CN102329093A

CN102329093A - 一种高性能混凝土膨胀剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102329093A
Application number: CN2010102985211A
Authority: CN
Inventors: 黄春江; 董同刚; 彭海波; 何时林; 黄澄文
Original assignee: SHENZHEN ROCK INVESTMENT CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN ROCK INVESTMENT CO Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-01-25

Abstract

本发明公开了一种高性能混凝土膨胀剂及其制备方法。高性能混凝土膨胀剂按重量百分比由以下组分组成：膨胀熟料30-70％；硬石膏20-45％；其他助剂10-25％。本发明高性能混凝土膨胀剂具有抗裂、抗渗、补偿收缩等功能。与现有技术中的膨胀剂相比，具有早期膨胀大、后期收缩小、不产生后期有害膨胀，可减免混凝土结构物因早期收缩、干缩和冷缩产生有害裂缝，克服结构渗漏问题，可大幅度提高混凝土耐久性。

Description

一种高性能混凝土膨胀剂及其制备方法

[技术领域]

本发明涉及水泥外加剂，尤其涉及一种高性能混凝土膨胀剂及其制备方法。

[背景技术]

近年来，随着建筑结构的大型化以及混凝土强度等级不断提高，混凝土开裂现象越来越严重。混凝土出现裂缝不但降低了结构的安全性和耐久性，而且使用功能受到影响(开裂是导致渗漏的直接原因)，补偿收缩混凝土的使用是解决混凝土开裂最有效、最经济的技术途径。

公开日为2001年11月21日，公开号为CN1322691的中国发明专利申请介绍了一种混凝土的膨胀剂。该膨胀剂是由以下重量百分比的原料混合粉碎而成：硬石膏30-70％，明矾石0-17％，矿渣0-17％，高铝熟料20-26％，缓凝减水剂5-10％，在制备混凝土时掺入水泥量6-8％的外加剂，能提高混凝土的密实性，抗渗性、耐磨性、耐久性及对钢筋的握裹力等。该产品干缩大，后期抗裂性能差，对混凝土工作性能有不利影响。

公开日为2005年1月19日，公开号为CN1566016的中国发明专利申请介绍了系列低碱、高限胀、低掺量混凝土膨胀剂。它具有碱含量低(＜0.6％)、掺量低(内掺6％替代水泥)、有良好的补偿收缩效果，能有效地补偿砼收缩时产生的拉应力，避免砼开裂。该产品无法产生有效膨胀，不符合GB23439-2009“混凝土膨胀剂”国家标准要求。

公开日为2005年10月26日，公开号为CN168691的中国发明专利申请介绍了一种复合型混凝土膨胀剂制备方法。它利用干法氟化盐生产过程中产生的废渣干氟石膏和粉煤灰及铁粉为原料，并加入2～3种外加剂，经拌和、粉磨和均化而成。本产品不需煅烧，只需粉磨，生产工艺简单，可节省大量能源；变废为宝，成本低廉，经济效益高，与同类产品比较，更具市场竞争力。该产品掺量大、膨胀率小，补偿收缩和抗裂性能较差。

公开日为2009年6月17日，公开号为CN101456694的中国发明专利申请公开了一种耐久型三膨胀源混凝土膨胀剂，使用硬石膏、高铝熟料、高钙硫铝熟料和煅烧菱镁矿等主要原材料，外掺引气剂K12、硅灰、沸石粉和憎水剂硬脂酸钠。该发明产品碱含量低，具有一定膨胀性能，提高混凝土的抗裂性能和抗渗性能。但该产品膨胀率不足，在干空中收缩大，不利于控制混凝土结构裂缝。

