CN108774016A - 用于混凝土的双源膨胀剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于混凝土的双源膨胀剂及其制备方法，其中该双源膨胀剂包括：30wt％‑40wt％的改性沸石粉、20wt％‑30wt％的氧化钙熟料、8wt％‑10wt％的氧化铝、以及20wt％‑30wt％的硫铝酸盐。
Description
技术领域
本公开涉及建筑材料混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种用于混凝土的双源膨胀剂及其制备方法。
背景技术
大体积混凝土通常以大区段为单位进行浇筑施工，每个施工区段的体积比较大，然而水泥水化热引起结构物内部温度升高导致混凝土材料的膨胀，冷却时由于混凝土材料的收缩容易出现裂缝。
混凝土材料的收缩是水泥水化硬化过程易发生的固有现象，通常混凝土材料收缩包括：塑性收缩、干燥收缩、自收缩和碳化收缩等。塑性收缩是指新浇筑的混凝土表面失水过快，造成水泥毛细管负压而产生的表层收缩裂缝，由于此时水泥浆体尚处于塑性阶段因此称为塑性收缩。干燥收缩是指混凝土硬化后在不饱和环境中，混凝土内部毛细管孔的吸附水失去后，使毛细管孔内表面张力增大造成水泥毛细管负压，而发生不可逆的因干燥引起的收缩。自收缩是指密封的混凝土内部相对湿度随水泥水化进程而降低，在此过程中水泥水化时消耗水分造成凝胶孔下降形成弯月面而发生自收缩。混凝土体相对湿度降低使得体积相对减小，高强混凝土由于胶凝材料用量大，自收缩通常比普通混凝土大。碳化收缩是指硬化混凝土中的水化产物与空气中二氧化碳发生反应，使混凝土体积缩小的现象称为碳化收缩。研究表明，干燥收缩是导致混凝土开裂的主要原因之一。
目前国内外常采用掺加混凝土膨胀剂来补偿混凝土的收缩，掺量为8％～12％，施工过程中要求必须做到充分保湿养护才能达到一定的补偿混凝土收缩效果，一般情况下对于地下工程底板使用效果较好，但外墙和顶板普遍由于不能做到充分保湿、保温养护至回填土，因此混凝土结构在干缩、温差收缩双重作用下仍然发生开裂现象。
目前在工程中常用的补偿混凝土硬化后收缩的膨胀材料包括钙矾石类膨胀材料和C3S包覆技术石灰类材料，其中钙矾石类膨胀材料存在绝湿膨胀性能差(不浇水养护不膨胀)、膨胀能低(低水胶时膨胀效果更差)；而C3S包覆技术石灰类膨胀材料需在1500℃烧成，极易造成CaO死烧而发生延时膨胀开裂，给工程带来严重安全隐患。这与现代混凝土追求的低水胶比、高强高性能、快速施工养护周期短、混凝土体积稳定等安全工程需求，产生了很大的矛盾。此外，传统的膨胀材料对养护的依赖很大，养护不到位就膨胀不出来，而实际工程中养护很难做到位，尤其是立面的养护。因此急需研发膨胀能高、不浇水养护也能膨胀且膨胀安全稳定的新型混凝土膨胀材料。
发明内容
为了解决至少一个上述问题，本公开提供了一种用于混凝土的双源膨胀剂，其特征在于，双源膨胀剂包括：
30wt％-40wt％的改性沸石粉、20wt％-30wt％的氧化钙熟料、8wt％-10wt％的氧化铝、以及20wt％-30wt％的硫铝酸盐。
在一些实施方式中，硫铝酸盐包括硫铝酸钙。
在一些实施方式中，改性沸石粉由按重量份数的60-70份焙烧复合沸石粉和由1-2份硅烷偶联剂、10-15份硬脂酸、5-10份丙酮、10-15份乳化硅油组成的复合改性剂通过加热的方法进行表面改性处理形成，其中焙烧复合沸石粉包括75-85份沸石粉、8-10份硫酸铝、20-25份硫酸钙。
