专利名称：一种高性能的混凝土膨胀剂的制作方法
专利说明一种高性能的混凝土膨胀剂 技术领域：
本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种高性能的混凝土膨胀剂。
背景技术：
众所周知，体积稳定性是影响水泥基材料使用性能和寿命的关键因素之一，也是建筑物安全使用的基础。建筑物混凝土的开裂是非常普遍的现象，其已成为水泥基材料高性能化面临的一个重大技术问题。
新实施的水泥标准加剧了混凝土的温度收缩和干燥收缩。由于新标准为满足混凝土早期强度的需求而促使水泥熟料配料向高C3S、高C3A和高比表面积发展，再加上高性能泵送混凝土的低水灰比、高水泥用量、超细矿物掺合料的使用，水泥出厂温度较高，造成在约束状态下的混凝土因温度收缩、化学收缩、干燥收缩和较高的早期弹性模量而产生较大的内部应力，早期的低徐变无法缓解这种应力而产生裂缝；内部不可见的微裂缝在混凝土长期使用过程的干燥环境中继续发展，促使混凝土提早劣化。
因此，控制混凝土的开裂已受到工程界的高度重视，同时，业界出现了许多控制裂缝的方法，而使用最为广泛的是利用膨胀剂配制的补偿收缩混凝土的方法来控制混凝土裂缝。由于采用混凝土膨胀剂配制混凝土比直接使用膨胀水泥具有较多优点其可根据工程需要，搭配合理的掺量、保证混凝土的均匀性、降低包装运输费用、延长存放期、使用方便等。除按传统的方法用于结构自防水混凝土外，还成功地解决了许多钢筋混凝土结构施工的裂缝控制问题。
但，目前的混凝土膨胀剂还存在着影响混凝土早期强度、坍落度损失较大和后期干缩仍较明显的缺点。因此，当务之急迫切需要改进膨胀剂的配方，在原有基础上提高质量。
发明内容
本发明公开了一种高性能的混凝土膨胀剂。
本发明所采取的技术方案一种高性能的混凝土膨胀剂，其由钙质熟料、铝质材料和硫酸钙混合搭配组合而成，钙质熟料含有占总量比例不大于5％的氧化镁、7-12％的氧化钙和氧化镁；铝质材料和硫酸钙形成钙矾石。
上述高性能的混凝土膨胀剂，钙质熟料中的氧化镁为13-15％，氧化钙为65-75％。
上述高性能的混凝土膨胀剂，膨胀剂与水泥混合时，占总量的比例为6-8％。
为了克服单一硫铝酸钙膨胀源的缺陷，在本发明的混凝土膨胀剂配方中引进了经一定温度煅烧CaO和MgO组份。煅烧CaO是气硬性胶凝材料，具有在空气中硬化并产生适度膨胀的特性，可以部分抵补因钙矾石水养护不足而产生的收缩，并提高各龄期强度。在膨胀剂组分中引入煅烧MgO，对抑制混凝土的后期收缩，防止开裂具有独特的益处。氧化镁有较好的后期微膨胀性能，在一定程度上弥补了水泥硬化后体积收缩的缺陷，增强其在大坝等大体积混凝土工程应用中的抗裂能力，提高工程的整体性、安全性和耐久性。
高性能膨胀剂采用CaO、钙矾石、MgO三个膨胀源的相互作用，同时加以利用，三者膨胀适当组合，取长补短，以获得最适宜的膨胀量和膨胀发挥，能够较好地补偿混凝土的收缩，提高工程的抗裂效果和克服体积收缩的缺陷，提高建筑物的耐久性和使用的安全性。
CaO、钙矾石、MgO的水化和膨胀机理 一、钙矾石膨胀发展较快，主要发生在28天以前。适当提高CaO和MgO的含量，能够延长膨胀的持续时间，提高最终膨胀量。经一定温度煅烧的MgO是制造高性能膨胀剂的好材料，其膨胀主要发生在28天以后，可以补偿混凝土后期冷缩。
