CN104310845B - 一种自给水式混凝土膨胀剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自给水式混凝土膨胀剂，包括以下组分，各组分按质量百分比为：粉煤灰45～65％；高钙硫铝熟料20～30％；硬石膏10～15％；石灰石4～10％；增效组分0.1～0.3％；各组分的质量百分比之和为100％。还公开了该种自给水式混凝土膨胀剂的制备方法。本发明通过引入吸水树脂作为增效组分，提供膨胀剂后期水化反应所需水分，大大提高膨胀效能，明显改善因养护不当造成的混凝土收缩开裂风险。此外，在满足国家标准前提下，可以降低膨胀熟料的使用量，降低资源消耗，提高矿物掺合料综合利用效率。
Description
技术领域
本发明属于混凝土添加剂技术领域，涉及一种自给水式混凝土膨胀剂，还涉及该种自给水式混凝土膨胀剂的制备方法。
背景技术
利用混凝土膨胀剂配制补偿收缩混凝土是解决混凝土因收缩开裂而导致渗漏问题的重要方法之一。现在主流膨胀剂主要包括氧化钙类膨胀剂、硫铝酸钙类膨胀剂以及复合型膨胀剂。无论何种膨胀剂，其膨胀机理都在于通过溶解析晶或吸水肿胀，形成膨胀源，使混凝土产生膨胀效果，即膨胀剂在混凝土内部参与反应，形成膨胀产物，产生体积变形。无论是溶解析晶还是吸水肿胀理论，其关键在于水的存在，即混凝土内部相对湿度。实验研究表明，掺膨胀剂混凝土在饱水状态下具有良好的膨胀性能，可以抑制收缩开裂，随着混凝土内部相对湿度的降低，其膨胀效果劣化严重。
因此，充足的水分供给，是保证膨胀剂发挥膨胀效果的关键所在，在膨胀剂的应用过程中特别强调了浇筑后的饱水养护措施。然而，由于工地施工现场环境复杂，加上工程管理的漏洞疏忽，很多混凝土都存在养护不充分的问题，特别是地下室剪力墙结构。此外，随着工程技术的发展，混凝土正逐步向早强化、高强化发展，混凝土在早期即产生密实结构，阻止了养护水分的渗入，使得内部混凝土内部养护不充分，这种问题在大体积混凝土中尤为明显。由于缺乏充足的养护水分，混凝土内部湿度下降明显，干燥收缩加剧，膨胀剂很难发挥其应有的补偿收缩效果，混凝土仍存在收缩开裂风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种自给水式混凝土膨胀剂，可以在养护不充分或施工环境复杂条件下，通过内部给水养护，维持膨胀剂正常水化反应，提高混凝土在苛刻环境下的抗开裂性能。
本发明的另一目的是提供该种自给水式混凝土膨胀剂的制备方法，操作简单，成本低廉。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种自给水式混凝土膨胀剂，包括以下组分，各组分按质量百分比为：
各组分的质量百分比之和为100％。
本发明通过引入吸水树脂作为增效组分，提供膨胀剂后期水化反应所需水分，大大提高膨胀效能，明显改善因养护不当造成的混凝土收缩开裂风险。此外，在满足国家标准前提下，可以降低膨胀熟料的使用量，降低资源消耗，提高矿物掺合料综合利用效率。
优选的，所述高钙硫铝熟料为石灰石、石膏、矾土、铁粉混磨煅烧后得到的物质，包括以下组分，各组分按质量百分比为：
其中Loss表示烧失量，R2O表示碱金属的氧化物。具体地，R2O＝Na20+0.658K2O，高钙硫铝熟料是一种经过高温煅烧的具有膨胀活性熟料，本发明中高钙硫铝熟料的具体组分不局限于上述公开的组分和配比，但以上述公开的组分为优选。
优选的，所述高钙硫铝熟料中游离CaO的质量百分比为34.5～35.5％。