公开日为2009年9月23日，公开号为CN101538133的中国发明专利申请介绍了一种高性能混凝土膨胀剂及其生产方法，该剂是用回转窑高温煅烧制得的铝酸盐膨胀熟料，其它铝质熟料，硬石膏，脱硫石膏及聚醇醚(减缩组份)按一定比例组成，将块状的铝酸盐熟料先进入立磨粉磨至一定的比表面积，然后与硬石膏、脱硫石膏、其它铝质熟料一同进入球磨机粉磨至一定的比表面积，在球磨粉磨过程中，将减缩组份经专用的设备雾化后喷入球磨机内，使各种组分均匀混合，制成产品。但该产品生产工艺复杂，液体减缩组分与粉状物料不易混匀，且该产品膨胀率偏小，在干空中仍然收缩较大。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种具有抗裂、抗渗、补偿收缩功能，早期膨胀大、后期收缩小、不产生后期有害膨胀的高性能混凝土膨胀剂及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种高性能混凝土膨胀剂，按重量百分比由以下组分组成：

膨胀熟料 30-70％；

硬石膏 20-45％；

其他助剂 10-25％。

以上所述的高性能混凝土膨胀剂，按重量百分比由以下组分组成：

膨胀熟料 40-60％；

硬石膏 20-40％；

其他助剂 10-15％。

以上所述的高性能混凝土膨胀剂，所述的其他助剂包括煅烧偏高岭土、高铝熟料或煅烧硅藻土。

以上所述的高性能混凝土膨胀剂，所述膨胀熟料的矿物组成按重量百分比为：

硅酸三钙 12-23％；

铝酸三钙 5-10％；

铁铝酸四钙 5-15％；

游离氧化钙 50-70％。

以上所述的高性能混凝土膨胀剂，所述的硬石膏按重量百分比，三氧化硫含量大于50％。

以上所述的高性能混凝土膨胀剂，按重量百分比，所述的高铝熟料三氧化二铝含量为50-55％，二氧化硅含量小于7％；所述的煅烧硅藻土二氧化硅含量为75-95％，三氧化二铝含量为3-6％；所述的煅烧偏高岭土三氧化二铝含量大于20％，煅烧温度为750-850℃。

以上所述高性能混凝土膨胀剂的制备方法的技术方案，包括以下步骤：

a)按权利要求所述的配比称取原料；

b)将原料混合，粉磨至比表面积为200-300m²/kg，0.08mm方孔筛筛余小于总重量的15％。

以上所述的高性能混凝土膨胀剂的制备方法，包括膨胀熟料的制备步骤：a)按重量百分比将石灰石70-85％、白泥、8-15％、石膏2-5％、铁粉2-5％，用球磨机共同粉磨至0.08mm方孔筛筛余2-5％，制得生料；b)将a步骤制得的生料在水泥回转窑在1400℃±50℃温度煅烧，即制得膨胀熟料。

以上所述的高性能混凝土膨胀剂的制备方法，按重量百分比，所述的石灰石氧化钙含量大于50％、二氧化硅含量小于3％；所述的白泥三氧化二铝含量大于20％、二氧化硅含量为45-60％)；所述的石膏三氧化硫含量大于38％，所述的铁粉三氧化二铁含量大于60％。

本发明高性能混凝土膨胀剂具有抗裂、抗渗、补偿收缩等功能。与现有技术中的膨胀剂相比，具有早期膨胀大、后期收缩小、不产生后期有害膨胀，可减免混凝土结构物因早期收缩、干缩和冷缩产生有害裂缝，克服结构渗漏问题，可大幅度提高混凝土耐久性。

[具体实施方式]

自制膨胀熟料制备方法是：按重量百分比，用石灰石(氧化钙含量大于50％、二氧化硅含量小于3％)70-85％、白泥(三氧化二铝含量大于20％、二氧化硅含量45-60％)8-15％、石膏(三氧化硫含量大于38％)2-5％、铁粉(三氧化二铁含量大于60％)2-5％，用球磨机共同粉磨至0.08mm方孔筛筛余2-5％，制得生料；所得生料用水泥回转窑在1400℃±50℃温度煅烧，即制得膨胀熟料，其矿物组成为：硅酸三钙12-23％，铝酸三钙5-10％，铁铝酸四钙5-15％，游离氧化钙50-70％。

