CN109836070A - 水化热抑制型混凝土膨胀剂 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种水化热抑制型混凝土膨胀剂，包括：水化热抑制剂，降低混凝土温峰，减小温度收缩应力；第一膨胀材料，作为混凝土降温阶段早期膨胀源；以及第二膨胀材料，作为混凝土降温阶段中后期膨胀源；本公开同时提供一种制备上述水化热抑制型混凝土膨胀剂的方法以及上述水化热抑制型混凝土膨胀剂在制备混凝土中的应用。

Description

水化热抑制型混凝土膨胀剂

技术领域

本公开涉及建筑材料领域，尤其涉及一种水化热抑制型混凝土膨胀剂。

背景技术

近年来，随着高层建筑的增多，建筑用地紧张，为了增加土地的使用效率，相应的地下结构也增多，涉及到地下结构防水功能的技术成果越来越受到人们的关注，然而，从目前工程界的情况来看，建筑物防水功能失效的工程案例比比皆是，其中很多是由于混凝土早龄期因水泥水化产生热量升温过快过高，在降温阶段发生冷缩叠加后期干燥收缩而导致的结构体开裂。根据这些现状，目前市场上需要的建筑用材料应该是，不仅能够改变混凝土的水化放热温升曲线，减小水化温升，降低冷缩造成的拉应力，同时还应包括能够全过程提供膨胀的膨胀材料来补偿干燥收缩应力，从而避免结构体开裂，使得混凝土结构不裂不渗，达到防水功能的要求。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供一种水化热抑制型混凝土膨胀剂，其中组份水化热抑制剂可以降低混凝土温峰，减小温度收缩应力，第一膨胀材料可以贡献混凝土降温阶段的早期膨胀，第二膨胀材料则可以贡献混凝土降温阶段的中后期膨胀，第一膨胀材料和第二膨胀材料结合可以补偿干燥收缩应力，再联合水化热抑制剂则可以大幅补偿混凝土的收缩变形，减小结构开裂概率。

根据本公开的一个方面，水化热抑制型混凝土膨胀剂包括：水化热抑制剂，降低混凝土温峰，减小温度收缩应力；第一膨胀材料，作为混凝土降温阶段早期膨胀源；以及第二膨胀材料，作为混凝土降温阶段中后期膨胀源。

根据本公开的至少一个实施方式，水化热抑制剂、第一膨胀材料和第二膨胀材料的重量配比为：水化热抑制剂：5-6重量份；第一膨胀材料：8-10重量份；以及第二膨胀材料：60-90重量份。

根据本公开的至少一个实施方式，水化热抑制剂由玉米淀粉和小麦淀粉组成，其中，玉米淀粉和小麦淀粉的重量配比为：玉米淀粉为55-65重量份，小麦淀粉为35-45重量份。

根据本公开的至少一个实施方式，水化热抑制剂通过以下步骤制备：按重量份将玉米淀粉和小麦淀粉混合；将上述混合物于115℃-125℃温度下反应8-10小时，获得水化热抑制剂。

根据本公开的至少一个实施方式，水化热抑制剂由60重量份的玉米淀粉和40重量份的小麦淀粉组成；将上述重量份的玉米淀粉和小麦淀粉混合，于120℃温度下反应9小时，获得水化热抑制剂。

根据本公开的至少一个实施方式，第一膨胀材料为石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料，其中，氧化钙被包裹在石膏内部。

根据本公开的至少一个实施方式，第一膨胀材料为石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料，第一膨胀材料通过以下步骤制备：按重量份将石灰石、石膏、氧化铝和/或硫酸铝共同粉磨至比表面积200m²/kg，制成生料；经1300℃-1500℃高温煅烧，获得石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料。

根据本公开的至少一个实施方式，第一膨胀材料为石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料，第一膨胀材料通过以下步骤制备：将40-80重量份的石灰石、20-60重量份的石膏、以及石灰石和石膏总和的0.1-1.0wt％的氧化铝和/或硫酸铝共同粉磨至比表面积200m²/kg制成生料；经1300℃-1500℃高温煅烧，获得石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料。

