CN103979816A - 一种三膨胀源混凝土膨胀剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种三膨胀源混凝土膨胀剂及其制备方法。本发明提供一种高性能混凝土膨胀剂，其含有氧化钙、硫酸钙、硫铝酸钙、氧化镁和表面活性剂。该膨胀剂的膨胀率变化与水泥的收缩率变化有适应性趋势，因而，混凝土使用该种膨胀剂后，强度性能稳定，水泥或混凝土性能能够长期稳定。
Description
技术领域
本发明属于混凝土助剂技术领域，特别是涉及一种高性能混凝土膨胀剂及其制备方法。
背景技术
膨胀剂是掺混到混凝土中，使得混凝土略微膨胀的一类物质，其主要目的在于补偿混凝土其它成分相互反应后引起的混凝土收缩，减少应力开裂，进而改善混凝土的强度性能。早期的膨胀剂的主要成分为石膏和硫酸钙(包括硫酸一钙、硫酸二钙和硫酸三钙)，其后一段时间，多用煅烧高岭土、高铝煤矸石、明矾石、无水硫铝酸钙或铝酸钙熟料与石膏配制，存在膨胀速率慢、膨胀能低的问题。而且，膨胀剂生产工艺控制要求非常严格，成本大，材料价格高，存在工业化生产困难、无法满足配制优质补偿收缩混凝土需要等技术问题。
CN102503210A中公开了一种高性能混凝土膨胀剂，其特征是：混凝土膨胀剂含有无水硫铝酸钙、硫酸钙和氧化钙；其重量百分比组成为无水硫铝酸钙40-60，硫酸钙20-40，氧化钙10-25。这种膨胀剂的膨胀率比较高，但是，膨胀期短，与混凝土配合使用以后，前期膨胀率高，后期，尤其是在干旱地带膨胀效果随着时间的推移会逐渐减弱，甚至消失，不利于水泥强度的长期稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能混凝土膨胀剂，该膨胀剂的膨胀率变化与水泥的收缩率变化有适应性趋势，因而，混凝土使用该种膨胀剂后，强度性能稳定，水泥或混凝土性能能够长期稳定。
本发明首先提供一种高性能混凝土膨胀剂，其特点是：混凝土膨胀剂含有氧化钙、硫酸钙、硫铝酸钙、氧化镁和表面活性剂。
优选地，所述硫铝酸钙为无水硫铝酸钙；所述表面活性剂为硅烷类表面活性剂或者硬脂酸钙或者三乙醇胺，尤其优选巯基取代的硅烷，例如3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷。
优选地，所述混凝土膨胀剂由下述组分组成：
所述混凝土膨胀剂的制备方法为：将氧化钙、硫酸钙、硫铝酸钙和氧化镁共同粉磨后经过1100℃-1300℃煅烧成膨胀熟料，然后在所得熟料中加入表面活性剂，充分混合。优选地，所述熟料与所述表面活性剂的混合在加热到100-300℃的条件下进行。
传统认为氧化钙、硫铝酸钙和氧化镁这三种膨胀性组分不能一起，甚至不能两两组合使用，否则会使得混凝土由于膨胀过速或者膨胀过度而开裂，但是，本申请的申请人预料不到地发现，合理控制各组分的含量，并且在其中加入一定量的表面活性剂，能够使得所得膨胀剂在加入混凝土的前期以及后期膨胀效率与混凝土本身的收缩性合理抵消，从而保证了混凝土的强度持续保持，不易由于膨胀或收缩而开裂，也即强度稳定，防渗性能优良。尤其是选择特定的巯基取代硅烷类物质时，性能更是达到了现有膨胀剂中的最优效果。
具体实施方式
实施例1
将30重量份氧化钙、20重量份硫酸钙、10重量份硫铝酸钙和6重量份氧化镁共同粉磨后经过1150℃-1200℃煅烧成膨胀熟料，然后在所得熟料中加入三乙醇胺，100-120℃充分混合。
实施例2
其它条件与实施例1相同，不同之处在于用硬脂酸钙代替三乙醇胺，相应地在120-150℃将所得熟料与硬脂酸钙充分混合。
实施例3
其它条件与实施例1相同，不同之处在于所述熟料与三乙醇胺的混合在常温进行。
