CN103011655B - 钢管高强混凝土复合膨胀剂及其制备方法 - Google Patents

钢管高强混凝土复合膨胀剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种钢管高强混凝土复合膨胀剂及其制备方法，它的原料组成按重量百分比配比如下：轻烧氧化镁30～50%；氧化钙8～30%；沸石化珍珠岩粉30～60%；工业硬脂酸0.1～0.3%。本发明的轻烧氧化镁水化需水量少，且具有延迟膨胀性能，可补偿长龄期时混凝土产生的体积收缩。氧化钙水化较快，可补偿前期混凝土的自收缩和温降收缩。沸石化珍珠岩粉可改善混凝土的工作性能，使其具有良好的和易性，使氧化钙、氧化镁膨胀组分在混凝土中均匀分布，改善混凝土膨胀不均匀的问题。本发明长期膨胀性能稳定、膨胀与收缩和强度协同发展，且膨胀需水量少，密闭状态下混凝土持续稳定膨胀，可改善混凝土的工作性，特别适用于钢管混凝土的制备。

Description

钢管高强混凝土复合膨胀剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土膨胀剂，特别是一种钢管混凝土的膨胀剂及其制备方法。
背景技术
随着超高层建筑的风靡，钢管混凝土由于其优异的性价比得到广泛的应用。钢管混凝土的关键技术是掺入膨胀剂补偿混凝土的收缩，使其与钢管壁紧密结合。现有的各种钢管膨胀剂在应用过程中存在各种问题，主要包括以下几种：
（1）、混凝土的长期膨胀性能不稳定。现有膨胀剂水化较快，难以实现膨胀与混凝土收缩及强度的协调发展。
（2）、膨胀剂水化需水量大。钢管混凝土多数为低水胶比的高强混凝土，且处于钢管的封闭状态下，膨胀剂水化所需水分难以得到充分的供给。
（3）、掺加了膨胀剂的混凝土和易性明显下降。高强混凝土用水量低，非常难施工。
（4）、膨胀量无法准确控制，混凝土的膨胀不均匀。这些问题造成实际工程中混凝土与钢管间的脱空状况比较普遍和突出，致使复合设计性能失效甚至产生结构稳定隐患。
发明内容
本发明提供一种钢管高强混凝土复合膨胀剂及其制备方法，要解决现有钢管膨胀剂长期膨胀性能不稳定、膨胀不均匀、水化需水量大、影响混凝土和易性的技术问题。
    本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
这种钢管高强混凝土复合膨胀剂，它的原料组成按重量百分比配比如下：
轻烧氧化镁             30～50%；
氧化钙                     8～30%；
沸石化珍珠岩粉        30～60%；
工业硬脂酸             0.1～0.3%。
所述轻烧氧化镁是由菱镁矿破碎后，经过900～1100℃锻烧制成，煅烧得到的轻烧氧化镁中MgO的重量百分比含量为80～90%。
所述菱镁矿的主要化学成分按重量百分比计算，烧失量为 49.86，SiO2 为1.76，Fe2O3 为0.79，Al2O3 为0.34，CaO 为1.47，MgO为45.69。
所述氧化钙是由石灰石破碎后，经过900～1100℃锻烧制成，煅烧得到的氧化钙中CaO的重量百分比含量为70～80%。
所述沸石化珍珠岩粉是由沸石化珍珠岩矿经破碎、粉磨制备而成，具有碱硅酸反应活性，细度为600m2/kg；所述沸石化珍珠岩按照GB/T 14685-2001测试其碱活性，14d的膨胀率为0.49%。
这种钢管高强混凝土复合膨胀剂的制备方法，制备步骤如下：
步骤一，按配比将轻烧氧化镁和氧化钙混合，掺入工业硬脂酸，粉磨后得到膨胀熟料；
步骤二，将沸石化珍珠岩破碎、粉磨后，按配比称量，与膨胀熟料一同加入混料机中混合均匀，即得到钢管高强混凝土复合膨胀剂。
所述步骤一前先将菱镁矿破碎后，经过900～1100℃锻烧、保温、冷却，得到轻烧氧化镁，将石灰石破碎后，经过900～1100℃锻烧、保温、冷却，得到氧化钙。
所述菱镁矿和石灰石均破碎到粒径＜2cm。
所述步骤一，轻烧氧化镁和氧化钙混合，掺入工业硬脂酸后，粉磨至比表面积大于400m2/kg。
所述步骤二，沸石化珍珠岩经破碎、粉磨至比表面积600m2/kg以上。
    本发明的有益效果如下：
本发明配方中的轻烧氧化镁水化需水量少，且具有延迟膨胀性能，可补偿长龄期时混凝土产生的体积收缩。轻烧氧化镁可利用菱镁矿MgCO3经1000℃左右煅烧之后分解为MgO制成。
本发明的氧化钙有效成分是f-CaO。氧化钙水化较快，可补偿前期混凝土的自收缩和温降收缩，而且生成的Ca(OH)2可激发矿物掺合料的活性，促进二次火山灰反应的进行。氧化钙可由石灰石经1000℃左右煅烧制成。