根据本公开的另一方面，制备上述水化热抑制型混凝土膨胀剂的方法包括以下步骤：制备水化热抑制剂：按重量份将玉米淀粉和小麦淀粉混合，于115℃-125℃温度下反应8-10小时，获得水化热抑制剂；制备第一膨胀材料：按重量份将石灰石、石膏、氧化铝和/或硫酸铝共同粉磨至比表面积200m²/kg制成生料，经1300℃-1500℃高温煅烧，获得第一膨胀材料；制备第二膨胀材料：按重量份称取明矾石和石膏，混合获得第二膨胀材料；将水化热抑制剂、第一膨胀材料和第二膨胀材料混合，得到水化热抑制型混凝土膨胀剂。

根据本公开的又一方面，上述水化热抑制型混凝土膨胀剂在制备混凝土中的应用，水化热抑制型混凝土膨胀剂作为添加剂添加到混凝土中。

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是根据本公开的实施例一的水化热抑制型混凝土膨胀剂的限制膨胀率随龄期的变化曲线图。

图2是根据本公开的实施例二的水化热抑制型混凝土膨胀剂的限制膨胀率随龄期的变化曲线图。

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。

本公开提供一种水化热抑制型混凝土膨胀剂，制备工艺简单，材料成本低，保存期限长，同时分阶段的膨胀效果使得膨胀剂的限制膨胀率显著高于标准规定，因此在一定程度上可以减少材料用量，降低预算。

在本公开的一个可选实施方式中，水化热抑制型混凝土膨胀剂包括：水化热抑制剂，第一膨胀材料和第二膨胀材料。其中，水化热抑制剂可用于抑制水泥水化过程中的早期集中放热，降低混凝土水化热温峰，减小温度收缩应力，减少混凝土因为温升高导致的温度收缩裂缝。第一膨胀材料可以作为混凝土降温阶段早期膨胀源。第二膨胀材料则可以作为混凝土降温阶段中后期膨胀源。第一膨胀材料与第二膨胀材料可以分阶段贡献混凝土在降温过程中的膨胀，提高混凝土抵御因为降温产生的温度收缩应力，补偿混凝土的收缩变形，进一步提高混凝土的抗裂能力。

在本公开的一个可选实施方式中，水化热抑制型混凝土膨胀剂的各成分，即水化热抑制剂、第一膨胀材料和第二膨胀材料可以按照下述重量份进行配比：5-6重量份的水化热抑制剂，8-10重量份的第一膨胀材料和60-90重量份的第二膨胀材料。将上述比例的水化热抑制剂、第一膨胀材料和第二膨胀材料混合均匀，可得到水化热抑制型混凝土膨胀剂。

在本公开的一个可选实施方式中，水化热抑制型混凝土膨胀剂中的水化热抑制剂可以由玉米淀粉和小麦淀粉组成。

优选地，水化热抑制剂可以由55-65重量份的玉米淀粉和35-45重量份的小麦淀粉组成。按上述重量份将玉米淀粉和小麦淀粉混合后，于高温下反应8-10小时左右，即可获得水化热抑制剂。

在本公开的一个可选实施方式中，水化热抑制型混凝土膨胀剂中的水化热抑制剂可以通过以下步骤制备：将55-65重量份的玉米淀粉和35-45重量份的小麦淀粉混合，将上述混合物于115℃-125℃温度下反应8-10小时，获得水化热抑制剂。

优选地，将60重量份的玉米淀粉和40重量份的小麦淀粉混合，将混合物于120℃温度下反应9小时，获得水化热抑制剂。

在本公开的一个可选实施方式中，水化热抑制型混凝土膨胀剂中的第一膨胀材料可以是石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料。石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料膨胀性能好，限制膨胀率高，抗风化能力强，并且一定程度上可以延长膨胀材料的的成品保质期。在混凝土降温阶段的早期，以石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料发挥作用为主，而在混凝土降温阶段的中后期则以第二膨胀材料发挥作用为主，使得早期膨胀大，中后期收缩小，不产生后期有害膨胀，可减免混凝土结构因收缩、干缩和冷缩产生的有害裂缝，克服结构渗漏问题，提高混凝土的耐久性。

