本发明涉及一种混凝土膨胀剂及其制备方法，属于混凝土外加剂技术领域。
背景技术：
混凝土膨胀剂是一种与水泥、水拌合后经水化反应生成钙矾石、氢氧化钙或钙矾石和氢氧化钙，使混凝土产生体积膨胀的外加剂，主要应用于地下建筑物，液状材料容池，高强度公路路面、桥梁混凝土面层、涵洞，预制构件、框架结构接头的锚接、管道接头等领域。用于水泥或水泥混凝土中的膨胀剂的功能是使硬化后的混凝土产生一定的体积膨胀，减少水泥或水泥混凝土硬化早期产生的收缩裂缝。一般认为，硫铝化合物、氧化钙何氧化镁均可作为水泥或混凝土膨胀剂的化学组成。按照化学成分不同，膨胀剂可分为硫铝酸盐型膨胀剂、石灰系膨胀剂、氧化镁型膨胀剂、铁粉系膨胀剂和复合膨胀剂。
目前市场上流通较广泛的混凝土膨胀剂当属基于钙矾石的硫铝酸盐型膨胀剂，其在应用上有很多优点，但也存在水化速率快、早期膨胀大、膨胀后的收缩落差大，以及延迟钙矾石反应、需水量大、需加强湿养护等不利因素。钙矾石型膨胀剂早期膨胀发挥过快的特性决定了这类混凝土膨胀剂只有在限制条件下才能发挥作用，即限制膨胀补偿限制收缩，其对目前建筑行业中大量无钢筋限制或限制条件较小的工程或部分结构(道路、墙体)起不到应有的补偿作用。并且此类混凝土膨胀剂对收缩的补偿主要发生在水化早期，对水泥基材料的中后期收缩补偿作用不明显。
因此，亟待寻找一种膨胀速度适宜，膨胀性能好，降低混凝土的自收缩量的混凝土膨胀剂。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对现有的混凝土膨胀剂存在水化速率快、早期膨胀大、膨胀后的收缩落差大的问题，提供了一种混凝土膨胀剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种混凝土膨胀剂，其特征在于：按重量份数计，包括以下原料：12～15份硬脂酸钙、3～5份海泡石、1～3份膨胀珍珠岩、5～10份涤纶短纤维、3～10份氧化钙、2～4份高炉矿渣、3～5份白云石、3～7份菱镁矿、2～4份碳酸钙、3～5份沸石和8～12份改性膨胀石墨。
所述的改性膨胀石墨的改性步骤为：
（1）取环氧树脂加入反应釜中，升温至80～100℃，随后向反应釜中依次加入环氧树脂质量10～15%正丁醇和环氧树脂质量1～3%硅烷偶联剂，搅拌混合30～50min后出料，得改性液；
（2）取膨胀石墨，粉碎后过80～100目筛，得膨胀石墨粉末，按质量比1:8，将膨胀石墨粉末加入改性液中，搅拌混合10～15min后加入膨胀石墨粉末质量3～8%纳米氧化镁，搅拌混合1～2h后放入烘箱中干燥至恒重，即可得到改性膨胀石墨。
所述的硅烷偶联剂为γ-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅及n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种。
所述的涤纶短纤维的还可以进行改性，改性方法为：按质量比1:5，将涤纶短纤维加入水中，加热至50～70℃，浸泡10～12h后过滤，得润胀后的涤纶短纤维，将润胀后的涤纶短纤维加入蒸汽爆破机中进行蒸汽爆破处理，得处理后的涤纶短纤维，放入烘箱中，在60～70℃温度下干燥6～8h，干燥后得改性涤纶短纤维。
所述的一种混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：
（1）将原料分别烘干后加入球磨机中球磨，球磨至颗粒粒径为10～30μm，球磨后混合，得混合颗粒；
（2）向混合颗粒中喷洒水，使混合颗粒中的含水量为7～8%，搅拌混合20～30min后加入方形模具中，加压成型后得方形试块；