本发明的工业硬脂酸可控制石灰的水化时间。
本发明的沸石化珍珠岩粉是由沸石化珍珠岩矿经破碎、粉磨制备而成，其化学组成主要由SiO2、Al2O3组成。基质中存在大量的玻璃体，其间含有云母、石英和长石等矿物。按照GB/T 14685-2001测试珍珠岩的碱活性，14d的膨胀率为0.49%，属于高活性骨料。沸石化珍珠岩粉可改善混凝土的工作性能，使其具有良好的和易性。
沸石化珍珠岩粉即可作为膨胀剂的分散剂，使氧化钙、氧化镁膨胀组分在混凝土中均匀分布，改善混凝土膨胀不均匀的问题，又可与混凝土孔溶液中的碱发生化学反应，提供后期膨胀。
配方掺入沸石化珍珠岩粉，拓宽了具有膨胀碱活性珍珠岩的利用领域，提供了一条珍珠岩的高开发值的利用途径。
本发明在不同粉煤灰掺量的水泥浆体中的膨胀性能试验如下：
试验所用水泥为亚东P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰等质量取代0%、20%、35%、50%的水泥，分别记为0%FA、20% FA、35% FA、50% FA。水胶比固定为0.28，成型水泥净浆试件，试件成型后在20±0.5℃、RH≥95%的标准养护条件下养护24±2h后脱模，立即测量试件的初始长度。然后将试件放置在温度为20℃的水中养护至规定龄期并测定膨胀率。
由附图1可见，在不同粉煤灰掺量的水泥浆体中，试件的膨胀率均随着时间的延长而增加。180d龄期时，不掺粉煤灰的浆体（0%FA）的膨胀率为0.23%，而且试件的膨胀仍未停止。可见，该膨胀剂具有良好的延迟膨胀性能。粉煤灰对该膨胀剂的膨胀具有一定的抑制作用。
本发明长期膨胀性能稳定、膨胀与收缩和强度协同发展，且膨胀需水量少，密闭状态下混凝土持续稳定膨胀，可改善混凝土的工作性，特别适用于钢管混凝土的制备。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的试件在20℃水中的膨胀率示意图。
具体实施方式
实施例一，这种钢管高强混凝土复合膨胀剂，它的原料组成按重量百分比配比如下：
轻烧氧化镁             30%；
氧化钙                9.9%；
沸石化珍珠岩粉        60%；
工业硬脂酸            0.1%。
实施例二，这种钢管高强混凝土复合膨胀剂，它的原料组成按重量百分比配比如下：
轻烧氧化镁             50%；
氧化钙                  8%；
沸石化珍珠岩粉        41.7%；
工业硬脂酸            0.3%。
实施例三，这种钢管高强混凝土复合膨胀剂，它的原料组成按重量百分比配比如下：
轻烧氧化镁            40%；
氧化钙               29.8%；
沸石化珍珠岩粉        30%；
工业硬脂酸            0.2%。
实施例四，这种钢管高强混凝土复合膨胀剂，它的原料组成按重量百分比配比如下：
轻烧氧化镁             35%；
氧化钙                 30%；
沸石化珍珠岩粉       34.8%；
工业硬脂酸            0.2%。
所述轻烧氧化镁是由菱镁矿破碎后，经过950℃锻烧制成，煅烧得到的轻烧氧化镁中MgO的重量百分比含量为80～90%。
所述菱镁矿的主要化学成分按重量百分比计算，烧失量为 49.86，SiO2 为1.76，Fe2O3 为0.79，Al2O3 为0.34，CaO 为1.47，MgO为45.69。
所述氧化钙是由石灰石破碎后，经过950℃锻烧制成，煅烧得到的氧化钙中CaO的重量百分比含量为70～80%。
所述沸石化珍珠岩粉是由沸石化珍珠岩矿经破碎、粉磨制备而成，具有碱硅酸反应活性，细度为600m2/kg；所述沸石化珍珠岩按照GB/T 14685-2001测试其碱活性，14d的膨胀率为0.49%。
这种钢管高强混凝土复合膨胀剂的制备方法，制备步骤如下：
步骤一，按配比将轻烧氧化镁和氧化钙混合，掺入工业硬脂酸，粉磨至比表面积大于400m2/kg后得到膨胀熟料；
步骤二，将沸石化珍珠岩破碎、粉磨至比表面积600m2/kg以上，按配比称量，与膨胀熟料一同加入混料机中混合均匀，即得到钢管高强混凝土复合膨胀剂。
所述步骤一前先将菱镁矿破碎到粒径＜2cm后，经过950℃锻烧、保温、冷却，得到轻烧氧化镁，将石灰石破碎到粒径＜2cm后，经过950℃锻烧、保温、冷却，得到氧化钙。

