CN104671697A - 一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法。所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂的比表面积为100-600m2/kg，由可再分散乳胶粉包裹氧化钙类膨胀熟料制备；其中可再分散乳胶粉占改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂总质量的0.1%-10%。改性后的氧化钙水泥混凝土膨胀剂防潮性能提升，在水泥混凝土塑性阶段的无效水化减少，混凝土硬化后膨胀量增加，提升了氧化钙类膨胀剂对混凝土抗开裂性能。

Description

一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法。
技术背景
水泥混凝土是全世界用量最大的建筑材料，由于自身材料特点及施工原因，水泥混凝土存在化学减缩，干燥收缩和温度收缩等收缩问题，收缩容易导致开裂。
随着现代工程质量要求的提高，对水泥混凝土的强度要求越来越高，水泥混凝土向高性能化发展。伴随着各种高性能外加剂的使用，水泥混凝土水胶比越来越低，在大幅度提高混凝土的强度等级的同时，也进一步增加了混凝土的开裂风险。
为解决水泥混凝土的开裂问题，水泥混凝土膨胀剂应运而生，其膨胀性能可以补偿混凝土硬化过程中的收缩，提升混凝土的抗裂性。
氧化钙类膨胀剂因其膨胀效能高、对混凝土工作性和力学性能影响小、能促进掺合料水化等优异性能，被认为是解决低水胶比大掺合料高性能混凝土收缩开裂的优选材料。
但是，氧化钙类膨胀剂存在易吸潮失效，储存保质期短的问题；最主要的，氧化钙类膨胀剂与水接触后水化快，在混凝土产生强度之前的塑性阶段消耗严重，做无用功，造成大量膨胀效能浪费，降低了氧化钙的膨胀功效。
中国专利(CN103130437A)公开了一种混凝土膨胀剂的制备方法，用石膏和氧化钙熔融煅烧形成石膏包裹氧化钙的膨胀熟料，进一步与其它粉料共同粉磨至比表面积140-400m2/kg。这种方法制得的膨胀熟料的抗风化能力有所提高，但是对其在混凝土塑性阶段的水化并无改进作用。
发明内容
本发明的目的在于针对氧化钙类膨胀剂易吸潮失效、在水泥混凝土塑性阶段水化浪费的技术难题，提供一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法。
本发明利用可再分散乳胶粉包裹改性氧化钙的方法，在氧化钙表面形成一层有机物保护层，提高氧化钙防潮性能，延长产品保质期。可再分散乳胶粉形成的防护层不溶于水，但是具有水蒸气透过性，通过优选结构或在氧化钙表面的包裹量，产生水分传输的控释作用，进而调节氧化钙水化历程，减少其在水泥混凝土塑性阶段的水化，增加混凝土硬化后的膨胀量，提高氧化钙膨胀效能。
本发明所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂由可再分散乳胶粉包裹氧化钙类膨胀熟料行成；所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂的比表面积为100-600m2/kg，可再分散乳胶粉占改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂总质量的0.1％-10％。
所述的氧化钙类膨胀熟料可商购。
优选的氧化钙类膨胀剂中游离氧化钙含量(f-CaO)≥60％，比表面积为100-600m2/kg。
所述的可再分散乳胶粉可商购。
优选的可再分散乳胶粉的最低成膜温度介于-10到30℃之间，灰分(wt％)不超过15％。
所述可再分散乳胶粉可由下列种类中的一种以上任意比例组成：
醋酸乙烯酯/乙烯共聚胶粉，
醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚胶粉，
乙烯/氯乙烯/月桂酸乙烯酯三元共聚胶粉，
醋酸乙烯酯/乙烯/高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉，
醋酸乙烯酯/高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉，
丙烯酸酯/苯乙烯共聚胶粉，
醋酸乙烯酯/丙烯酸酯/高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉，
醋酸乙烯酯均聚胶粉，
苯乙烯/丁二烯共聚胶粉。
通过有机溶剂溶解的方法可以实现乳胶粉高效包裹氧化钙类膨胀剂，同时也存在有机溶剂污染环境、易燃易爆等潜在危险。
针对此问题，本发明提出利用固体聚合物和氧化钙膨胀熟料粉磨的干法工艺，实现氧化钙水泥膨胀剂的聚合物包裹改性。
本发明所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂的制备方法如下：
将氧化钙膨胀熟料和可再分散乳胶粉混匀并粉磨形成包裹，即得所述改性氧化钙水泥混凝土膨胀剂。
优选的，粉磨时间0.1-30min。
更优选的，粉磨时间为1-5min。
粉磨设备优选的为电磁式磁力振动磨、行星球磨机或连续粉体表面改性机。
本发明所述方法制备工艺简单，成本低廉；所得改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂防潮性能提升，降低其在水泥混凝土塑性阶段的无效水化，混凝土硬化后膨胀量增加，提升了氧化钙类膨胀剂对混凝土抗开裂性能。
附图说明
图1：对比例氧化钙膨胀熟料1’与实施例1-3所得的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂1,2和3的防潮性对比。
图2：对比例氧化钙膨胀熟料2’与实施例6所得的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂6的水化历程对比。
图3：对比例氧化钙膨胀熟料3’与实施例7-9所得的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂7,8和9的限制膨胀历程对比。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下列实施例是对本发明的进一步举例说明，不应该被认为是对本发明的任何形式的限制。
下述实施例1-9所使用的原料来源见下表1
表1
实施例1
称取质量比为999:1的氧化钙类膨胀熟料与可再分散乳胶粉，混匀后置于电磁式振动磨中粉磨0.1min即得所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂1。
实施例2
称取质量比为99:1的氧化钙类膨胀熟料与可再分散乳胶粉，混匀后置于电磁式振动磨中粉磨2min即得所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂2。
实施例3
称取质量比为995:5的氧化钙类膨胀熟料与可再分散乳胶粉，混匀后置于连续粉体表面改性机中粉磨3min即得所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂3。
对比例1
作为对比的，实施例1-3中所使用的氧化钙类膨胀熟料HME-III，标记为1’。
实施例4
称取质量比为999:1的氧化钙类膨胀熟料与可再分散乳胶粉，混匀后置于行星球磨机中粉磨0.5min即得所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂4。
实施例5
称取质量比为99:1的氧化钙类膨胀熟料与可再分散乳胶粉，混匀后置于电磁式振动磨中粉磨2min即得所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂5。
实施例6
称取质量比为95:5的氧化钙类膨胀熟料与可再分散乳胶粉，混匀后置于连续粉体表面改性机中粉磨3min即得所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂6。
对比例2
作为对比的，实施例4-6中所使用的氧化钙类膨胀熟料HME-IV，标记为2’。
实施例7
称取质量比为99:1的氧化钙类膨胀熟料与可再分散乳胶粉，混匀后置于电磁式振动磨中粉磨5min即得所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂7。
实施例8
称取质量比为95:5的氧化钙类膨胀熟料与可再分散乳胶粉，混匀后置于电磁式振动磨中粉磨15min即得所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂8。
实施例9
称取质量比为90:10的氧化钙类膨胀熟料与可再分散乳胶粉，混匀后置于连续粉体表面改性机中粉磨30min即得所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂9。
对比例3
作为对比的，实施例7-9中所使用的氧化钙类膨胀熟料HME-V，标记为3’。
取本发明所得的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂1-3及未改性的对比氧化钙类膨胀剂1’各2.0g，平铺于干燥的直径为3cm的玻璃皿中，敞口置于25℃和65％相对湿度的恒温恒湿箱中，每隔一定时间取出称重，并按氧化钙含量计算吸水率，对时间作图，如下图1。
如图1中所示，本发明所得的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂在恒温恒湿条件下的吸潮速率变慢，未改性对比氧化钙膨胀剂1’在该环境下20天基本完全吸潮失效，而改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂1-3在相同环境下20天时的吸水率只有60-85％左右，且后期吸水率仍然较慢，表明本发明所得的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂提高了膨胀剂的防潮性能，可以延长产品的保质期。
利用TAM微量热仪监测掺加实施例6制备的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂和对应的非改性膨胀剂2’的水化放热速率。
结果如图2所示，未改性氧化钙加水后与水迅速反应，0.5h即达到最大放热速率，1h左右放热反应以及基本结束。本发明的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂6与水接触后并非立刻反应，而是有一定缓冲时间，1.5h左右才达到最大放热峰，相比于2’放热过程相对平缓，2.5h后才基本结束。表面改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂可以延缓与水的反应，在水泥混凝土体系中可以减少塑性阶段氧化钙的无效膨胀。
以本发明的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂7-9和对比未改性的氧化钙膨胀剂3’为例，参考国家标准GB 23439-2009成型限制膨胀砂浆试块，利用激光位移传感器实时监测掺加两种膨胀剂的砂浆限制膨胀变形。
结果如下图3，在砂浆体系中，改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂7-9的膨胀变形远大于未改性的氧化钙膨胀剂3’。得益于可再分散乳胶粉形成的防护层具有缓控释作用，进而调节氧化钙水化历程，减少其在水泥混凝土塑性阶段的水化，增加混凝土硬化后的膨胀量，提高氧化钙膨胀效能。还意味着在实际工程中达到相同的膨胀量可以减少膨胀剂的的用量，达到降低成本的经济效益。

