CN109111142A - 一种混凝土复合膨胀剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混凝土复合膨胀剂的制备方法，属于膨胀剂技术领域。本发明以循环流化床固硫灰渣、粉煤灰、镁渣、磷石膏和铝矾土为原料，制备出混凝土复合膨胀剂，循环流化床固硫灰渣中含有较多的活性Al2O3和游离的CaO，火山灰活性高，具有火山灰活性的粉煤灰，在Ca(OH)2的激发作用下，活性的Al2O3与CaSO4反应，生成钙矾石，为混凝土提供早期膨胀，钙矾石反应完全后，粉煤灰中剩余的游离CaO以及外加钙源中的CaO继续水化，引起混凝土体积膨胀，为混凝土提供后期膨胀，这种复合的膨胀剂使混凝土体积连续、均匀的膨胀，能够有效的补偿混凝土早期和后期的收缩，保证混凝土结构的稳定，镁渣具有一定的水化活性和潜在膨胀性，MgO作为后期膨胀源，补偿后期的收缩。

Description

一种混凝土复合膨胀剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土复合膨胀剂的制备方法，属于膨胀剂技术领域。
背景技术
混凝土是一种非均质脆性材料，浇筑后，水泥在水化过程中要散发大量的水化热，由于热量不能快速散发，在表面和内部将引起拉应力，当这些拉应力超出混凝土的极限抗拉强度时，即会出现裂缝。试验研究及工程应用表明：在混凝土中引入一定量的膨胀剂，产生适度膨胀，可以有效地消除或减小混凝土的收缩。目前应用较多的膨胀剂主要有硫铝酸盐类、氧化钙类和复合型膨胀剂等。
硫铝酸盐系列膨胀剂水化后形成水化铝酸钙晶体（即钙矾石），但其水化和膨胀速度较快、膨胀量大，且集中在3～14d，28d后会出现收缩。在70～80℃左右可能产生分解，在压力水作用下，易发生溶解、迁移和重结晶，引起膨胀应力的松弛，物理化学性质不稳定，不适合补偿水工混凝土收缩。
氧化钙系列膨胀剂的膨胀主要发生在混凝土浇筑后3～14d，膨胀过快，膨胀过程可调整性差，28d后几乎没有膨胀；其膨胀源Ca（OH）2在压力水作用下，溶解度也较大，60d后出现收缩现象，降低混凝土的耐久性。大体积混凝土早期弹性模量较低，加入上述两种膨胀剂易产生膨胀开裂；后期膨胀量较小，不能补偿后期的温降收缩。
复合膨胀剂是将钙质熟料、明矾石、石膏按一定比例共同粉磨而成。复合膨胀剂同样会生成易溶出的Ca（OH）2，降低混凝土的耐久性，在水工、海工或有侵蚀介质（硫酸盐）的混凝土工程中的应用受到了限制，不适用于补偿大体积水工混凝土收缩。
外掺MgO混凝土具有延迟微膨胀特性，膨胀主要发生28d～90d之间，28d前膨胀小，90d后膨胀稳定。但是目前尚有一些突出问题制约此项技术的发展和推广。其一，现在所使用的MgO材料主要是为冶金部门生产的，不是专门为道路、桥梁和水利工程生产的，许多涉及混凝土膨胀性能的关键参数还不能很好地满足大体积混凝土的要求，距离理想的膨胀还有一定的差别。其二，相关研究理论研究不够系统和完善，还远不能满足指导工程实践的要求。其三，矿产资源有限，应将其用于如生产耐火材料等更重要的工业上去。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有膨胀剂后期膨胀量较小，不能补偿后期温降收缩的问题，提供了一种混凝土复合膨胀剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）将铝矾土进行煅烧预处理，得煅烧铝矾土，将磷石膏进行煅烧预处理，得煅烧磷石膏，将镁渣进行煅烧预处理，得煅烧镁渣；
（2）按重量份数计，分别称取30～40份循环流化床固硫灰渣、10～20份粉煤灰、1～10份石灰、10～18份煅烧镁渣、8～12份煅烧磷石膏、5～10份煅烧铝矾土，将循环流化床固硫灰渣、粉煤灰、石灰、煅烧镁渣、煅烧磷石膏、煅烧铝矾土混合，研磨并过筛，搅拌处理，得混合粉料，陈化，即得混凝土复合膨胀剂。
步骤（1）所述的铝矾土煅烧预处理为在温度为680～720℃下保温煅烧0.5～1.5h，冷却至室温，研磨并过20～30目筛。
步骤（1）所述的磷石膏煅烧预处理为在40～50℃的烘箱中干燥至恒重，得干燥磷石膏，在温度为600～700℃，升温速率为10～15℃/min下保温煅烧1～2h，冷却至室温，研磨并过20～30目筛。
步骤（1）所述的镁渣煅烧预处理为在温度为600～1000℃下保温煅烧1～2h，冷却至室温，研磨并过20～30目筛。
