CN107417157A - 淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂及其制备方法以及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂及其制备方法以及应用，该制备方法包括：1）将磷石膏、铝矾土、镁矿渣和粉煤灰进行煅烧以制得煅烧混合物；2）将煅烧混合物与水混合，接着进行陈化，然后置于密闭的条件下进行水热反应、过滤取滤饼、干燥以制得水热固化物；3）将水热固化物进行煅烧以制得前驱体；4）将前驱体、聚乙烯基吡咯烷酮、水、环糊精和淀粉进行接触反应，然后过滤取滤饼、干燥以制得淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂。该淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂具有膨胀能高、性能稳定的优点进而使得其能够应用于混凝土中，并且该制备方法具有工序简单和原料易得的优点。

Description

淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂及其制备方法以及应用
技术领域
本发明涉及混凝土膨胀，具体地，涉及一种淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂及其制备方法以及应用。
背景技术
混凝土在凝结的初期和水化过程中，都会产生化学反应生成结晶化合物，由于结晶化合物比原材料体积小，所以会导致混凝土体积收缩，当收缩产生的拉应力大于混凝土构件的抗拉强度极限时，便产生混凝土开裂。
混凝土膨胀剂是在混凝土开始收缩时或在开始收缩前产生微膨胀，给混凝土构件施加压应力，用以抵消、消弱或平衡由于收缩而导致的拉应力，从而达到结构内应力最小、防止裂纹出现、避免开裂的目的。
目前市场上膨胀剂大多是用煅烧铝矾土、明矾石、地开石、铝矿渣、铝酸钙熟料或硫铝酸钙熟料与石膏配制的钙矾石类膨胀剂，存在膨胀能低、膨胀速率与混凝土凝结核水化反应速率不匹配、掺量大、碱含量高易引起碱骨料反应等不利因素；以CaO为主要成分的氧化钙类膨胀剂，存在膨胀速度过快、膨胀时间短、膨胀与混凝土收缩速率不协调、不易保存等缺点；以MgO为主要成分的氧化镁类膨胀剂，存在膨胀速度过慢，膨胀开始时间远落后于混凝土收缩开始时间，无法起到抗裂作用等弊端。
发明内容
本发明的目的是提供一种淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂及其制备方法以及应用，该淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂具有膨胀能高、性能稳定的优点进而使得其能够应用于混凝土中，并且该制备方法具有工序简单和原料易得的优点。
为了实现上述目的，本发明提供了一种淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂的制备方法，包括：
1）将磷石膏、铝矾土、镁矿渣和粉煤灰进行煅烧以制得煅烧混合物；
2）将煅烧混合物与水混合，接着进行陈化，然后置于密闭的条件下进行水热反应、过滤取滤饼、干燥以制得水热固化物；
3）将水热固化物进行煅烧以制得前驱体；
4）将前驱体、聚乙烯基吡咯烷酮、水、环糊精和淀粉进行接触反应，然后过滤取滤饼、干燥以制得淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂。
本发明还提供了一种淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂，该淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂通过上述的制备方法制备而得。
本发明进一步提供了一种如上述的淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂在混凝土中的应用。
在上述技术方案中，本发明首先通过对磷石膏、铝矾土、镁矿渣和粉煤灰进行煅烧，接着陈化、水热反应、干燥制得前驱体，然后通过环糊精、淀粉、聚乙烯基吡咯烷酮对前驱体进行改性进而使得淀粉能够进入前驱体的片层缝隙中，然后环糊精能够顺利地包裹淀粉，由此使得该膨胀剂在使用过程中，不仅前驱体能够进行有效地膨胀，同时环糊精有能够有效地控制该膨胀剂膨胀速率进而使得其能够具有优异的稳定性。并且，该制备方法具有工序简单和原料易得的优点。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂的制备方法，包括：
1）将磷石膏、铝矾土、镁矿渣和粉煤灰进行煅烧以制得煅烧混合物；
2）将煅烧混合物与水混合，接着进行陈化，然后置于密闭的条件下进行水热反应、过滤取滤饼、干燥以制得水热固化物；
3）将水热固化物进行煅烧以制得前驱体；
4）将前驱体、聚乙烯基吡咯烷酮、水、环糊精和淀粉进行接触反应，然后过滤取滤饼、干燥以制得淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂。
在上述制备方法的步骤1）中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的膨胀剂的膨胀能高和稳定性，优选地，步骤1）中，磷石膏、铝矾土、镁矿渣和粉煤灰的重量比为100：40-56：5-9：20-25。
在上述制备方法的步骤1）中，煅烧的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的膨胀剂的膨胀能高和稳定性，优选地，在步骤1）中，煅烧至少满足以下条件：煅烧温度为1250-1300℃，煅烧时间为8-10h。
在上述制备方法的步骤2）中，原料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的膨胀剂的膨胀能高和稳定性，优选地，在步骤2）中，煅烧混合物与水的重量比为1：1.5-2。
在上述制备方法的步骤2）中，陈化的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的膨胀剂的膨胀能高和稳定性，优选地，在步骤2）中，陈化至少满足以下条件：陈化温度为35-40℃，陈化时间为24-36h。
在上述制备方法的步骤2）中，水热反应的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的膨胀剂的膨胀能高和稳定性，优选地，水热反应至少满足以下条件：反应温度为80-100℃，反应时间为6-10h。
在上述制备方法的步骤2）中，干燥的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的膨胀剂的膨胀能高和稳定性，优选地，干燥至少满足以下条件：干燥温度为100-120℃，干燥时间为5-7h。
在上述制备方法的步骤3）中，煅烧的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的膨胀剂的膨胀能高和稳定性，优选地，在步骤3）中，煅烧至少满足以下条件：煅烧温度为450-550℃，煅烧时间为4-7h。