石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料中，氧化钙被包裹在石膏内部。石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料可以通过以下步骤制备：按重量份将一定配比的石灰石、石膏、氧化铝和/或硫酸铝共同粉磨至比表面积200m²/kg，制成生料；然后在回转窑中，经1300℃-1500℃高温煅烧，进一步获得石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料。在煅烧过程中，石膏熔融包裹氧化钙，可避免大部分游离氧化钙直接暴露在空气中。石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料，其包裹这一结构特点可以在一定程度上控制氧化钙的水化反应速度，使材料缓慢膨胀并且保持一个较高的限制膨胀率。

优选地，石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料由40-80重量份的石灰石、20-60重量份的石膏、以及石灰石和石膏总和的0.1-1.0wt％的氧化铝和/或硫酸铝组成，将上述重量份的各成分共同粉磨至比表面积200m²/kg制成生料，然后，在回转窑中经1300℃-1500℃高温煅烧，即获得石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料。

可选地，石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料由60重量份的石灰石、40重量份的石膏、以及1.0重量份的硫酸铝组成，将上述重量份的各成分共同粉磨至比表面积200m²/kg制成生料，将生料在回转窑中经1300℃高温煅烧，可获得石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料。

在本公开的一个可选实施方式中，水化热抑制型混凝土膨胀剂中的第二膨胀材料可以是明矾石和石膏。明矾石可磨细或不磨细。石膏可以为硬石膏。将一定比例的明矾石和石膏混合均匀后，即可作为膨胀剂的第二膨胀材料。水化热抑制型混凝土膨胀剂添加入混凝土中以后，第二膨胀材料可贡献于混凝土降温阶段的中后期膨胀，与主要贡献早期膨胀的第一膨胀材料结合，可显著补偿混凝土的干燥收缩应力，降低结构开裂率。

在本公开的一个可选实施方式中，可以通过下述步骤制备水化热抑制型混凝土膨胀剂：

1)制备水化热抑制剂：将55-65重量份的玉米淀粉和35-45重量份的小麦淀粉混合，于115℃-125℃温度下反应8-10小时，可获得水化热抑制剂；

2)制备第一膨胀材料：将40-80重量份的石灰石、20-60重量份的石膏、以及石灰石和石膏总和的0.1-1.0wt％的氧化铝和/或硫酸铝共同粉磨至比表面积200m²/kg制成生料，将生料在回转窑中经1300℃-1500℃高温煅烧，可获得第一膨胀材料；

3)制备第二膨胀材料：将30-45重量份的明矾石和30-45重量份的石膏粉磨后混合，可获得第二膨胀材料；

4)将制备完成的水化热抑制剂、第一膨胀材料和第二膨胀材料混合均匀，可得到水化热抑制型混凝土膨胀剂。

在本公开的一个可选实施方式中，在制备可以补偿收缩变形、减小结构开裂率的混凝土的过程中，水化热抑制型混凝土膨胀剂可以作为添加剂，按照需要的任意配比，与水泥、砂子、水等其他成分共同制备混凝土材料。

下面介绍本公开技术方案详细的实施方式以及试验结果。下述实施例是在以本公开技术方案为前提下进行实施的。实施例将有助于理解本公开，但是本公开的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

实施例一：

通过以下步骤制备水化热抑制型混凝土膨胀剂：

1)制备水化热抑制剂：将60重量份的玉米淀粉和40重量份的小麦淀粉混合，于120℃温度下反应9小时，获取水化热抑制剂；

2)制备第一膨胀材料：将60重量份的石灰石、40重量份的石膏、以及1.0重量份的硫酸铝共同粉磨至比表面积200m²/kg制成生料，将生料在回转窑中经1300℃高温煅烧，获取第一膨胀材料；