在一些实施方式中，改性沸石粉由按重量份数的65份焙烧复合沸石粉和由1.5份硅烷偶联剂、14份硬脂酸、7.5份丙酮、12份乳化硅油组成的复合改性剂通过加热的方法进行表面改性处理形成，其中焙烧复合沸石粉包括80份天然丝光沸石粉、8份硫酸铝、22份硫酸钙。
在一些实施方式中，改性沸石粉由按重量份数的68份焙烧复合沸石粉和由1份硅烷偶联剂、10份硬脂酸、7.5份丙酮、15份乳化硅油组成的复合改性剂通过加热的方法进行表面改性处理形成，其中焙烧复合沸石粉包括76份天然丝光沸石粉、6份硫酸铝、20份硫酸钙。
在一些实施方式中，氧化钙熟料，由包括以下重量百分含量的原料煅烧制备得到：
50wt％-70wt％石灰石；
25wt％-50wt％石膏；以及
0.3wt％-0.7wt％的氧化铝和/或硫酸铝。
在一些实施方式中，氧化钙熟料，由包括以下重量百分含量的原料煅烧制备得到：
60wt％石灰石；
39.5wt％石膏；以及
0.5wt％硫酸铝。
在一些实施方式中，石膏包括硬石膏。
在一些实施方式中，氧化钙熟料、氧化铝、以及硫铝酸盐具有200目-300目的粒径。
在一些实施方式中，方法包括：
将氧化钙熟料、氧化铝、以及硫铝酸盐混合破碎，以得到初步混合物；以及
在初步混合物中加入改性沸石粉混合，以得到双源膨胀剂。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1示出了根据本公开一些实施方式的制备用于混凝土的双源膨胀剂的方法的示例性流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
根据本公开实施方式提供了一种用于混凝土的双源膨胀剂，其包括：30wt％-40wt％的改性沸石粉、20wt％-30wt％的氧化钙熟料、8wt％-10wt％的氧化铝、以及20wt％-30wt％的硫铝酸盐。
沸石粉是天然的沸石岩磨细而成。沸石粉生产过程主要分为研磨、混合和改性，将沸石岩通过破碎机破碎，进而对碎石块进行磨粉，将其制成粉末，之后将沸石粉和其他的粉末进行均匀混合，并在混合的粉末中添加其他物料作为改良剂或添加剂，混合后形成可以应用的实际产品。
沸石岩形成多孔格架状构造，晶格内部有大量彼此连通的空腔与管道，而具有巨大的内表面积。在一定温度下，加热脱水后沸石结构并不破坏，而形成海绵或泡沫状的多孔性结构。
在本公开的一个示例性实施方式中，提供了本公开所提供的双源膨胀剂中的改性沸石粉的示例。在该实施方式中，改性沸石粉体由按重量份数的65份焙烧复合沸石粉和由1.5份硅烷偶联剂、14份硬脂酸、7.5份丙酮、12份乳化硅油组成的复合改性剂通过加热的方法进行表面改性处理组成。其中，焙烧复合沸石粉由80份质量等级I级的细度330目的天然丝光沸石粉、8份硫酸铝、22份硫酸钙混合后，经焙烧、粉磨组成。
在该实施方式中，上述的改性沸石粉可通过以下步骤制成：
S11:按重量份数质量等级I级的细度330目的天然丝光沸石粉80份，掺加8份硫酸铝和22份硫酸钙混合后，经380℃温度的焙烧，焙烧时间控制在30分钟，出机冷却后再粉磨，细度控制在250目，制成以沸石为主的焙烧复合沸石粉体；以及
S12：进行焙烧复合沸石粉体干法表面改性处理：按重量份数以65份焙烧复合沸石粉加入由1.5份硅烷偶联剂、14份硬脂酸、7.5份丙酮、12份乳化硅油组成的复合改性剂，在粉体表面改性机中120℃温度下加热，加热时间为15分钟，改性剂包覆率达98％以上出机冷却后再粉磨，细度控制在280目，制成以沸石为主的改性沸石粉体。
在本公开的另一示例性实施方式中，提供了本公开所提供的双源膨胀剂中的改性沸石粉的另一示例。在该实施方式中，改性沸石粉体由按重量份数的68份焙烧复合沸石粉和由1份硅烷偶联剂、10份硬脂酸、7.5份丙酮、15份乳化硅油组成的复合改性剂通过加热的方法进行表面改性处理组成。其中，焙烧复合沸石粉由76份天然丝光沸石粉、6份硫酸铝、20份硫酸钙混合后，经焙烧、粉磨组成。