优选的，所述增效组分为粉末状聚丙烯酸钠吸水树脂，所述聚丙烯酸钠吸水树脂过200目筛余≤5.0％，在质量分数为0.9％的NaCl溶液中浸泡60min，所述聚丙烯酸钠吸水树脂的吸盐水倍率为20～40g/g，在质量分数为0.9％的NaCl溶液中所述聚丙烯酸钠吸水树脂的保水率≥10g/g，所述聚丙烯酸钠吸水树脂的pH值为7.0～8.5。所述增效组分在混凝土搅拌过程中吸水后具有较强的保水性能，并随着混凝土内部湿度的降低而逐渐释水，以维持膨胀剂膨胀所需水分。由于吸水树脂释水后会形成一定的孔洞，为减少其对混凝土强度的影响，本发明对吸水树脂的颗粒粒径、吸盐水倍率以及pH值做出限制要求。
优选的，各组分按质量百分比为：
优选的，各组分按质量百分比为：
优选的，各组分按质量百分比为：
优选的，各组分按质量百分比为：
该种自给水式混凝土膨胀剂的制备方法，依次包括以下步骤：将粉煤灰、高钙硫铝熟料、硬石膏、石灰石和增效组分按原料配比混合，经破碎后加入磨机中进行粉磨均匀，然后通过选粉系统控制出料80μm筛余≤20％，并输送到均化库进行均化后，得到自给水式混凝土膨胀剂。将粉煤灰、高钙硫铝熟料、硬石膏、石灰石和增效组分按原料配比混合，经破碎、粉磨、选粉即可得到自给水式混凝土膨胀剂，增效组分在粉磨过程中手动加入。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.在膨胀剂中引入增效组分，通过混磨过程，将膨胀组分与增效组分有机结合。其中增效组分在混凝土搅拌过程中吸水并进行保水，当混凝土内部相对湿度下降时，开始释放水，维持其周围膨胀剂反应所需水分，以提高膨胀剂的膨胀效能。
2.由于粉煤灰颗粒呈球状，具有滚珠效应，可明显改善混凝土拌合物的工作性能，同时可以降低混凝土水化热，对控制混凝土内部温升有积极意义。且粉煤灰中的活性铝材在水泥碱激发作用下发生反应生成凝胶体，提高混凝土整体密实性，提高混凝土的抗渗性能。
3.由于增效组分在混凝土搅拌过程中会发生吸水肿胀，增加浆体含量，降低骨料之间的摩擦力，提高混凝土的可施工性，同时，由于该增效组分的强保水性，使混凝土在恶劣环境下的早期抗开裂性能有明显提高。
4.实验证明，采用本发明提供的自给水式混凝土膨胀剂，可以有效改善混凝土的膨胀性能，特别是在养护不充分条件下，改善效果更为明显。同时，在不减水条件下，可明显改善混凝土的泵送施工性能，而且成本低廉，便于推广应用。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述：
具体实施方式
本发明一种自给水式混凝土膨胀剂实施例1，包括以下组分，各组分按质量百分比为：
所述高钙硫铝熟料为石灰石、石膏、矾土、铁粉在1400℃温度条件下煅烧后的产物，包括以下组分，各组分按质量百分比为：
其中Loss表示烧失量，R2O表示碱金属的氧化物。所述高钙硫铝熟料中游离CaO的质量百分比为35.1％。
所述增效组分为粉末状聚丙烯酸钠吸水树脂，所述聚丙烯酸钠吸水树脂过200目筛余≤5.0％，在质量分数为0.9％的NaCl溶液中浸泡60min，所述聚丙烯酸钠吸水树脂的吸盐水倍率为20～40g/g，在质量分数为0.9％的NaCl溶液中所述聚丙烯酸钠吸水树脂的保水率≥10g/g，所述聚丙烯酸钠吸水树脂的pH值为7.0～8.5。
该种自给水式混凝土膨胀剂的制备方法，依次包括以下步骤：将粉煤灰、高钙硫铝熟料、硬石膏、石灰石和增效组分按原料配比混合，经破碎后加入磨机中进行粉磨均匀，然后通过选粉系统控制出料80μm筛余≤20％，并输送到均化库进行均化后，得到自给水式混凝土膨胀剂。
本发明一种自给水式混凝土膨胀剂实施例2，包括以下组分，各组分按质量百分比为：
所述高钙硫铝熟料、增效组分以及该种自给水式混凝土膨胀剂的制备方法，均与实施例1相同。
本发明一种自给水式混凝土膨胀剂实施例3，包括以下组分，各组分按质量百分比为：
所述高钙硫铝熟料、增效组分以及该种自给水式混凝土膨胀剂的制备方法，均与实施例1相同。
本发明一种自给水式混凝土膨胀剂实施例4，包括以下组分，各组分按质量百分比为：
所述高钙硫铝熟料、增效组分以及该种自给水式混凝土膨胀剂的制备方法，均与实施例1相同。
