本发明涉及一种改性混凝土膨胀剂，属于建筑材料混凝土外加剂技术领域。
背景技术：
混凝土是使用最广泛的建筑材料，随着科学技术的发展，也在不断被深入研究，性能完善和发展。近年来，混凝土的收缩与开裂问题已成为研究的热点，这是由于在水泥凝结硬化初期，水分散失以及温度、湿度的变化容易引起体积收缩，在收缩受到限制而产生的拉应力超过混凝土自身的抗拉强度时，水泥混凝土易发生开裂；同时，开裂后的混凝土，承载能力急剧降低；再者，水分的渗入会进一步恶化混凝土的耐久性，导致钢筋锈蚀、结构破坏，降低混凝土的使用性能。
从材料角度，可以通过在混凝土中掺入纤维、磨细粉煤灰或矿渣粉和膨胀剂来解决混凝土的收缩与开裂问题。但是，纤维拌制混凝土比较麻烦，成本高；磨细粉煤灰或矿渣粉掺量大，所需材料成本高，且不能完全解决混凝土的收缩开裂。然而，膨胀剂是一种化学添加剂，掺入加在混凝土中，在混凝土凝结硬化时，发生膨胀并堵塞毛细孔裂缝，改善混凝土内部结构，起到补偿收缩和张拉钢筋产生预应力以及充分填充水泥间隙的作用。因此，膨胀剂是解决混凝土的收缩与开裂问题的一种有效手段。
目前，国内外主要使用的膨胀剂有硫铝酸钙型、氧化钙型和氧化镁型，其原理是通过硫铝酸盐、氧化钙、氧化镁等在水泥水化过程中与水或水泥的水化产物反应生成膨胀性物质。中国专利公开号：CN104386938A公开了名为“用于超长混凝土结构无缝施工的多功能膨胀剂”的专利，该膨胀剂的组分及其重量份数比分别为：硫铝酸盐熟料44-67份；硬石膏15-25份；氧化镁5-8份；氧化钙5-10份；酒石酸1-2.5份；分散剂1.5-2.5份；硅酸钠3.5-5.5份；碳酸钠2.5-7.5份。虽然其能获得一定的强度和补偿收缩能力，但是还不能令人满意。同时氧化钙水化迅速，大部分膨胀发生在混凝土产生强度之前的塑性阶段，膨胀作用不明显。因此，继续探索与研究混凝土膨胀剂是必要的。
技术实现要素：
针对上述现有技术中混凝土膨胀剂的强度、补偿能力和氧化钙水化反应过快不足的技术问题，本发明所要解决的技术问题是提出了一种能有效地提高膨胀剂强度和补偿能力，且能调控氧化钙反应的改性混凝土膨胀剂。
一种改性混凝土膨胀剂，由以下重量份配比的各组分制成：硅铝酸钙10～20份、硫铝酸钙25～30份、固硫废渣20～25份、改性赤泥10～20份、电气石粉1～5份、铁渣6～8份、改性氧化钙4～6份、氧化镁4～6份、甲基硅酸钠3～5份、甲酸钙2～4份、偶氮二甲酰胺0.1～0.3份、麦芽糊精0.4～0.7份、木质素磺酸钠1～4份、聚乙二醇醚0.3～0.6份、聚羧酸减水剂1～3份、改性硅藻土粉2～5份、纳米碳酸钙0.5～0.8份。
优选地，
一种改性混凝土膨胀剂，由以下重量份配比的各组分制成：硅铝酸钙15份、硫铝酸钙28份、固硫废渣22份、改性赤泥15份、电气石粉2份、铁渣7份、改性氧化钙5份、氧化镁5份、甲基硅酸钠4份、甲酸钙3份、偶氮二甲酰胺0.2份、麦芽糊精0.5份、木质素磺酸钠2份、聚乙二醇醚0.4份、聚羧酸减水剂2份、改性硅藻土粉3份、纳米碳酸钙0.6份。
所述的改性赤泥是按照以下步骤进行处理：
1)先将赤泥在100～120℃烘干，然后按重量比为赤泥：磷石膏：粉煤灰：膨润土：柠檬酸：乙醇＝10：2：1：4：0.5：20的物料，球磨混合2～3h；
2)将经步骤1)得到的混料过滤、洗涤并于100～120℃烘箱中，干燥30～40min；
3)在800～900℃煅烧0.5～1h后，自然冷却，并粉碎成200～300目，即可得到改性赤泥。
所述的改性氧化钙是由以下重量份配比的各组分制成：氧化钙40～50份、三乙醇胺4～8份、明胶5～7份、羟丙基甲基纤维素4～6份、纳米氧化镁1～3份、无水乙醇100～120份。
所述的改性氧化钙是按照以下步骤进行处理：