在该实施方式中，上述的改性沸石粉可通过以下步骤制成：
S21:按重量份数质量等级I级的细度380目的天然丝光沸石粉76份，掺加6份硫酸铝和20份硫酸钙混合后，经400℃温度的焙烧，焙烧时间控制在35分钟，出机冷却后再粉磨，细度控制在300目，制成以沸石为主的焙烧复合沸石粉体；以及
S22：进行焙烧复合沸石粉体干法表面改性处理：按重量份数以68份焙烧复合沸石粉加入由1份硅烷偶联剂、10份硬脂酸、7.5份丙酮、15份乳化硅油组成的复合改性剂，在粉体表面改性机中130℃温度下加热，加热时间为20分钟，改性剂包覆率达98％以上出机冷却后再粉磨，细度控制在280目，制成以沸石为主的改性沸石粉体。
本公开所提供的双源膨胀剂中的氧化钙熟料是通过以下原料高温煅烧而成的。氧化钙熟料是通过下述原料高温煅烧而成。在煅烧过程中，石膏熔融包裹氧化钙，避免了大部分游离氧化钙直接暴露在空气中。其原料配方包括以下重量百分含量的组分：50wt％-70wt％石灰石(碳酸钙)，25wt％-50wt％石膏，以及0.3wt％-0.7wt％的氧化铝和/或硫酸铝。
在本公开的一个示例性实施方式中，氧化钙熟料是由50wt％-70wt％石灰石(碳酸钙)，25wt％-50wt％石膏，0.7wt％氧化铝和/或硫酸铝。
在本公开的又一示例性实施方式中，氧化钙熟料是由60wt％石灰石(碳酸钙)，39.5wt％石膏和0.5wt％的硫酸铝共混粉磨后在1300℃煅烧得到。
上述的氧化钙熟料可通过这样的方法来制成：将石灰石(碳酸钙)、石膏，氧化铝和/或硫酸铝共同粉磨至比表面积140-400m2/kg制成生料，在回转窑中经1300℃-1500℃高温煅烧30～90min(优选为50min)，得到本公开中的氧化钙熟料。
在制备氧化钙熟料的过程中，石灰石(碳酸钙)、石膏、氧化铝(或硫酸铝)发生了掺杂反应生成了新矿物，反应式如下：
3CaO+3Al2O3+CaSO4→3CaO·3Al2O3·CaSO4
12CaO+3Al2(SO4)3→3CaO·3Al2O3·CaSO4+8CaSO4
熔融态的石膏是包裹体，煅烧过程中新生成的微量矿物3CaO·3Al2O3·CaSO4(简写为)，尺寸约5～10μm，与10～20μm的氧化钙交织在一起，这种矿物结构组成，一方面会提高熟料的强度，使其受潮不易崩溃，更重要的是与氧化钙交织在一起的会增加阻碍空气中的水分与氧化钙接触反应的机会，提高熟料的抗风化性能。
上述的石膏可以是二水石膏、半水石膏或硬石膏，但是出于节约燃料，降低成本的目的，本公开优选采用硬石膏。
在本公开的一些实施方式中，还提供了一种制备用于混凝土的双源膨胀剂的制备方法，其包括以下步骤：
将氧化钙熟料、氧化铝、以及硫铝酸盐混合破碎，以得到初步混合物；以及
在初步混合物中加入改性沸石粉混合，以得到双源膨胀剂。
在一些实施方式中，氧化钙熟料、氧化铝以及硫铝酸盐混合破碎至粒径处于200目至300目之间。
氧化钙熟料和改性沸石粉可通过本文中所描述的方法制备。
氧化铝和硫铝酸盐可以是块状的，也可以是粉状的，本公开对此没有限制。
在一个具体实施方式中，上述的硫铝酸盐可以是硫铝酸钙。
本公开所提供的双源膨胀剂和采购自天津豹鸣股份有限公司的HCSA型膨胀剂按照下方的表1进行配比，然后进行砂浆膨胀率实验。
表1砂浆膨胀率试验配比
在实施例1中所使用的双源膨胀剂包括30wt％的改性沸石粉，30wt％的氧化钙熟料，10wt％的氧化铝，以及30wt％的硫铝酸钙。