步骤（2）所述的过筛为过80～100目筛。
步骤（2）所述的搅拌处理为在搅拌速度为400～600r/min下搅拌30～40min。
步骤（2）所述的陈化为在室温下静置陈化5～7天。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以循环流化床固硫灰渣、粉煤灰、镁渣、磷石膏和铝矾土为原料，制备出混凝土复合膨胀剂，循环流化床固硫灰渣中含有较多的活性Al2O3和游离的CaO，火山灰活性高，具有火山灰活性的粉煤灰，在Ca(OH)2的激发作用下，活性的Al2O3与CaSO4反应，生成钙矾石，为混凝土提供早期膨胀，钙矾石反应完全后，粉煤灰中剩余的游离CaO以及外加钙源中的CaO继续水化，引起混凝土体积膨胀，为混凝土提供后期膨胀，这种复合的膨胀剂使混凝土体积连续、均匀的膨胀，能够有效的补偿混凝土早期和后期的收缩，保证混凝土结构的稳定，镁渣具有一定的水化活性和潜在膨胀性，MgO作为后期膨胀源，补偿后期的收缩；
（2）本发明中石灰水化生成Ca(OH)2，Ca(OH)2增加了浆液中OH-和Ca2+的浓度，促进了水泥的水化，提高了混凝土的早期强度；后期经过粉磨的镁渣颗粒细化，增加了镁渣与水接触的表面积，并且粉磨能促使镁渣颗粒原生晶格发生畸变或破坏，生成能量高的新表面，增加了结构的不规则和缺陷程度，使得镁渣的化学活性能增大，火山灰活性提高，而OH-和Ca2+浓度的增加又激发了镁渣和粉煤灰的活性，粉煤灰的微集料效应和火山灰效应在后期发挥作用，镁渣和粉煤灰可以填充于骨料和水泥水化的空隙中，使孔隙细化，降低孔隙率，改善孔结构，使密实度增大，强度提高。
具体实施方式
将铝矾土在温度为680～720℃下保温煅烧0.5～1.5h，冷却至室温，研磨并过20～30目筛，得煅烧铝矾土；将磷石膏在40～50℃的烘箱中干燥至恒重，得干燥磷石膏，在温度为600～700℃，升温速率为10～15℃/min下保温煅烧1～2h，冷却至室温，研磨并过20～30目筛，得煅烧磷石膏，将镁渣在温度为600～1000℃下保温煅烧1～2h，冷却至室温，研磨并过20～30目筛，得煅烧镁渣；按重量份数计，分别称取30～40份循环流化床固硫灰渣、10～20份粉煤灰、1～10份石灰、10～18份煅烧镁渣、8～12份煅烧磷石膏、5～10份煅烧铝矾土，将循环流化床固硫灰渣、粉煤灰、石灰、煅烧镁渣、煅烧磷石膏、煅烧铝矾土混合，研磨并过80～100目筛，在搅拌速度为400～600r/min下搅拌30～40min，得混合粉料，在室温下静置陈化5～7天，即得混凝土复合膨胀剂。
将铝矾土在温度为680℃下保温煅烧0.5h，冷却至室温，研磨并过20目筛，得煅烧铝矾土；将磷石膏在40℃的烘箱中干燥至恒重，得干燥磷石膏，在温度为600℃，升温速率为10℃/min下保温煅烧1h，冷却至室温，研磨并过20目筛，得煅烧磷石膏，将镁渣在温度为600℃下保温煅烧1h，冷却至室温，研磨并过20目筛，得煅烧镁渣；按重量份数计，分别称取30份循环流化床固硫灰渣、10份粉煤灰、1份石灰、10份煅烧镁渣、8份煅烧磷石膏、5份煅烧铝矾土，将循环流化床固硫灰渣、粉煤灰、石灰、煅烧镁渣、煅烧磷石膏、煅烧铝矾土混合，研磨并过80目筛，在搅拌速度为400r/min下搅拌30min，得混合粉料，在室温下静置陈化5天，即得混凝土复合膨胀剂。
将铝矾土在温度为700℃下保温煅烧1.0h，冷却至室温，研磨并过25目筛，得煅烧铝矾土；将磷石膏在45℃的烘箱中干燥至恒重，得干燥磷石膏，在温度为650℃，升温速率为12℃/min下保温煅烧1h，冷却至室温，研磨并过25目筛，得煅烧磷石膏，将镁渣在温度为800℃下保温煅烧1h，冷却至室温，研磨并过25目筛，得煅烧镁渣；按重量份数计，分别称取35份循环流化床固硫灰渣、15份粉煤灰、5份石灰、14份煅烧镁渣、10份煅烧磷石膏、8份煅烧铝矾土，将循环流化床固硫灰渣、粉煤灰、石灰、煅烧镁渣、煅烧磷石膏、煅烧铝矾土混合，研磨并过90目筛，在搅拌速度为500r/min下搅拌35min，得混合粉料，在室温下静置陈化6天，即得混凝土复合膨胀剂。
将铝矾土在温度为720℃下保温煅烧1.5h，冷却至室温，研磨并过30目筛，得煅烧铝矾土；将磷石膏在50℃的烘箱中干燥至恒重，得干燥磷石膏，在温度为700℃，升温速率为15℃/min下保温煅烧2h，冷却至室温，研磨并过30目筛，得煅烧磷石膏，将镁渣在温度为1000℃下保温煅烧2h，冷却至室温，研磨并过30目筛，得煅烧镁渣；按重量份数计，分别称取40份循环流化床固硫灰渣、20份粉煤灰、10份石灰、18份煅烧镁渣、12份煅烧磷石膏、10份煅烧铝矾土，将循环流化床固硫灰渣、粉煤灰、石灰、煅烧镁渣、煅烧磷石膏、煅烧铝矾土混合，研磨并过100目筛，在搅拌速度为600r/min下搅拌40min，得混合粉料，在室温下静置陈化7天，即得混凝土复合膨胀剂。