在上述制备方法的步骤4）中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的膨胀剂的膨胀能高和稳定性，优选地，在步骤4）中，前驱体、聚乙烯基吡咯烷酮、水、环糊精、淀粉的重量比为100：6-9：150-200：4-6：30-34。
在上述制备方法的步骤4）中，接触反应的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的膨胀剂的膨胀能高和稳定性，优选地，接触反应至少满足以下条件：反应温度为15-35℃，反应时间为6-8h。
本发明还提供了一种淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂，该淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂通过上述的制备方法制备而得。
本发明进一步提供了一种如上述的淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂在混凝土中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
1）将磷石膏、铝矾土、镁矿渣和粉煤灰按照100：46：7：23的重量比于1280℃下煅烧9h以制得煅烧混合物；
2）将煅烧混合物与水按照1：1.8的重量比混合，接着于38℃下陈化30h，然后置于密闭、90℃的条件下进行水热反应8h、过滤取滤饼、于110℃下干燥6h以制得水热固化物；
3）将水热固化物于500℃下煅烧5h以制得前驱体；
4）将前驱体、聚乙烯基吡咯烷酮、水、环糊精和淀粉按照100：7：180：5：32的重量比于25℃下接触反应7h，然后过滤取滤饼、干燥以制得淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂A1。
实施例2
1）将磷石膏、铝矾土、镁矿渣和粉煤灰按照100：40：5：20的重量比于1250℃下煅烧8h以制得煅烧混合物；
2）将煅烧混合物与水按照1：1.5的重量比混合，接着于35℃下陈化24h，然后置于密闭、80℃的条件下进行水热反应6h、过滤取滤饼、于100℃下干燥5h以制得水热固化物；
3）将水热固化物于450℃下煅烧4h以制得前驱体；
4）将前驱体、聚乙烯基吡咯烷酮、水、环糊精和淀粉按照100：6：150：4：30的重量比于15℃下接触反应6h，然后过滤取滤饼、干燥以制得淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂A2。
实施例3
1）将磷石膏、铝矾土、镁矿渣和粉煤灰按照100：56：9：25的重量比于1300℃下煅烧10h以制得煅烧混合物；
2）将煅烧混合物与水按照1：2的重量比混合，接着于40℃下陈化36h，然后置于密闭、100℃的条件下进行水热反应10h、过滤取滤饼、于120℃下干燥7h以制得水热固化物；
3）将水热固化物于550℃下煅烧7h以制得前驱体；
4）将前驱体、聚乙烯基吡咯烷酮、水、环糊精和淀粉按照100：9：200：6：34的重量比于35℃下接触反应8h，然后过滤取滤饼、干燥以制得淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂A3。
对比例1
按照实施例1的方法进行制得膨胀剂B1，不同的是，步骤3）中未使用聚乙烯基吡咯烷酮。
对比例2
按照实施例1的方法进行制得膨胀剂B2，不同的是，步骤3）中未使用环糊精。
对比例3
按照实施例1的方法进行制得膨胀剂B3，不同的是，步骤3）中未使用淀粉。
对比例4
按照实施例1的方法进行制得膨胀剂B4，不同的是，步骤3）中未使用环糊精和淀粉。
对比例5
按照实施例1的方法进行制得膨胀剂B5，不同的是，步骤3）中未使用聚乙烯基吡咯烷酮和淀粉。
对比例6
按照实施例1的方法进行制得膨胀剂B6，不同的是，步骤3）中未使用聚乙烯基吡咯烷酮、环糊精和淀粉。
应用例1
参照混凝土膨胀剂行业标准JC476-2001，检测上述膨胀剂对水泥胶砂干燥收缩的抑制效果，其中，水胶比为0.35，膨胀剂的用量为8%，具体结果见表1。
表1
通过上述实施例、对比例和应用例可知，本发明提供的膨胀剂在混凝土中具有优异的膨胀能力和稳定性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于，包括：
1）将磷石膏、铝矾土、镁矿渣和粉煤灰进行煅烧以制得煅烧混合物；
2）将所述煅烧混合物与水混合，接着进行陈化，然后置于密闭的条件下进行水热反应、过滤取滤饼、干燥以制得水热固化物；
3）将所述水热固化物进行煅烧以制得前驱体；
4）将所述前驱体、聚乙烯基吡咯烷酮、水、环糊精和淀粉进行接触反应，然后过滤取滤饼、干燥以制得所述淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1）中，所述磷石膏、铝矾土、镁矿渣和粉煤灰的重量比为100：40-56：5-9：20-25。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1）中，所述煅烧至少满足以下条件：煅烧温度为1250-1300℃，煅烧时间为8-10h。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，在步骤2）中，所述煅烧混合物与水的重量比为1：1.5-2。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，在步骤2）中，所述陈化至少满足以下条件：陈化温度为35-40℃，陈化时间为24-36h；
优选地，所述水热反应至少满足以下条件：反应温度为80-100℃，反应时间为6-10h；
更优选地，所述干燥至少满足以下条件：干燥温度为100-120℃，干燥时间为5-7h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其中，在步骤3）中，所述煅烧至少满足以下条件：煅烧温度为450-550℃，煅烧时间为4-7h。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，在步骤4）中，所述前驱体、聚乙烯基吡咯烷酮、水、环糊精、淀粉的重量比为100：6-9：150-200：4-6：30-34。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，在步骤4）中，所述接触反应至少满足以下条件：反应温度为15-35℃，反应时间为6-8h。
9.一种淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂，其特征在于，所述淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂通过权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制备而得。
10.一种如权利要求9所述的淀粉改性石膏基混凝土膨胀剂在混凝土中的应用。
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