一种高分子聚合物改性的氧化镁膨胀剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于建筑材料混凝土外加剂技术领域，特别是涉及一种高分子聚合物改性的氧化镁膨胀剂及其制备方法和应用。

背景技术：

体积收缩是造成混凝土开裂、渗漏并影响混凝土耐久性能的主要原因之一。针对混凝土体积收缩问题，人们逐渐开发出各种类型的膨胀水泥和膨胀剂以补偿混凝土收缩，提高混凝土耐久性。膨胀剂是在膨胀水泥基础上发展而来的一种混凝土外加剂，掺入硅酸盐水泥中可拌制成膨胀混凝土。膨胀剂逐渐发展为混凝土行业中用量最大的外加剂之一，广泛应用于各类大型的混凝土施工工程，成为防止混凝土收缩开裂的有效产品。

氧化镁膨胀剂是膨胀剂的一种，其膨胀特性可以调控设计，传统的方法是通过改变煅烧温度和保温时间来调控其膨胀性能。氧化镁膨胀剂是通过煅烧富镁矿物经粉磨而制得的。煅烧温度和保温时间对氧化镁的水化活性和膨胀性能有显著影响。高温煅烧的氧化镁，称死烧氧化镁，水化活性低，早期几乎不膨胀，开始产生膨胀所需时间长，可能需延迟至数年方产生膨胀。在此期间，原来趋于稳定的混凝土受到死烧氧化镁膨胀应力的影响而开裂破坏，造成安定性不良的问题。因此水泥熟料中严格限制处于死烧状态的游离氧化镁的含量。

低温煅烧的氧化镁活性高、水化快，导致部分膨胀能消耗在混凝土塑性阶段，影响其后期的补偿收缩作用。因此需要对氧化镁膨胀剂进行改进提高，延缓氧化镁膨胀剂与水的接触，减少其在混凝土塑性阶段的无效消耗，增加混凝土硬化后的有效膨胀能是本发明的研究重点。本发明所述的改性氧化镁膨胀剂可直接加入到混凝土中，减少混凝土塑性阶段的无效水化，增加硬化后混凝土的膨胀量，可用于混凝土结构的抗裂防渗，大幅度提高混凝土的耐久性。

技术实现要素：

解决的技术问题：本发明提供一种高分子聚合物改性的氧化镁膨胀剂及其制备方法。本发明通过由醋酸酯类聚合物和有机溶剂组成的改性剂在氧化镁膨胀剂表面进行包覆，得到改性氧化镁膨胀剂。所述氧化镁膨胀剂的比表面积为5-150m²/g。本发明所述的改性氧化镁膨胀剂可调控氧化镁熟料的水化历程，延迟氧化镁水化，减少混凝土塑性阶段的无效水化，增加硬化后混凝土的膨胀量，可用于混凝土结构的抗裂防渗，大幅度提高混凝土的耐久性。

技术方案：一种高分子聚合物改性的氧化镁膨胀剂的制备方法，制备步骤为：（1）改性剂的制备：将1-30质量份的醋酸酯类聚合物和20-50质量份的有机溶剂在50-90℃搅拌10-50分钟，直到醋酸酯类聚合物完全溶解，得到改性剂；（2）改性氧化镁膨胀剂的制备：将30-60质量份的改性剂与100质量份的氧化镁膨胀剂混合搅拌，除去有机溶剂，得到改性氧化镁膨胀剂。

优选的，上述有机溶剂为甲醇、乙醇、三氯甲烷或丙酮。

优选的，上述醋酸酯类聚合物为聚醋酸乙烯酯、纤维素醋酸酯或邻苯二甲酸醋酸纤维素。

优选的，上述氧化镁膨胀剂由菱镁矿或白云石粉磨煅烧而成，氧化镁膨胀剂的比表面积为5-150m²/g，其中方镁石含量≥60wt.%。

上述制备方法制得的高分子聚合物改性的氧化镁膨胀剂。

上述高分子聚合物改性的氧化镁膨胀剂在制备混凝土中的应用。

上述应用中，高分子聚合物改性的氧化镁膨胀剂的用量为混凝土总凝胶材料用量的1wt.%-20wt.%。

有益效果：1.原材料易得，制备工艺简单，易烧成、易制备。2.醋酸酯类聚合物在氧化镁膨胀剂表面形成保护层，延缓其与水的接触，可以增加其抗吸湿性，延长产品储存周期，同时也减少变质熟料污染环境，减少浪费。3.醋酸酯类聚合物表面包裹改性氧化镁膨胀剂水化历程可调，减少了其在混凝土塑性阶段的无效膨胀，延长膨胀时间，提高混凝土膨胀性能，因此所制得的膨胀剂在使用过程中可以减少掺量，降低成本。4.所述改性氧化镁膨胀剂比未改性氧化镁膨胀剂，显著增加混凝土硬化阶段膨胀能，减小混凝土收缩和开裂，大幅度提高混凝土的耐久性。