本发明的自给水式混凝土膨胀剂在混凝土中的掺量是占混凝土配合比中胶凝材料的10％，加入方式为与水泥、矿物掺合料、粗细骨料先进行拌合，再加入水和减水剂，并延长90s拌合时间。混凝土成型可通过振实台或人工插捣进行，静养收光，脱模后放入规定条件下进行养护，为模拟工程实际情况，将养护条件设定为脱模后水中(20℃)养护3d，转干燥空气中(20℃，RH＝60％)养护至28d龄期。
在加入本发明实施例1～4中的自给水式混凝土膨胀剂(SEA)后，可以有效补偿混凝土的收缩，特别是干燥环境下的收缩，其实验配合比如下(见表1)：
表1
单位：kg/方
| 配合比 | 水泥 | 粉煤灰 | 矿粉 | 砂 | 石子 | 减水剂 | 水 | SEA |
| 空白 | 222 | 37 | 74 | 728 | 1092 | 2.8 | 170 | 0 |
| 实施例1～4 | 222 | 37 | 74 | 728 | 1092 | 2.8 | 170 | 37 |
表1中得到的混凝土限制膨胀率检测结果如下(见表2)：
表2
结论：由表2中限制膨胀率数据可以看出，当掺入自给水式混凝土膨胀剂后，混凝土限制膨胀率有明显增长，特别在水养3d后移入干空环境条件下，仍具有较大的增长，且后期膨胀率无明显下降，从而有效弥补了因养护不充分而造成的膨胀能无法发挥的问题，防止混凝土收缩开裂，提高了建筑物结构整体的耐久性能。
在掺入本发明实施例1～4中的自给水式混凝土膨胀剂后，按照混凝土膨胀剂现行国家标准进行胶砂检测，其检测结果如下(见表3)：
表3
结论：从检测结果看，本发明实施例1～4中的自给水式混凝土膨胀剂完全满足国家标准要求，特别是空气中21d的收缩值明显降低，表明其在干燥环境下仍能进行水化反应，产生体积膨胀，抑制干燥收缩。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (8)
1.一种自给水式混凝土膨胀剂，其特征在于：包括以下组分，各组分按质量百分比为：
各组分的质量百分比之和为100％；
其中，所述增效组分为粉末状聚丙烯酸钠吸水树脂，所述聚丙烯酸钠吸水树脂过200目筛余≤5.0％，在质量分数为0.9％的NaCl溶液中浸泡60min，所述聚丙烯酸钠吸水树脂的吸盐水倍率为20～40g/g，在质量分数为0.9％的NaCl溶液中所述聚丙烯酸钠吸水树脂的保水率≥10g/g，所述聚丙烯酸钠吸水树脂的pH值为7.0～8.5。
2.如权利要求1所述的一种自给水式混凝土膨胀剂，其特征在于：所述高钙硫铝熟料为石灰石、石膏、矾土、铁粉混磨煅烧后得到的物质，包括以下组分，各组分按质量百分比为：
其中Loss表示烧失量，R2O表示碱金属的氧化物。
3.如权利要求2所述的一种自给水式混凝土膨胀剂，其特征在于：所述高钙硫铝熟料中游离CaO的质量百分比为34.5～35.5％。
4.如权利要求1所述的一种自给水式混凝土膨胀剂，其特征在于：各组分按质量百分比为：
5.如权利要求1所述的一种自给水式混凝土膨胀剂，其特征在于：各组分按质量百分比为：
6.如权利要求1所述的一种自给水式混凝土膨胀剂，其特征在于：各组分按质量百分比为：
7.如权利要求1所述的一种自给水式混凝土膨胀剂，其特征在于：各组分按质量百分比为：
8.如权利要求1所述的一种自给水式混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于：依次包括以下步骤：将粉煤灰、高钙硫铝熟料、硬石膏、石灰石和增效组分按原料配比混合，经破碎后加入磨机中进行粉磨均匀，然后通过选粉系统控制出料80μm筛余≤20％，并输送到均化库进行均化后，得到自给水式混凝土膨胀剂。
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