3)制备第二膨胀材料：将45重量份的明矾石和42重量份的硬石膏粉磨后混合，获得第二膨胀材料；

4)取制备完成的水化热抑制剂5重量份、第一膨胀材料8重量份和第二膨胀材料87重量份混合均匀，可得到水化热抑制型混凝土膨胀剂。

水化热抑制型混凝土膨胀剂的性能检测：将制备获得的水化热抑制型混凝土膨胀剂按照需要的合适比例与水泥、标准砂以及拌和水一起制备混凝土。试体脱模后1小时内进行初始长度测量，测量完成后立即放入水中养护，接着测量放入水中第7天后的长度，然后放入恒温恒湿室养护，再测量放入空气中第21天的长度。也可以根据需要测量试体不同龄期的长度，观察试体膨胀收缩变化趋势(参照GB/T23439-2017混凝土膨胀剂中附录A的试验方法)。根据不同龄期测量的试体的长度计算限制膨胀率，结果如图1所示。水化热抑制型混凝土膨胀剂的各项检测结果如下表1所示：

表1水化热抑制型混凝土膨胀剂的性能检测结果

由图1和表1的试验结果可知，本公开的水化热抑制型混凝土膨胀剂具有较好的膨胀效果，在水中和空气中的限制膨胀率均高于指标值，并且在水中7天的检测结果显示，限制膨胀率随着龄期的增加逐渐增大。此外，抗压强度也明显优于指标值，初凝时缓慢凝固，最终凝结时间比指标值缩短，总体有助于抑制水泥水化集中放热，降低混凝土温升，减少干燥收缩及开裂问题。

实施例二：

通过以下步骤制备水化热抑制型混凝土膨胀剂：

1)制备水化热抑制剂：将60重量份的玉米淀粉和40重量份的小麦淀粉混合，于120℃温度下反应9小时，获取水化热抑制剂；

2)制备第一膨胀材料：将60重量份的石灰石、40重量份的石膏、以及1.0重量份的硫酸铝共同粉磨至比表面积200m²/kg制成生料，将生料在回转窑中经1300℃高温煅烧，获取第一膨胀材料；

3)制备第二膨胀材料：将40重量份的明矾石和44重量份的硬石膏粉磨后混合，获得第二膨胀材料；

4)取制备完成的水化热抑制剂6重量份、第一膨胀材料10重量份和第二膨胀材料84重量份混合均匀，可得到水化热抑制型混凝土膨胀剂。

水化热抑制型混凝土膨胀剂的性能检测：将制备获得的水化热抑制型混凝土膨胀剂按照需要的合适比例与水泥、标准砂以及拌和水一起制备混凝土。试体脱模后1小时内进行初始长度测量，测量完成后立即放入水中养护，接着测量放入水中第7天后的长度，然后放入恒温恒湿室养护，再测量放入空气中第21天的长度。也可以根据需要测量不同龄期的长度，观察试体膨胀收缩变化趋势(参照GB/T23439-2017混凝土膨胀剂中附录A的试验方法)。根据不同龄期测量的试体的长度计算限制膨胀率，结果如图2所示。水化热抑制型混凝土膨胀剂的检测结果如下表2所示：

表2水化热抑制型混凝土膨胀剂的性能检测结果

由图2和表2的试验结果可知，本公开的水化热抑制型混凝土膨胀剂具有显著的膨胀效果，在水中和空气中的限制膨胀率均显著高于指标值，并且在水中7天的检测结果显示，限制膨胀率随着龄期的增加逐渐增大。抗压强度也明显优于指标值，初凝时缓慢凝固，最终凝结时间比指标值缩短，总体有助于抑制水泥水化集中放热，降低混凝土温升，减少干燥收缩及开裂问题。