1)先将氧化钙分散于乙醇中，浸泡20～30min后置于在水浴中，并加热到90～100℃；
2)依次加入三乙醇胺和明胶搅拌均匀，然后冷却到30～40℃后加入羟丙基甲基纤维素继续搅拌均匀；
3)加入纳米氧化镁，并置于频率为20～30KHz超声机上超声20～30min后，浓缩、烘干，即可得到改性氧化钙。
所述的改性硅藻土粉是按照以下步骤进行处理：
1)将重量比为硅藻土粉：无水乙醇＝1：5的物料，球磨混合1～2h；
2)依次加入4～6份氯化钙和4～6份氯化铝，球磨混合20～30min，过滤、洗涤、烘干；
3)在950～1000℃煅烧1～2h后，自然冷却，并粉碎成200～300目，即可得到改性硅藻土粉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中将硅铝酸钙与硫铝酸钙进行复配，增强了膨胀效果，同时，还结合了氧化钙和氧化镁膨胀源，发生协同作用，提高补偿能力。再者，固硫废渣主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、SO3、f-CaO，并含有一定量的无水CaSO4和少量MgO等，在混凝土中水化反应生成大量的钙矾石而引起水泥石膨胀，进一步提高补偿能力；赤泥具有胶结的孔架状结构、孔隙多、比表面积大等特征，且其成分中含有Al2O3、Fe2O3、CaO等，通过改性赤泥，不仅降低赤泥中的碱含量，提高赤泥的内在活性，而且还提高补偿能力和早期强度、后期强度，进而使混凝土的性能得以改善，提高市场价值；电气石粉含有化学成分SiO2、TiO2、CaO、Al2O3、MgO和Fe2O3等，铁渣含有化学成分SiO2、CaO、Al2O3等，这些有助于提高混凝土的膨胀效果、强度、抗裂性、抗渗性和耐久性。
2、通过改性氧化钙，使氧化钙表面形成包裹层，有效地控制了水化速度，减缓了膨胀速度，使大部分膨胀发生在混凝土产生强度之后的塑性阶段，提高膨胀作用。同时，羟丙基甲基纤维素具有保水作用，随着水化进行缓慢释放水分，为氧化钙提供水源，促进膨胀作用发生。再者，与纳米氧化镁复配，能延长膨胀作用时间，有效补偿混凝土早期收缩和后期收缩，有效地预防裂缝产生。此外，麦芽糊精起到缓凝作用，能减缓固硫废渣、赤泥、电气石粉和铁渣中氧化钙膨胀作用，使膨胀剂的膨胀效果更佳。
3、甲基硅酸钠具有良好的渗透结晶性和微膨胀性，不仅能提高混凝土的强度，还能提高膨胀剂的补偿性能；偶氮二甲酰胺起到发泡作用，能在混凝土中形成细小的、均匀分布的、并在硬化后仍能保持微气泡，可补偿原料组分的沉降收缩；纳米碳酸钙既能诱导水化反应和改善水化产物的显微结构，提高混凝土的抗压强度和密实性，又能使混凝土具备自我修复功能，大大地减少裂纹等缺陷，延长寿命，还能改性聚羧酸减水剂，提高减水剂的功效。
4、通过氯化钙、氯化铝和煅烧改性硅藻土粉，使其具有良好的多孔特性，从而使得硅藻土在混凝土硬化早期起到提高混凝土密实度的作用，在混凝土硬化后期起到释放补充水的作用，产生延迟膨胀效应，进而提高混凝土膨胀剂强度和补偿能力。
5、本发明充分利用固硫废渣、赤泥和铁渣，不仅节省了工程成本，而且优异的膨胀性能。
具体实施方式
本发明提供一种改性混凝土膨胀剂，为达到本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。
一种改性混凝土膨胀剂，由以下重量份配比的各组分制成：硅铝酸钙10～20份、硫铝酸钙25～30份、固硫废渣20～25份、改性赤泥10～20份、电气石粉1～5份、铁渣6～8份、改性氧化钙4～6份、氧化镁4～6份、甲基硅酸钠3～5份、甲酸钙2～4份、偶氮二甲酰胺0.1～0.3份、麦芽糊精0.4～0.7份、木质素磺酸钠1～4份、聚乙二醇醚0.3～0.6份、聚羧酸减水剂1～3份、改性硅藻土粉2～5份、纳米碳酸钙0.5～0.8份。