二、在高性能膨胀剂中引进了新的膨胀组分，从原来单一的钙矾石膨胀，变为CaO和钙矾石、MgO三个膨胀组份，其膨胀效果佳。由于其限制膨胀率相对较高，可实现膨胀剂在混凝土中的低掺量。
三、通过气硬性组份在低水份条件下膨胀的发挥，降低了干空中的收缩率，可以克服过于苛刻的养护要求对施工带来的不便，也可在墙体、顶板等上部结构中得到应用。
四、有效地补充了膨胀剂中CaO总量。原有钙矾石所需的CaO主要是由水泥水化产物所提供的，因此，在高比例掺合料条件下，会出现掺加膨胀剂后混凝土强度跌落的现象。本发明的膨胀剂中，部分CaO有可能参与对掺合料活性的激发过程而提高混凝土的早期强度，实现膨胀剂对水泥的等量替代，并且由于混凝土早期强度的提高，使早期膨胀受到一定的限制而达到延滞膨胀的目的，实现在混凝土抗折强度较快增长的同时，限制条件下的预压应力的协调发展，即增强了混凝土抵抗拉伸的能力，使其抗裂性能随之提高，从而避免混凝土裂缝的出现。
五、本发明的高性能膨胀剂采用了三种不同的膨胀源，水化早期是铝酸盐水泥熟料和CaO，中期是钙矾石，后期是MgO，以不同的水化速度来调节膨胀速率，从而使膨胀曲线更趋合理。膨胀剂的水中限制膨胀率和强度随CaO的增加而提高，其中7天水中限制膨胀率和各龄期抗压强度的变化趋势最显著。21天干空限制膨胀率，随CaO的增加而提高。而凝结时间则随CaO的增加而缩短，其对初凝时间的影响大于对终凝时间的影响。
具体实施方式
下面对本发明作详细说明。
以未加煅烧CaO的AEA膨胀剂生产为例，分别进行了煅烧CaO的加入量为X1、X2、X3、X4和X5不等的试验(见表一)表一 煅烧CaO配比在X1-X4之间，而活性度相同(215ml)条件下有如下规律(见表二)。
表二煅烧CaO掺量对高性能膨胀剂性能的影响
由表二看出，掺入活性度相同以及配料量不同的CaO，对高性能膨胀剂的初凝时间有一定的影响。限制膨胀率随掺量的提高而提高，对强度有一定的促进作用。
高性能的混凝土膨胀剂的生产和应用 1、铝酸盐熟料配入量的最佳比例和配方设计 熟料和石膏中的Al2O3和SO3含量按1∶2的比例下降，用CaO等量替代熟料和石膏，其中熟料减少幅度控制在CaO掺量的1/3，石膏为2/3，使引进CH膨胀组份后形成的钙矾石的Al2O3、SO3的克分子数比例保持基本不变。表三不同产地煅烧CaO化学成份 表四高性能膨胀剂的化学成分及碱含量(％) 总碱量＝Na2O+0.65K2O 从对三种不同产地的煅烧CaO和本发明膨胀剂的化学成份分析可知(见表三、表四)，掺煅烧CaO后高性能膨胀剂成份中Al2O3略有下降，但CaO有大幅度上升，当CaO掺量X5时(CaO含量达93.41％)高性能膨胀剂性能指标并非为最佳，而编号为7、9二组的CaO较低(分别为73.0％和67.4％)，其性能均达到要求。CaO活性度越低，限制膨胀率超高，活性度比CaO含量的影响更显著。
2、高性能膨胀剂生产工艺的调整 煅烧CaO是一种极易吸水而变质的物质，所以对掺煅烧CaO的高性能膨胀剂的生产工艺需要进行特别的研究，其重点是CaO的包装和运输、储存和保管方法、膨胀剂的粉磨细度、包装袋的防潮要求及产品储存期的调整等，在生产前，必须作出周密的考虑和安排。
3、试产高性能膨胀剂混凝土试验 (1)混凝土胶凝材料配合比表五