自制膨胀熟料实施例A：按重量百分比，用石灰石82％、白泥12％、石膏3％、铁粉3％，用球磨机共同粉磨至0.08mm方孔筛筛余2-5％，制得生料；所得生料用水泥回转窑在1400℃±50℃温度煅烧，即制得膨胀熟料，其矿物组成为：硅酸三钙18.20％，铝酸三钙7.35％，铁铝酸四钙8.35％，游离氧化钙62.80％。

自制膨胀熟料实施例B：按重量百分比，用石灰石76％、白泥15％、石膏4％、铁粉5％，用球磨机共同粉磨至0.08mm方孔筛筛余2-5％，制得生料，用水泥回转窑在1400℃±50℃温度煅烧，制得膨胀熟料，其矿物组成为：硅酸三钙22.60％，铝酸三钙9.68％，铁铝酸四钙13.15％，游离氧化钙50.30％。

以下实施例中，其他助剂包括保水、减缩或稳定组分，如煅烧偏高岭土、高铝熟料或煅烧硅藻土

高性能混凝土膨胀剂实施例1

按重量百分比称取实施例A的膨胀熟料50％、硬石膏30％(武汉龙源，三氧化硫含量大于50％)、煅烧偏高岭土20％(广东云浮，三氧化二铝含量大于20％，煅烧温度750-850℃)，将原料混合，粉磨粉磨至比表面积为260m²/kg，0.08mm方孔筛筛余12％；制得产品。

高性能混凝土膨胀剂实施例2

按重量百分比称取实施例B膨胀熟料50％、硬石膏40％、高铝熟料(贵州遵义，三氧化二铝含量50-55％，二氧化硅含量小于7％)10％，将原料混合，粉磨粉磨至比表面积为250m²/kg，0.08mm方孔筛筛余12％；制得产品。

按重量百分比称取高性能混凝土膨胀剂实施例3

按重量百分比称取实施例A的膨胀熟料70％、硬石膏20％、煅烧硅藻土(浙江临安，二氧化硅含量75-95％，三氧化二铝3-6％，煅烧温度850-1000℃)10％，将原料混合，粉磨粉磨至比表面积为280m²/kg，0.08mm方孔筛筛余9％；制得产品。

高性能混凝土膨胀剂实施例4

按重量百分比称取实施例A的膨胀熟料30％，高铝熟料25％，硬石膏45％，将原料混合，粉磨粉磨至比表面积260m²/kg，0.08mm方孔筛筛余11％；制得产品。

产品性能

为了比较高性能膨胀剂(包括与其它类型膨胀剂性能比较)对不同水泥的效果，试验测定了同掺量下如下几种高性能膨胀剂对不同水泥品种的强度、膨胀与收缩、抗渗和工作性能的作用。试验按GB23439-2009《混凝土膨胀剂》、GBJ82-1985《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行，掺量为粉体掺量。试验结果见表1、表2、表3和表4。

在表1中，对比例1为专利申请CN1322691中的实施例1，对比例2为专利申请CN1566016中的实施例1，对比例3为专利申请CN101456694中的实施例1，对比例4为专利申请CN101538133中的实施例1，对比例5为专利申请CN168691中的实施例1。

表1 高性能膨胀剂膨胀和收缩性能表

按本发明生产的高性能膨胀剂，实施例1和实施例4符合GB23439-2009标准I型产品要求，实施例2和实施例3符合GB23439-2009标准II型产品要求。各对比例未能达到GB23439-2009标准II型产品要求，甚至不符合GB23439-2009标准I型产品要求。

表2 掺有高性能膨胀剂的混凝土的工作性能与物理性能表

混凝土中加入8％实施例1-3的高性能膨胀剂后，可以产生适度膨胀，补偿混凝土收缩，尤其是后期干缩明显减小，可以大幅度减少混凝土收缩而引起的裂缝。高性能膨胀剂加入到混凝土中，对混凝土工作性能和强度无不利影响。