实施例4
其它条件与实施例1相同，不同之处在于用3-巯基丙基三乙氧基硅烷代替三乙醇胺，相应地在120-150。℃将所得熟料与3-巯基丙基三乙氧基硅烷充分混合。
实施例5
其它条件与实施例1相同，不同之处在于用3-巯基丙基三甲氧基硅烷代替三乙醇胺，相应地在140-160℃将所得熟料与3-巯基丙基三甲氧基硅烷充分混合。
实施例6
其它条件与实施例1相同，不同之处在于用3-巯基甲基三甲氧基硅烷代替三乙醇胺，相应地在120-150℃将所得熟料与3-巯基丙基三乙氧基硅烷充分混合。
对比例1
其它条件与实施例1相同，不同之处在于不加入三乙醇胺。
对比例2
其它条件与实施例1相同，不同之处在于加入氧化钙。
对比例3
其它条件与实施例1相同，不同之处在于不加入氧化镁。
对比例4
其它条件与实施例1相同，不同之处在于硫铝酸钙用量为20重量份，硫酸钙用量为10重量份。
对比例5
其它条件与实施例1相同，不同之处在于氧化钙用量为20重量份，硫铝酸钙用量为20重量份。
分别取上述实施例1-5和对比例1-3中制备得到的一部分熟料粉磨至比表面积350m2/kg，参照现行国家标准《混凝土膨胀剂》GB23439-2009规定的方法检验限制膨胀率，；另外分别取实施例1-5和对比例1-3中制备得到的一块完整的熟料饼放入温度18℃-22℃，相对湿度92％-95％的环境中观察熟料饼风化崩解时间，测试结果如下表1所示。
检测结果显示，实施例4和5的膨胀剂显示最好的吸水性和风化崩解性能，而不使用任何类型的表面活性的对比例1的性能最差；使用表面活性剂，但不使用氧化钙或氧化镁的对比例2和3的膨胀剂的7天膨胀率性能与60天膨胀率性能差别不够大，不能与混凝土其它成分的收缩性能形成互补关系，组分含量不在本申请要求保护范围内的对比例4和对比例5，其早期膨胀率或者太大，或者太小。
表1实施例1-5以及对比例1-5所得膨胀剂的性能检测结果
注：负数代表水泥中膨胀剂的膨胀不足以抵消其它成分引起的收缩，当膨胀和收缩相抵消时，水泥的性能最好。
Claims (10)
1.一种混凝土膨胀剂，其特征在于所述混凝土膨胀剂含有氧化钙、硫酸钙、硫铝酸钙、氧化镁和表面活性剂。
2.按照权利要求1所述的混凝土膨胀剂，其特征在于混凝土膨胀剂的组成如下：
3.按照权利要求1所述的混凝土膨胀剂，其特征在于所述硫铝酸钙为无水硫铝酸钙。
4.按照权利要求1所述的混凝土膨胀剂，其特征在于所述混凝土膨胀剂的制备方法为：将氧化钙、硫酸钙、硫铝酸钙和氧化镁共同粉磨后经过1100℃-1300℃煅烧成膨胀熟料，然后在所得熟料中加入表面活性剂，充分混合。优选地，所述熟料与所述表面活性剂的混合在加热到100-300℃的条件下进行。
5.按照权利要求1所述的混凝土膨胀剂，其特征在于所述表面活性剂为硅烷类表面活性剂或者硬脂酸钙或者三乙醇胺，尤其优选巯基取代的硅烷。
6.按照权利要求1所述的混凝土膨胀剂，其特征在于所述表面活性剂为3-巯基丙基三乙氧基硅烷，或者3-巯基丙基三甲氧基硅烷。
7.一种混凝土膨胀剂的制备方法，其包括将氧化钙、硫酸钙、硫铝酸钙和氧化镁共同粉磨后经过1100℃-1300℃煅烧成膨胀熟料，然后在所得熟料中加入表面活性剂，充分混合。
8.权利要求7所述的方法，其中所述熟料与所述表面活性剂的混合在加热到100-300℃的条件下进行。
9.权利要求7-8任一项所述的方法，其中所述表面活性剂为硅烷类表面活性剂或者硬脂酸钙或者三乙醇胺，尤其优选巯基取代的硅烷。
10.权利要求9所述的方法，其中所述表面活性剂为3-巯基丙基三乙氧基硅烷，或者3-巯基丙基三甲氧基硅烷。
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