注1-混凝土中外加剂JHN-2均为1.6％； 2-膨胀剂替代率为胶凝材料总量的8％； 3-石子粒径5-25mm，砂为中砂，配合比不变，水胶比相同。
(2)混凝土坍落度和强度试验结果表六
所试产的高性能膨胀剂替代胶凝材料总量的8％，经与基准混凝土对比试验取得显著效果 (1)坍落度增加2.6cm； (2)7天强度提高6.4Mpa，掺膨胀剂混凝土比基准混凝土提高17％，基准混凝土R7/R28＝76.27％，掺膨胀混凝土R7/R28＝79％，提高2.73％； (3)28天强度提高6.4Mpa，比基准混凝土R28提高13％。
实施例一钙质熟料中的MgO为15％，CaO为65％；膨胀剂中MgO为4.5％，MgO和CaO为10％，余量为铝质材料和硫酸钙，铝质材料和硫酸钙形成钙矾石。掺入水泥时，膨胀剂占总量的6％。
实施例二钙质熟料中的MgO为14％，CaO为70％；膨胀剂中MgO为4％，MgO和CaO为11％，余量为铝质材料和硫酸钙，铝质材料和硫酸钙形成钙矾石。掺入水泥时，膨胀剂占总量的7％。
实施例三钙质熟料中的MgO为13％，CaO为75％；膨胀剂中MgO为3％，MgO和CaO为12％，余量为铝质材料和硫酸钙，铝质材料和硫酸钙形成钙矾石。掺入水泥时，膨胀剂占总量的8％。
实施例四钙质熟料中的MgO为13.5％，CaO为66％；膨胀剂中MgO为1％，MgO和CaO为8％，余量为铝质材料和硫酸钙，铝质材料和硫酸钙形成钙矾石。掺入水泥时，膨胀剂占总量的6.5％。
实施例五钙质熟料中的MgO为14.5％，CaO为73％；膨胀剂中MgO为2％，MgO和CaO为9％，余量为铝质材料和硫酸钙，铝质材料和硫酸钙形成钙矾石。掺入水泥时，膨胀剂占总量的7.5％。
实施例六钙质熟料中的MgO为14.8％，CaO为67％；膨胀剂中MgO为1.5％，MgO和CaO为10％，余量为铝质材料和硫酸钙，铝质材料和硫酸钙形成钙矾石。掺入水泥时，膨胀剂占总量的7.2％。
权利要求
1、一种高性能的混凝土膨胀剂，其特征在于由钙质熟料、铝质材料和硫酸钙混合搭配组成，钙质熟料含有占总量比例不大于5％的氧化镁、7-12％的氧化钙和氧化镁；铝质材料和硫酸钙形成钙矾石。
2、根据权利要求1所述的混凝土膨胀剂，其特征在于钙质熟料中的氧化镁为13-15％，氧化钙为65-75％。
3、根据权利要求1所述的混凝土膨胀剂，其特征在于膨胀剂与水泥混合时，占总量的比例为6-8％。
全文摘要
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种高性能的混凝土膨胀剂，其由钙质熟料、铝质材料和硫酸钙混合搭配组合而成，钙质熟料含有占总量比例不大于5％的氧化镁、7-12％的氧化钙和氧化镁；铝质材料和硫酸钙形成钙矾石。本发明高性能的膨胀剂采用CaO、钙矾石、MgO三个膨胀源的相互作用，同时加以利用，三者膨胀适当组合，取长补短，以获得最适宜的膨胀量和膨胀发挥，能够较好地补偿混凝土的收缩，提高工程的抗裂效果和克服体积收缩的缺陷，提高建筑物的耐久性和使用的安全性。
文档编号C04B22/14GK101357830SQ200710069588
公开日2009年2月4日 申请日期2007年8月3日 优先权日2007年8月3日
发明者蔡九德, 江云安 申请人:蔡九德, 江云安