CN1037696A - 优型混凝土膨胀剂组成及制法 - Google Patents

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Abstract

本发明优型混凝土膨胀剂系列，根据膨胀熟料不 同分为两个系列；一种以硫铝酸盐熟料为主组份的即 优型I混凝土膨胀剂，另一种以硫酸铝熟料为主组份 的即优型II混凝土膨胀剂，二者都以钙矾石为膨胀 源，本发明的特点是根据使用和施工条件的要求，通 过配方设计和工艺手段，控制钙矾石的形成速度，使 其与强度组份C—S—H凝胶体发展相匹配，从而使 膨胀与强度发展相协调。

Description

本发明涉及一种优型混凝土膨胀剂及其制造方法，该膨胀剂以稳定水化物-钙矾石为膨胀源，由于所设计的配方和采取的工艺能改变水泥的水化过程，使混凝土或砂浆具有早期膨胀，补偿干缩，而在后期也有微弱膨胀，补偿冷缩，以达到在不影响强度的前提下，提高混凝土的抗裂防渗能力。
目前国内外的混凝土膨胀剂品种，主要有表1所列几个类型。
编号 商品名 生产国 主要组成 膨胀矿物 膨胀水化物 文献
No 1 硫铝酸钙膨胀剂 日本 硫铝酸钙熟料 3CA.CaSO4 钙矾石 ［1］
No 2 石灰系膨胀剂 日本 石灰系熟料 CaO Ca(OH)2 ［2］
No 3 复合膨胀剂 中国 石灰系熟料、明矾石 CaOKAl3(SO4)2(OH)6 Ca(OH)2钙矾石 ［3］
No 4 明矾石膨胀剂 中国 明矾石、石膏 AKAl3(SO4)2(OH)6 钙矾石 ［4］
No 5 铝酸钙膨胀剂 中国 高铝水泥、明矾石、石膏 CA.CA2KAl3(SO4)2(OH)6 钙矾石
表中№1硫铝酸钙熟料是用石灰石、矾土和石膏配成生料经煆烧而成，№2、№3为用石灰石、粘土和铁粉配成生料煆烧而成。№3与№2不同之处是石灰系熟料又加上明矾石，基本上属石灰系;№4为明矾石加石膏同磨而成;№5为高铝水泥加入石膏和明矾石同磨而成。其特点是№1要用高品位矾土配料，早期膨胀太快，对水泥强度破坏较大;№2、№3基本一样是用Ca（OH）2为膨胀源，但其胶凝性差，在有压力情况下易渗透出来，不宜用于防水工程，№4掺入量需要太多，属于低效膨胀剂，而且膨胀慢，早期强度低，施工不便;№5亦是我院新开发的品种，此种铝酸盐膨胀剂是用高铝水泥熟料、明矾石和石膏制成，其中高铝水泥熟料是用高品位矾土与石灰石配制成生料在1350°～1400℃煆烧而成，原料价格较高，制造工艺较复杂，因此，制造成本高，从性能来说，高铝熟料中的铝酸钙CA·C12A7水化太快，因此与石膏形成的钙矾石快，使水泥快凝，对早期强度破坏较大。
参考文献
〔1〕W·KURDOWSKI，7fh    Inter    symp    on    the    Chem.of    Cement.Vol    I    V-2/1，Paris    1980年
〔2〕西忠雄    日本膨胀混凝土的发展和展望
日本“建筑技术”1978·№147.游宝坤译
〔3〕复合膨胀剂    技术鉴定证书    （87）建材鉴定书第03号
〔4〕明矾石膨胀剂    技术鉴定证书，1980年，建工部科技局
本发明的任务是制成一种原料来源广泛，工艺简单，成本较低的优型混凝土膨胀剂，使混凝土具有与水泥硬化过程的收缩速度相适应的膨胀速度，以达到不影响混凝土强度的前提下，提高其抗裂防渗能力。
本发明的优型混凝土膨胀剂是以硫铝酸盐熟料或硫酸钙熟料和天然明矾石，石膏共同粉磨而成;硫铝酸钙熟料是用石灰石，低品位矾土和石膏配成生料经1250°～1300℃煆烧而成，其主要矿物为C4A3 S（无水硫铝酸钙）和BC2S硫酸铝熟料是用天然明矾石经500°～700℃煆烧而成，主要矿物是Al2（SO4）3，Al（OH）3，α-SiO2。
C4A3 S、Al2（SO4）3、Al（OH）3活性高，能与水泥中的Ca（OH）2，CaSO4很快生成钙矾石（C3A、3CaSO4、32H2O），使水泥在早期（1-14天）产生膨胀，而天然明矾石的溶解性较差，在碱和硫酸盐激发下生成的钙矾石速度较慢，使混凝土在中期产生微膨胀。由于C4A3 S、Al2（SO4）3、Al（OH）3和明矾石KAl3（SO4）2（OH）6在形成钙矾石时都要吸收Ca（OH）2，而Ca（OH）2主要靠C3S、C2S水化析出，这样使混凝土中的强度基石C-S-H和膨胀源钙矾石的生成速度互相制约，使强度和膨胀的发展相协调。
本发明的优型混凝土膨胀剂可分为Ⅰ型Ⅱ型两种构型，分别叙述如下：
（1）优型Ⅰ混凝土膨胀剂，由硫铝酸盐熟料、天然明矾石和石膏磨制而成;
A、各组份配比如下（重量百分数）：
硫铝酸盐熟料    20～80%
天然明矾石    10～40%
二水或无水石膏    10～40%
B、硫铝酸盐熟料系由石灰石、低品位矾土和石膏配成生料在立窑或回转窑中1250°～1300℃煆烧而成。
C、硫铝酸盐熟料的化学成分如下（重量百分数）：
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
2～15 6～25 1～2 35～65 1.5～3.6 15～36
D、优型Ⅰ膨胀剂质量控制指标如下
粉磨细度达到比表面积为2500～3500cm2/g
SO320～35%（重量百分比）
容重 2.75～2.85g/cm3
E、优型Ⅰ混凝土膨胀剂在水泥中掺入量（代替水泥量）8-14%。
F、优型Ⅰ膨胀剂加入水泥中的水化图式如下：
G、生成钙矾石的反应
（2）优型Ⅱ混凝土膨胀剂由硫酸铝熟料、天然明矾石和石膏磨制而成。
A、膨胀剂各组份配比如下（重量百分数）
硫酸铝熟料    10～70%
天然明矾石    15～45%
二水或无水石膏    15～45%
B、硫酸铝熟料由天然明矾石在立窑中经500°～700℃煆烧而成。
C、硫酸铝熟料的化学组成如下（重量百分数）：
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
50～60 15～25 2～4 1～2 1～2 12～20
D、优型Ⅱ混凝土膨胀剂的质量控制指标如下：
粉磨细度达到比表面积为3000～4500cm2/g
SO320～35%（重量百分比）
容重2.80～2.90g/cm3
E、优型Ⅱ混凝土膨胀剂掺入普通硅酸盐水泥中的掺入量（代替水泥量）8～15%。
F、优型H混凝土膨胀剂加入水泥中的水化图式：
Figure 881029246_IMG2
G、生成钙矾石反应
本发明上述两种发明方案，都经过多次实施，取得良好效果，综述如下：
（1）从上述机理可见，本发明优型混凝土膨胀剂中的膨胀源钙矾石有两个来源。硫铝酸钙熟料和硫酸铝熟料的化学活性高，与Ca（OH）2和CaSO4能很快生成钙矾石，在混凝土中产生早期膨胀。而组份中的明矾石的化学活性较低，要在碱和硫酸盐激发下慢慢生成钙矾石，使水泥在中期产生微弱膨胀。从而使此类混凝土膨胀剂整个膨胀过程稳定缓和。对水泥强度不产生破坏作用。
（2）采用原料广泛，价格低廉，其熟料组份可在立窑或回转窑中煆烧，烧成温度低，因此本发明膨胀剂的主要组份较其他类型膨胀剂的主要组份节省能源，价格低廉。其中优型Ⅱ膨胀剂不怕风化，存放有效期在二年以上。
（3）采用此种膨胀剂只需掺加8-14%到普通硅酸盐水泥中即可拌制补偿收缩混凝土，内掺25～30%可拌制成自应力混凝土。
（4）因此种膨胀剂与当地普通硅酸盐水泥配制成膨胀水泥，造价比普通水泥提高5～15%，而比市售膨胀-自应力水泥价格降低60～65%，而且减轻国家运输负担。
（5）此种膨胀剂掺入水泥中，可作结构自防水混凝土，可省掉后加的外防水措施，作到永久防水，缩短工期1/3以上。
（6）此种膨胀剂用日本“膨胀剂品质标准”（JIS    A6202～1980）检验，产品性能标准达到国际先进水平。
以下为生产实施例
优型Ⅰ膨胀剂生产例，硫铝酸盐熟料生产?
原料配比 表3
编号 石灰石 矾土 石膏
K-1 50 14 36
K-2 33 12 55
三种原料按重量比入生料磨，粉磨比表面积4500±200cm2/g，生料在旋窑中经1250～1300℃煆烧成硫铝酸盐熟料。其成分见表4。
表4
Figure 881029246_IMG3
优型Ⅰ混凝土膨胀剂是用硫铝酸盐熟料、天然明矾石和石膏按一定重量比入水泥磨，磨到比表面积3500±500cm3/g，比重2.95，SO3＝25～35%。
表5
编号 硫铝酸盐熟料 天然明矾石 石膏
E-1 60 24 16
E-2 20 42 36
Figure 881029246_IMG4