（3）将方形试块放入烘箱中，在40～60℃温度下干燥8～10h，将干燥后的方形试块放入马弗炉中，升温至180～250℃，保温5～7h后冷却至室温，并出料，得出料物后粉碎，过400～420目筛，收集，即可得到混凝土膨胀剂。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明的原料中含有硬脂酸钙、氧化钙、沸石、菱镁矿等物质，里面含有的金属氧化物可与混凝土形成钙铝凝胶、镁铝凝胶等多种体系凝胶，膨胀性能好；
（2）本发明将高炉矿渣和白云石复配后可以有效的降低混凝土结构的水化热，加入涤纶短纤维并改性后可改变混凝土的脆性易裂，降低混凝土的自收缩量；
（3）本发明将膨胀珍珠岩和海泡石可以结合白云石分解出来的氧化钙，调整膨胀剂中氧化钙的含量，从而控制早期的膨胀，满足各种各样的混凝土结构，改性后的膨胀石墨添加后，可以使膨胀剂后期得到持久而稳定的膨胀，使膨胀速度适宜。
具体实施方式
取环氧树脂e51加入到反应釜中，升温至80～100℃，随后向反应釜中依次加入环氧树脂质量10～15%正丁醇和环氧树脂质量1～3%硅烷偶联剂，搅拌混合30～50min后出料，得改性液；取膨胀石墨，粉碎后过80～100目筛，得膨胀石墨粉末，按质量比1:8，将膨胀石墨粉末加入改性液中，搅拌混合10～15min后加入膨胀石墨粉末质量3～8%纳米氧化镁，搅拌混合1～2h后放入烘箱中干燥至恒重，即可得到改性膨胀石墨；按质量比1:5，将涤纶短纤维加入水中，加热至50～70℃，浸泡10～12h后过滤，得润胀后的涤纶短纤维，将润胀后的涤纶短纤维加入蒸汽爆破机中进行蒸汽爆破处理，得处理后的涤纶短纤维放入烘箱中，在60～70℃温度下干燥6～8h，干燥后得改性涤纶短纤维；按重量份数计，分别选取12～15份硬脂酸钙、3～5份海泡石、1～3份膨胀珍珠岩、5～10份改性涤纶短纤维、3～10份氧化钙、2～4份高炉矿渣、3～5份白云石、3～7份菱镁矿、2～4份碳酸钙、3～5份沸石和8～12份改性膨胀石墨，分别烘干后加入球磨机中球磨，球磨至颗粒粒径为10～30μm，球磨后混合，得混合颗粒；向混合颗粒中喷洒水，使混合颗粒中的含水量为7～8%，搅拌混合20～30min后加入方形模具中，加压成型后得方形试块；将方形试块放入烘箱中，在40～60℃温度下干燥8～10h，将干燥后的方形试块放入马弗炉中，升温至180～250℃，保温5～7h后冷却至室温，并出料，将出料物粉碎，过400～420目筛，收集，即可得到混凝土膨胀剂。
所述的硅烷偶联剂为γ-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅及n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种。
实例1
取环氧树脂e51加入到反应釜中，升温至80℃，随后向反应釜中依次加入环氧树脂质量10%正丁醇和环氧树脂质量1%γ-脲基丙基三乙氧基硅烷，搅拌混合30min后出料，得改性液；取膨胀石墨，粉碎后过80目筛，得膨胀石墨粉末，按质量比1:8，将膨胀石墨粉末加入改性液中，搅拌混合10min后加入膨胀石墨粉末质量3%纳米氧化镁，搅拌混合1h后放入烘箱中干燥至恒重，即可得到改性膨胀石墨；按质量比1:5，将涤纶短纤维加入水中，加热至50℃，浸泡10h后过滤，得润胀后的涤纶短纤维，将润胀后的涤纶短纤维加入蒸汽爆破机中进行蒸汽爆破处理，得处理后的涤纶短纤维放入烘箱中，在60℃温度下干燥6h，干燥后得改性涤纶短纤维；按重量份数计，分别选取12份硬脂酸钙、3份海泡石、1份膨胀珍珠岩、5份改性涤纶短纤维、3份氧化钙、2份高炉矿渣、3份白云石、3份菱镁矿、2份碳酸钙、3份沸石和8份改性膨胀石墨，分别烘干后加入球磨机中球磨，球磨至颗粒粒径为10μm，球磨后混合，得混合颗粒；向混合颗粒中喷洒水，使混合颗粒中的含水量为7%，搅拌混合20min后加入方形模具中，加压成型后得方形试块；将方形试块放入烘箱中，在40℃温度下干燥8h，将干燥后的方形试块放入马弗炉中，升温至180℃，保温5h后冷却至室温，并出料，将出料物粉碎，过400目筛，收集，即可得到混凝土膨胀剂。