Claims (6)

1.一种钢管高强混凝土复合膨胀剂，其特征在于：它的原料组成按重量百分比配比如下：
轻烧氧化镁            30～50%；
氧化钙                 8～30%；
沸石化珍珠岩粉        30～60%；
工业硬脂酸          0.1～0.3%；
所述轻烧氧化镁和氧化钙混合，掺入工业硬脂酸后，粉磨至比表面积大于400m2/kg；
所述沸石化珍珠岩粉是由沸石化珍珠岩经破碎、粉磨至比表面积600m2/kg以上。
2.根据权利要求1所述钢管高强混凝土复合膨胀剂，其特征在于，所述轻烧氧化镁是由菱镁矿破碎后，经过950℃锻烧制成，煅烧得到的轻烧氧化镁中MgO的重量百分比含量为80～90%。
3.根据权利要求2所述钢管高强混凝土复合膨胀剂，其特征在于，所述菱镁矿的主要化学成分按重量百分比计算，烧失量为 49.86，SiO2 为1.76，Fe2O3 为0.79，Al2O3 为0.34，CaO 为1.47，MgO为45.69。
4.根据权利要求1所述钢管高强混凝土复合膨胀剂，其特征在于，所述氧化钙是由石灰石破碎后，经过950℃锻烧制成，煅烧得到的氧化钙中CaO的重量百分比含量为70～80%。
5.根据权利要求1所述钢管高强混凝土复合膨胀剂，其特征在于，所述沸石化珍珠岩粉是由沸石化珍珠岩矿经破碎、粉磨制备而成，具有碱硅酸反应活性，细度为600m2/kg；所述沸石化珍珠岩按照GB/T 14685-2001测试其碱活性，14d的膨胀率为0.49%。
6.一种如权利要求1～5任意一项所述钢管高强混凝土复合膨胀剂的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
步骤一，按配比将轻烧氧化镁和氧化钙混合，掺入工业硬脂酸，粉磨后得到膨胀熟料；
步骤二，将沸石化珍珠岩破碎、粉磨后，按配比称量，与膨胀熟料一同加入混料机中混合均匀，即得到钢管高强混凝土复合膨胀剂。
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