对照例：东莞某公司生产的混凝土复合膨胀剂。
将实例及对照例制备得到的混凝土复合膨胀剂进行检测，具体检测如下：
水泥标准稠度用水量和凝结时间：膨胀剂外掺，水泥标准稠度用水量和凝结时间测定参照国家标准GB1346-2001的《标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行。
水泥胶砂强度：水泥胶砂强度参照国家标准GB/T17671-1999的《水泥胶砂强度检验方法》进行。
具体测试结果如表1。
表1性能表征对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
标准稠度用水量/% 32.5 30.4 29.9 28.5
初凝/h：min 4：51 4：46 4：37 3：36
终凝/h：min 5：32 5：35 5：29 4：11
抗压强度/MPa 50 52 55 30
抗折强度/MPa 8 9 10 5
由表1可知，本发明制备的混凝土复合膨胀剂提高了混凝土的标准稠度用水量、初凝和终凝时间和抗压抗折强度。

Claims (7)

1.一种混凝土复合膨胀剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将铝矾土进行煅烧预处理，得煅烧铝矾土，将磷石膏进行煅烧预处理，得煅烧磷石膏，将镁渣进行煅烧预处理，得煅烧镁渣；
（2）按重量份数计，分别称取30～40份循环流化床固硫灰渣、10～20份粉煤灰、1～10份石灰、10～18份煅烧镁渣、8～12份煅烧磷石膏、5～10份煅烧铝矾土，将循环流化床固硫灰渣、粉煤灰、石灰、煅烧镁渣、煅烧磷石膏、煅烧铝矾土混合，研磨并过筛，搅拌处理，得混合粉料，陈化，即得混凝土复合膨胀剂。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土复合膨胀剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的铝矾土煅烧预处理为在温度为680～720℃下保温煅烧0.5～1.5h，冷却至室温，研磨并过20～30目筛。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土复合膨胀剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的磷石膏煅烧预处理为在40～50℃的烘箱中干燥至恒重，得干燥磷石膏，在温度为600～700℃，升温速率为10～15℃/min下保温煅烧1～2h，冷却至室温，研磨并过20～30目筛。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土复合膨胀剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的镁渣煅烧预处理为在温度为600～1000℃下保温煅烧1～2h，冷却至室温，研磨并过20～30目筛。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土复合膨胀剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的过筛为过80～100目筛。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土复合膨胀剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的搅拌处理为在搅拌速度为400～600r/min下搅拌30～40min。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土复合膨胀剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的陈化为在室温下静置陈化5～7天。
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