实例2
取环氧树脂e51加入到反应釜中，升温至90℃，随后向反应釜中依次加入环氧树脂质量13%正丁醇和环氧树脂质量2%3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅，搅拌混合40min后出料，得改性液；取膨胀石墨，粉碎后过90目筛，得膨胀石墨粉末，按质量比1:8，将膨胀石墨粉末加入改性液中，搅拌混合13min后加入膨胀石墨粉末质量5%纳米氧化镁，搅拌混合1.5h后放入烘箱中干燥至恒重，即可得到改性膨胀石墨；按质量比1:5，将涤纶短纤维加入水中，加热至60℃，浸泡11h后过滤，得润胀后的涤纶短纤维，将润胀后的涤纶短纤维加入蒸汽爆破机中进行蒸汽爆破处理，得处理后的涤纶短纤维放入烘箱中，在65℃温度下干燥7h，干燥后得改性涤纶短纤维；按重量份数计，分别选取13份硬脂酸钙、4份海泡石、2份膨胀珍珠岩、8份改性涤纶短纤维、7份氧化钙、3份高炉矿渣、4份白云石、5份菱镁矿、3份碳酸钙、4份沸石和10份改性膨胀石墨，分别烘干后加入球磨机中球磨，球磨至颗粒粒径为20μm，球磨后混合，得混合颗粒；向混合颗粒中喷洒水，使混合颗粒中的含水量为7.5%，搅拌混合25min后加入方形模具中，加压成型后得方形试块；将方形试块放入烘箱中，在50℃温度下干燥9h，将干燥后的方形试块放入马弗炉中，升温至220℃，保温6h后冷却至室温，并出料，将出料物粉碎，过410目筛，收集，即可得到混凝土膨胀剂。
实例3
取环氧树脂e51加入到反应釜中，升温至100℃，随后向反应釜中依次加入环氧树脂质量15%正丁醇和环氧树脂质量3%n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，搅拌混合50min后出料，得改性液；取膨胀石墨，粉碎后过100目筛，得膨胀石墨粉末，按质量比1:8，将膨胀石墨粉末加入改性液中，搅拌混合15min后加入膨胀石墨粉末质量8%纳米氧化镁，搅拌混合2h后放入烘箱中干燥至恒重，即可得到改性膨胀石墨；按重量份数计，分别选取15份硬脂酸钙、5份海泡石、3份膨胀珍珠岩、10份涤纶短纤维、10份氧化钙、4份高炉矿渣、5份白云石、7份菱镁矿、4份碳酸钙、5份沸石和12份改性膨胀石墨，分别烘干后加入球磨机中球磨，球磨至颗粒粒径为30μm，球磨后混合，得混合颗粒；向混合颗粒中喷洒水，使混合颗粒中的含水量为8%，搅拌混合30min后加入方形模具中，加压成型后得方形试块；将方形试块放入烘箱中，在60℃温度下干燥10h，将干燥后的方形试块放入马弗炉中，升温至250℃，保温7h后冷却至室温，并出料，将出料物粉碎，过420目筛，收集，即可得到混凝土膨胀剂。
对照例：无锡市某建材科技有限公司生产的混凝土膨胀剂。
将实例及对照例的混凝土膨胀剂进行试验检测，具体试验方法如下：
首先根据质量比5:2:10:1，将砂、水泥、石子、水依次放入混凝土搅拌车中搅拌，随后加入混凝土膨胀剂混合均匀，控制混凝土膨胀剂添加量为水泥用量的3～6%，搅拌3～5min，利用常规浇筑方式将混凝土倒入模板浇筑成形，最后养护14～18天，拆除模板即可。
4.具体检测结果见表1。
表1
由表1可知，本发明制备的膨胀剂使用后，制得的混凝土，抗压强度高，可以持久而稳定的膨胀，膨胀速度适宜。