注：表2中混凝土配合比为(kg/m3)：水泥300，粉煤灰59，膨胀剂31，砂子(细度模数2.7)775，石子(粒径5-25mm)1050，水172，N型萘系减水剂(含固量30％)7.0。除基准水泥外，其它水泥均为P.0.42.5#普通水泥。对比例所用ZY、UEA、HEA均为市售膨胀剂型号产品。

表3膨胀剂实施例1的的抗渗试表

从表3中可以看出，混凝土中掺入8-10％实施例1的高性能膨胀剂后，混凝土抗渗等级从P8增加到P30，抗渗性能大幅度提高。

本发明有效地解决了混凝土收缩开裂、渗漏等缺陷；生产过程中不使用有毒、有害和危险化工品，生产和使用过程符合环保要求。

本发明高性能混凝土膨胀剂的制备方法，具有以下特征：

1.产品具有膨胀率高、后期收缩小、能有效解决混凝土开裂以及不影响混凝土工作性能等多种功能，可大幅度提高混凝土耐久性。

2.使用简单、方便，操作、控制容易。

3.性价比高，具有良好的社会、经济效益。

因此本发明的有益效果是，

1.原材料来源广泛，产品适应性广。

2.本方法生产不使用有毒害原材料，利于工业化生产的实施并保证生产过程的安全和清洁。

3.本产品对不同品种、产地和矿物组成的水泥具有良好的适应性。

4.本产品可用于补偿收缩混凝土、抗侵蚀混凝土、各类抗裂砂浆、各类灌浆材料等。

Claims

1.一种高性能混凝土膨胀剂，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：

膨胀熟料 30-70％；

硬石膏 20-45％；

其他助剂 10-25％。

2.根据权利要求1所述的高性能混凝土膨胀剂，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：

膨胀熟料 40-60％；

硬石膏 20-40％；

其他助剂 10-15％。

3.根据权利要求1所述的高性能混凝土膨胀剂，其特征在于，所述的其他助剂包括煅烧偏高岭土、高铝熟料或煅烧硅藻土。

4.根据权利要求1所述的高性能混凝土膨胀剂，其特征在于，所述膨胀熟料的矿物组成按重量百分比为：

硅酸三钙 12-23％；

铝酸三钙 5-10％；

铁铝酸四钙 5-15％；

游离氧化钙 50-70％。

5.根据权利要求1所述的高性能混凝土膨胀剂，其特征在于，所述的硬石膏按重量百分比，三氧化硫含量大于50％。

6.根据权利要求3所述的高性能混凝土膨胀剂，其特征在于，按重量百分比，所述的高铝熟料三氧化二铝含量为50-55％，二氧化硅含量小于7％；所述的煅烧硅藻土二氧化硅含量为75-95％，三氧化二铝含量为3-6％；所述的煅烧偏高岭土三氧化二铝含量大于20％，煅烧温度为750-850℃。

7.一种根据权利要求1至6中任一权利要求所述高性能混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)按权利要求所述的配比称取原料；

8.根据权利要求7所述的高性能混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于，包括膨胀熟料的制备步骤：

a)按重量百分比将石灰石70-85％、白泥、8-15％、石膏2-5％、铁粉2-5％，用球磨机共同粉磨至0.08mm方孔筛筛余2-5％，制得生料；b)将a步骤制得的生料在水泥回转窑在1400℃±50℃温度煅烧，即制得膨胀熟料。

9.根据权利要求8所述的高性能混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于，按重量百分比，所述的石灰石氧化钙含量大于50％、二氧化硅含量小于3％；所述的白泥三氧化二铝含量大于20％、二氧化硅含量为45-60％)；所述的石膏三氧化硫含量大于38％，所述的铁粉三氧化二铁含量大于60％。