Claims (7)

1.一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂，其特征在于，比表面积为100-600 m2/kg，由可再分散乳胶粉包裹氧化钙类膨胀熟料制备；可再分散乳胶粉占改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂总质量的0.1%-10%；
所述可再分散乳胶粉的最低成膜温度介于-10到30℃之间，灰分（wt%）不超过15%。
2.根据权利要求1所述的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂，氧化钙类膨胀熟料特征在于，比表面积为100-600 m2/kg，所述氧化钙类膨胀熟料中游离氧化钙含量（f-CaO）≥60%。
3.根据权利要求1所述的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂，其特征在于，所述可再分散乳胶粉可由下列种类中的一种及以上任意比例组成：
醋酸乙烯酯/乙烯共聚胶粉，
醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚胶粉，
乙烯/氯乙烯/月桂酸乙烯酯三元共聚胶粉，
醋酸乙烯酯/乙烯/高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉，
醋酸乙烯酯/高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉，
丙烯酸酯/苯乙烯共聚胶粉，
醋酸乙烯酯/丙烯酸酯/高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉，
醋酸乙烯酯均聚胶粉，
苯乙烯/丁二烯共聚胶粉。
4.权利要求1-3中的任一项所述的改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂的制备方法如下：
将氧化钙膨胀熟料和可再分散乳胶粉混匀并粉磨，即得所述改性氧化钙水泥混凝土膨胀剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，粉磨时间为0.1-30 min。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，粉磨时间为1-5min。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，粉磨设备为电磁式磁力振动磨、行星球磨机或连续粉体表面改性机。
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