CN1060457A - 硅铝酸盐混凝土膨胀剂及其制法 - Google Patents

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Abstract

一种以特定成分的硅铝酸盐在600～700℃煅烧 的硅铝酸盐熟料为主要原料的硅铝酸盐混凝土膨胀 剂，其配方范围为：硅铝酸盐熟料30～50％，明矾石 10～40％，硬石膏30～50％，混合磨制而成，硅铝酸 盐熟料的矿物组成为活性硅酸铝，活性氧化铝和 αSiO2，硅铝酸盐矿物中含K+，Na+离子很少，制成的 膨胀剂用于水利工程中可避免碱—骨料反应的隐患， 而且硅铝酸盐矿分布很广，价格低廉，煅烧温度低，能 大幅度降低膨胀剂的成本和节省能源。

Description

本发明为一种改进型的混凝土外加剂。
根据我国近30年来对混凝土碱-集料反应进行研究的结果表明：混凝土内部在有水和活性硅存在的情况下，如果含K+，Na+离子较多会出现碱-集料反应的不利影响，这种碱-集料反应，据南京化工学院唐明述教授1990年发表的文章“采取积极措施预防碱-集料反应”中论述，按所采用集料不同，碱-集料反应一般有（1）碱-硅酸反应;（2）碱-碳酸反应;（3）碱-硅酸盐反应三种类型。迄今为止，世界各国发生的碱-集料反应绝大多数为碱-硅酸反应。这种反应是水泥中的碱与集料中的活性氧化硅成分反应产生碱硅酸盐凝胶，或称碱硅胶，碱硅胶有强烈的吸水性，吸水后膨胀引起混凝土内部膨胀应力，导致混凝土开裂，发展严重者会引起混凝土结构的崩溃，因此，用于重要工程的混凝土，除必需控制水泥中的碱含量外，还必需控制外加剂中的碱含量。
现有的几种混凝土膨胀剂的情况如下表所列：
国内外膨胀剂状况
编号 商品名 主要组成 生产国
No.1 硫铝酸钙膨胀剂 硫铝酸钙熟料 日本
No.2 石灰系膨胀剂 石灰系熟料 日本
No.3 复合膨胀剂 石灰系熟料、明矾石、石膏 中国
No.4 铝酸钙膨胀剂 矾土水泥熟产、明矾石石膏 中国
No.5 优－I型膨胀剂 硫铝酸钙熟料、明矾石、石膏 中国
No.6 优－II型膨胀剂 硫酸铝熟料、明矾石、石膏 中国
No.7 明矾石膨胀剂 明矾石、石膏 中国
对比分析，上述各种膨胀剂各有优缺点。No.1、No.4、No.5膨胀剂要用高品位矾土配料，原料贮量少，价高，熟料煅烧困难，生产成本高。No.2、No.3膨胀剂，主要用石灰系熟料配制，Ca（OH）2为膨胀源，它的胶凝性差、易溶析、防水性差。No.6、No.7膨胀剂，以明矾石为主要原料，它含钾、钠较多、在有活性硅和水的情况下，可能出现碱集料反应的不利影响。
本发明的目的是针对以上的问题，选用一种含K+、Na+离子很少。来源广泛，价格低廉的硅铝酸盐矿物（高岭土）为主要原料，煅烧为硅铝酸盐熟料，再加适量的明矾石和石膏，磨制成混凝土膨胀剂，其膨胀机理和作用相当于优型膨胀剂，但可将碱-集料降低到最低限度。
本发明硅铝酸盐膨胀剂的配方如下：
硅铝酸盐熟料  30～50%
明矾石  10～40%
硬石膏  30～50%
细度控制0.08mm标准筛  筛余5～10%
产品中 SO3总含量为 23～28%
硅铝酸盐熟料（煅烧高岭土）是以特定成分高岭土在600～700℃烧成的，其成分范围为：
SiO262%
Al2O330～58%
Fe2O31～3%
CaO  0.5～2%
MgO  0.5～2%
LOSS  1.5～3%
熟料的矿物组成是活性硅酸铝SiO2、2Al2O3，活性氧化铝，α·SiO2，活性硅酸铝，活性氧化铝能与水泥中的Ca（OH）2，CaSO4生成钙矾石（C3A、3CaSO4、32H2O），使水泥早期膨胀，而明矾石的溶解性较差，在中期（14～60天）能与水泥中成分作用产生微弱膨胀、硅铝酸盐熟料和明矾石在形成钙矾石时都要吸收Ca（OH）2，而Ca（OH）2是由水泥中C3S，C2S水化提供，这样，使得水泥中的强度基石C-S-H和膨胀源钙矾石的生成速度互相制约，互相促进，使强度和膨胀发展相协调。
本产品加入水泥中的水化图式为
硅酸盐水泥+硅铝酸盐膨胀剂
Figure 91110609X_IMG1
形成钙矾石的反应式如下：
以下为本发明产品的优点和效果：
1.本产品含钾，钠量低，在1%以下，用于水利工程中，不会产生碱-集料反应。
2.采用高岭土，明矾石，石膏为原料，来源广泛，价格低廉，尤其适合缺乏铝矾土和明矾石的西南、西北地区生产。
3.硅铝酸盐熟料可在普通立窑上煅烧，耗煤量低，生产工艺较简单，生产成本较低，是一种节能型膨胀剂，预测生产成本在200元/吨，利税在150～200元/吨。
4.本产品的膨胀水化物稳定，达到合理的早期膨胀和中期膨胀的效果，对强度影响不大。
5.在水泥中内掺本产品10～14%，可拌制成补偿收缩混凝土，用于作结构自防水和接缝修补工程，可节省外防水卷材，缩短工期，永久防水，其防水费用仅为油毡卷材综合防水费用的1/5。
6.在水泥中内掺本产品10～14%的混凝土，其抗渗标号为3.0Mpa比空白混凝土提高2倍。
实施例
编号 硅铝酸盐熟料（％） 明矾石％ 石膏％ SO3总量％ 细度（％）
K-1K-2 3040 3010 4050 25.1027.40 8.55.6
Figure 91110609X_IMG2
Figure 91110609X_IMG3
对实施例说明：
1.加入10～12%硅铝酸盐膨胀剂后，水泥的凝结时间有所缩短，但在国家标准范围内，不会影响施工时间。此外，它对水泥强度不会产生不利影响。
2.加入10～12%硅铝酸盐膨胀剂后，其限制膨胀率在0.04%以上，是空白水泥的5-6倍，干缩率比空白水泥减少，具有良好的补偿收缩性能和抗裂防渗性质。

Claims (3)

1、一种硅铝酸盐混凝土膨胀剂，其特征是以硅铝酸盐为原料，煅烧成硅铝酸盐熟料，再加适量明矾石和石膏配成，其配方如下：
硅铝酸盐熟料              30～50%
明矾石                    10～40%
硬石膏                    30～50%
细度控制0.08mm标准筛筛余  5～10%
产品中SO3总量 23～28%
2、根据权利要求1所述硅铝酸盐混凝土膨胀剂，其特征是所述硅铝酸盐熟料的化学成分为：
SiO230～62% Al2O330～58%
Fe2O31～3% CaO 0.5～2%
MgO  0.5～2%  LOSS  1.5～3%
3、根据权利要求1和2所述硅铝酸盐混凝土膨胀剂，其特征是所述硅铝酸盐熟料的烧成温度为600℃～700℃。
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