附图说明

图1为实施例2改性氧化镁膨胀剂b和未改性氧化镁膨胀剂f水化热测试结果。

图2为实施例1改性氧化镁膨胀剂a和未改性氧化镁膨胀剂f在20℃水中养护下的净浆膨胀率结果。

图3为实施例1改性氧化镁膨胀剂a和未改性氧化镁膨胀剂f在40℃水中养护下的净浆膨胀率结果。

具体实施方式

下面就本发明举例说明，但不是对本发明的限制。

实施例1

（1）改性剂的制备

将5质量份的聚醋酸乙烯酯、20质量份的乙醇加入到烧杯中，在水浴锅中升温至60℃，搅拌10分钟，直到聚醋酸乙烯酯完全溶解，得到改性剂。

（2）改性氧化镁膨胀剂的制备

将30质量份的改性剂与100质量份的氧化镁膨胀剂混合搅拌，在搅拌机中搅拌5分钟，使其充分混合，除去有机溶剂，粉磨，得到改性氧化镁膨胀剂a。

实施例2

（1）改性剂的制备

将10质量份的纤维素醋酸酯、25质量份的三氯甲烷加入到烧杯中，在水浴锅中升温至70℃，搅拌20分钟，直到纤维素醋酸酯完全溶解，得到改性剂。

（2）改性氧化镁膨胀剂的制备

将35质量份的改性剂与100质量份的氧化镁膨胀剂混合搅拌，在搅拌机中搅拌8分钟，使其充分混合，除去有机溶剂，粉磨，得到改性氧化镁膨胀剂b。

实施例3

（1）改性剂的制备

将15质量份的邻苯二甲酸醋酸纤维素、30质量份的丙酮加入到烧杯中，在水浴锅中升温至75℃，搅拌30分钟，直到邻苯二甲酸醋酸纤维素完全溶解，得到改性剂。

（2）改性氧化镁膨胀剂的制备

将40质量份的改性剂与100质量份的氧化镁膨胀剂混合搅拌，在搅拌机中搅拌10分钟，使其充分混合，除去有机溶剂，粉磨，得到改性氧化镁膨胀剂c。

实施例4

（1）改性剂的制备

将20质量份的聚醋酸乙烯酯、40质量份的甲醇加入到烧杯中，在水浴锅中升温至80℃，搅拌35分钟，直到聚醋酸乙烯酯完全溶解，得到改性剂。

（2）改性氧化镁膨胀剂的制备

将45质量份的改性剂与100质量份的氧化镁膨胀剂混合搅拌，在搅拌机中搅拌15分钟，使其充分混合，除去有机溶剂，粉磨，得到改性氧化镁膨胀剂d。

实施例5

（1）改性剂的制备

将25质量份的纤维素醋酸酯、45质量份的丙酮加入到烧杯中，在水浴锅中升温至90℃，搅拌40分钟，直到纤维素醋酸酯完全溶解，得到改性剂。

（2）改性氧化镁膨胀剂的制备

将35质量份的改性剂与100质量份的氧化镁膨胀剂混合搅拌，在搅拌机中搅拌20分钟，使其充分混合，除去有机溶剂，粉磨，得到改性氧化镁膨胀剂e。

对比例

未进行改性的氧化镁膨胀剂作为对比例，将其标记为f。

比较实施例2得到的改性的氧化镁膨胀剂b与未改性的氧化镁膨胀剂f在水中的水化放热速率。结果如图1，本发明制备的改性氧化镁膨胀剂水化放热速率与未改性膨胀剂明显不同。未改性氧化镁膨胀剂开始水化放热速率较大。本发明制备的改性氧化镁膨胀剂水化放热速率延缓至2-3小时才开始加速水化，水化时间明显延长。

实施例1得到的改性氧化镁膨胀剂a与未改性氧化镁膨胀剂f以内掺的方式等质量取代水泥总量的8%，分别制成水泥净浆样品，并分别置于20℃和40℃水中养护。净浆膨胀率对比结果如图2和3所示，所述改性氧化镁膨胀剂膨胀性能均超过未改性氧化镁膨胀剂，减小水泥塑性阶段膨胀能的消耗，增加了水泥硬化后的膨胀量。

本发明制备的改性氧化镁膨胀剂膨胀率在20℃下水养60天后比未改性氧化镁膨胀剂高出24.3%。在40℃水中养护60天后，改性氧化镁膨胀剂膨胀率比未改性氧化镁膨胀剂高出24.0%。相比于未改性氧化镁膨胀剂，本发明的改性膨胀剂水化时间延长，膨胀性能效果更优，实现了调控膨胀剂膨胀性能的目的。