所述的改性赤泥是按照以下步骤进行处理：
1)先将赤泥在100～120℃烘干，然后按重量比为赤泥：磷石膏：粉煤灰：膨润土：柠檬酸：乙醇＝10：2：1：4：0.5：20的物料，球磨混合2～3h；
2)将经步骤1)得到的混料过滤、洗涤并于100～120℃烘箱中，干燥30～40min；
3)在800～900℃煅烧0.5～1h后，自然冷却，并粉碎成200～300目，即可得到改性赤泥。
所述的改性氧化钙是由以下重量份配比的各组分制成：氧化钙40～50份、三乙醇胺4～8份、明胶5～7份、羟丙基甲基纤维素4～6份、纳米氧化镁1～3份、无水乙醇100～120份。
所述的改性氧化钙是按照以下步骤进行处理：
1)先将氧化钙分散于乙醇中，浸泡20～30min后置于在水浴中，并加热到90～100℃；
2)依次加入三乙醇胺和明胶搅拌均匀，然后冷却到30～40℃后加入羟丙基甲基纤维素继续搅拌均匀；
3)加入纳米氧化镁，并置于频率为20～30KHz超声机上超声20～30min后，浓缩、烘干，即可得到改性氧化钙。
所述的改性硅藻土粉是按照以下步骤进行处理：
1)将重量比为硅藻土粉：无水乙醇＝1：5的物料，球磨混合1～2h；
2)依次加入4～6份氯化钙和4～6份氯化铝，球磨混合20～30min，过滤、洗涤、烘干；
3)在950～1000℃煅烧1～2h后，自然冷却，并粉碎成200～300目，即可得到改性硅藻土粉。
实施例1
一种改性混凝土膨胀剂，由以下重量份配比的各组分制成：硅铝酸钙15份、硫铝酸钙28份、固硫废渣22份、改性赤泥15份、电气石粉2份、铁渣7份、改性氧化钙5份、氧化镁5份、甲基硅酸钠4份、甲酸钙3份、偶氮二甲酰胺0.2份、麦芽糊精0.5份、木质素磺酸钠2份、聚乙二醇醚0.4份、聚羧酸减水剂2份、改性硅藻土粉3份、纳米碳酸钙0.6份。
实施例2
一种改性混凝土膨胀剂，由以下重量份配比的各组分制成：硅铝酸钙10份、硫铝酸钙25份、固硫废渣20份、改性赤泥10份、电气石粉1份、铁渣6份、改性氧化钙4份、氧化镁4份、甲基硅酸钠3份、甲酸钙2份、偶氮二甲酰胺0.1份、麦芽糊精0.4份、木质素磺酸钠1份、聚乙二醇醚0.3份、聚羧酸减水剂1份、改性硅藻土粉2份、纳米碳酸钙0.5份。
实施例3
一种改性混凝土膨胀剂，由以下重量份配比的各组分制成：硅铝酸钙20份、硫铝酸钙30份、固硫废渣25份、改性赤泥20份、电气石粉5份、铁渣8份、改性氧化钙6份、氧化镁6份、甲基硅酸钠5份、甲酸钙4份、偶氮二甲酰胺0.3份、麦芽糊精0.7份、木质素磺酸钠4份、聚乙二醇醚0.6份、聚羧酸减水剂3份、改性硅藻土粉5份、纳米碳酸钙0.8份。
对比例1(对比例1与实施例1的差别仅在于，对比例1中的赤泥没有经过改性处理，而是直接用，其余的同实施例1)。
对比例2(对比例2与实施例1的差别仅在于，对比例2中的氧化钙没有经过改性处理，而是直接用，其余的同实施例1)。
对比例3(对比例3与实施例1的差别仅在于，对比例3中的硅藻土没有经过改性处理，而是直接用，其余的同实施例1)。
将上述实施例1-3、对比例1-3和背景技术(CN104386938A)制得的混凝土膨胀剂采用现有技术进行测试，测试结果如下表1所示：
表1混凝土膨胀剂测试结果
可以看出，不同参数制备的改性混凝土膨胀剂相对背景技术而言，具有掺量低、膨胀效果佳、且强度高等优点，是很有发展前途的一种混凝土外加剂。
当然，上面只是本发明优选的具体实施方式作了详细描述，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。