在实施例2中所使用的双源膨胀剂包括35wt％的改性沸石粉，30wt％的氧化钙熟料，10wt％的氧化铝，以及25wt％的硫铝酸钙。
在实施例3中所使用的双源膨胀剂包括35wt％的改性沸石粉，25wt％的氧化钙熟料，10wt％的氧化铝，以及30wt％的硫铝酸钙。
在实施例4中所使用的双源膨胀剂包括35wt％的改性沸石粉，30wt％的氧化钙熟料，8wt％的氧化铝，以及27wt％的硫铝酸钙。
在按照表1进行配比后，按照现行的国家标准《混凝土膨胀剂》GB23439-2009规定的方法检验水中7d限制膨胀率。下方表2示出了砂浆限制膨胀率的测试结果。
表2砂浆限制膨胀率测试结果
从表2可看出，与现有的膨胀剂相比，本公开所提供的双源膨胀剂可提供更好的膨胀效果，从而减小了混凝土硬化的收缩变形，降低了混凝土的开裂概率。
根据本公开实施方式的双源膨胀剂可提供内养护效果，更高的膨胀能，更高的限制膨胀率，从而减小了混凝土硬化的收缩变形，降低了混凝土的开裂概率，提高混凝土的耐久性能。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。
Claims (10)
1.用于混凝土的双源膨胀剂，其特征在于，所述双源膨胀剂包括：
30wt％-40wt％的改性沸石粉、20wt％-30wt％的氧化钙熟料、8wt％-10wt％的氧化铝、以及20wt％-30wt％的硫铝酸盐。
2.根据权利要求1所述的双源膨胀剂，其特征在于，所述硫铝酸盐包括硫铝酸钙。
3.根据权利要求1所述的双源膨胀剂，其特征在于，所述改性沸石粉由按重量份数60-70份焙烧复合沸石粉和由1-2份硅烷偶联剂、10-15份硬脂酸、5-10份丙酮、10-15份乳化硅油组成的复合改性剂通过加热的方法进行表面改性处理形成，其中所述焙烧复合沸石粉包括75-85份沸石粉、8-10份硫酸铝、20-25份硫酸钙。
4.根据权利要求2所述的双源膨胀剂，其特征在于，所述改性沸石粉由按重量份数的65份焙烧复合沸石粉和由1.5份硅烷偶联剂、14份硬脂酸、7.5份丙酮、12份乳化硅油组成的复合改性剂通过加热的方法进行表面改性处理形成，其中所述焙烧复合沸石粉包括80份天然丝光沸石粉、8份硫酸铝、22份硫酸钙。
5.根据权利要求2所述的双源膨胀剂，其特征在于，所述改性沸石粉由按重量份数的68份焙烧复合沸石粉和由1份硅烷偶联剂、10份硬脂酸、7.5份丙酮、15份乳化硅油组成的复合改性剂通过加热的方法进行表面改性处理形成，其中所述焙烧复合沸石粉包括76份天然丝光沸石粉、6份硫酸铝、20份硫酸钙。
6.根据权利要求1所述的双源膨胀剂，其特征在于，所述氧化钙熟料，由包括以下重量百分含量的原料煅烧制备得到：
50wt％-70wt％石灰石；
25wt％-50wt％石膏；以及
0.3wt％-0.7wt％的氧化铝和/或硫酸铝。
7.根据权利要求5所述的双源膨胀剂，其特征在于，所述氧化钙熟料，由包括以下重量百分含量的原料煅烧制备得到：
60wt％石灰石；
39.5wt％石膏；以及
0.5wt％硫酸铝。
8.根据权利要求5或6所述的双源膨胀剂，其特征在于，所述石膏包括硬石膏。
9.根据权利要求1所述的双源膨胀剂，其特征在于，所述氧化钙熟料、氧化铝、以及硫铝酸盐具有200目-300目的粒径。
10.制备如权利要求1所述的用于混凝土的双源膨胀剂的方法，其特征在于，所述方法包括：
将氧化钙熟料、氧化铝、以及硫铝酸盐混合破碎，以得到初步混合物；以及
在所述初步混合物中加入改性沸石粉混合，以得到双源膨胀剂。
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