综上所述，本公开的水化热抑制型混凝土膨胀剂，通过将水化热抑制剂与阶段性膨胀材料结合使用，使得膨胀剂在抑制水泥水化放热、有效降低混凝土温升的基础上，分别在混凝土降温阶段的早期和中后期产生不同程度的膨胀，分阶段的大幅提高混凝土抵御因水化热产生的温度收缩，同时补偿干燥收缩应力，减小结构开裂概率，有助于提高建筑物的寿命，尤其对于目前正在大规模进行的基础设施建设，具有显著的社会效益和经济效益。

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)

1.一种水化热抑制型混凝土膨胀剂，其特征在于，包括：

水化热抑制剂，降低混凝土温峰，减小温度收缩应力；

第一膨胀材料，作为混凝土降温阶段早期膨胀源；以及

第二膨胀材料，作为混凝土降温阶段中后期膨胀源。

2.根据权利要求1所述的膨胀剂，其特征在于，所述水化热抑制剂、第一膨胀材料和第二膨胀材料的重量配比为：

水化热抑制剂：5-6重量份；

第一膨胀材料：8-10重量份；以及

第二膨胀材料：60-90重量份。

3.根据权利要求1或2所述的膨胀剂，其特征在于，所述水化热抑制剂由玉米淀粉和小麦淀粉组成，其中，所述玉米淀粉和小麦淀粉的重量配比为：玉米淀粉为55-65重量份，小麦淀粉为35-45重量份。

4.根据权利要求3所述的膨胀剂，其特征在于，所述水化热抑制剂通过以下步骤制备：

按重量份将所述玉米淀粉和小麦淀粉混合；

将上述混合物于115℃-125℃温度下反应8-10小时，获得所述水化热抑制剂。

5.根据权利要求1或2所述的膨胀剂，其特征在于，

所述水化热抑制剂由60重量份的玉米淀粉和40重量份的小麦淀粉组成；

将上述重量份的玉米淀粉和小麦淀粉混合，于120℃温度下反应9小时，获得所述水化热抑制剂。

6.根据权利要求1或2所述的膨胀剂，其特征在于，所述第一膨胀材料为石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料，其中，所述氧化钙被包裹在所述石膏内部。

7.根据权利要求1或2所述的膨胀剂，其特征在于，所述第一膨胀材料为石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料，所述第一膨胀材料通过以下步骤制备：

按重量份将石灰石、石膏、氧化铝和/或硫酸铝共同粉磨至比表面积200m²/kg，制成生料；

经1300℃-1500℃高温煅烧，获得石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料。

8.根据权利要求1或2所述的膨胀剂，其特征在于，所述第一膨胀材料为石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料，所述第一膨胀材料通过以下步骤制备：

将40-80重量份的石灰石、20-60重量份的石膏、以及石灰石和石膏总和的0.1-1.0wt％的氧化铝和/或硫酸铝共同粉磨至比表面积200m²/kg制成生料；

经1300℃-1500℃高温煅烧，获得石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀熟料。

9.一种制备权利要求1至8中任一项所述的水化热抑制型混凝土膨胀剂的方法，包括以下步骤：

制备水化热抑制剂：按重量份将玉米淀粉和小麦淀粉混合，于115℃-125℃温度下反应8-10小时，获得所述水化热抑制剂；

制备第一膨胀材料：按重量份将石灰石、石膏、氧化铝和/或硫酸铝共同粉磨至比表面积200m²/kg制成生料，经1300℃-1500℃高温煅烧，获得第一膨胀材料；

制备第二膨胀材料：按重量份称取明矾石和石膏，混合获得所述第二膨胀材料；

将所述水化热抑制剂、所述第一膨胀材料和所述第二膨胀材料混合，得到所述水化热抑制型混凝土膨胀剂。

10.一种权利要求1至8中任一项所述的水化热抑制型混凝土膨胀剂在制备混凝土中的应用，其特征在于，所述水化热抑制型混凝土膨胀剂作为添加剂添加到混凝土中。