Claims (1)

1、一种优型混凝土膨胀剂组成及制法，该膨胀剂以稳定水化物-钙矾石为膨胀源。本发明的特征是由硫铝酸盐熟料或硫酸铝熟料和天然明矾石、石膏制成；可分为I型和Ⅱ型两种构型；
(1)优型I混凝土膨胀剂；由硫铝酸钙熟料、天然明矾石和石膏磨制而成；
A、膨胀剂各组份配比如下(重量百分数)：
硫铝酸盐熟料    20～80%
天然明矾石      10～40%
二水或无水石膏  10～40%
B、硫铝酸盐熟料系由石灰石、低品位矾土和石膏配成生料在立窑或回转窑中1250℃～1300℃煅烧而成；
C、硫铝酸盐熟料的化学组成如下(重量百分数)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 2～15 6～25 1～2 35～65 1.5～3.6 15～36
D、优型I混凝土膨胀剂的粉磨细度达到比表面积为2500～3500cm2/g。
(2)优型Ⅱ混凝土膨胀剂由硫酸铝熟料、天然明矾石和石膏磨制而成。
A、各组份配比如下(重量百分数)：
硫酸铝熟料      10～70%
天然明矾石      15～45%
二水或无水石膏  15～45%
B、硫酸铝熟料由天然明矾石在立窑中经500°～700℃煅烧而成；
C、硫酸铝熟料的化学组成如下(重量百分数)：
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 50～60 15～25 2～4 1～2 1～2 12～20
D、优型Ⅱ混凝土膨胀剂粉磨细度达到比表面积为3000～4500cm2/g。
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