0.3～1μm的尼龙滤膜。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤为先采用水和无水乙醇的混合溶液洗涤，然后采用无水乙醇洗涤；

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述干燥的温度为15～30℃，时间为5～8h。

技术总结本发明提供了一种高纯单相γ‑C‑S‑H凝胶的制备方法，属于水泥基材料技术领域，通过将偏硅酸钠溶液、氢氧化钠溶液和四水硝酸钙溶液混合搅拌后进行反应，再加入聚氧乙烯烷基胺混合搅拌，最后顺次经过过滤、洗涤、干燥，得到高纯单相γ‑C‑S‑H凝胶。本发明通过抑制氢氧化钙生长、减少碳化与调整溶液pH值的方法，制备得到纯度高，结晶程度高的凝胶。技术研发人员：郭进军,王锟,高省锋,程源源,郑华哲受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29