一种水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂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：
，具体涉及一种水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂及其制备方法和应用。
背景技术：
：水泥混凝土是一种水硬性胶凝材料，自浇筑成型开始并处于自然环境中的水泥混凝土结构，在其水化硬化过程中，由于自身的水化反应及向周围环境介质的失水过程，存在着自收缩、干燥收缩和温降收缩，约束条件下的收缩引起混凝土开裂，是造成工程质量事故的主要原因。干燥收缩是指混凝土硬化后在不饱和环境中，混凝土内部毛细管孔的吸附水失去后，使毛细管孔内表面张力增大造成水泥毛细管负压，而发生不可逆的因干燥引起的收缩。自收缩是指密封的混凝土内部相对湿度随水泥水化进程而降低，在此过程中水泥水化时消耗水分造成凝胶孔下降形成弯月面而发生自收缩。混凝土体相相对湿度降低使得体积相对减小，高强混凝土由于胶凝材料用量大，自收缩通常比普通混凝土大。温降收缩是指混凝土浇筑后，由于水泥水化产生大量的水化热，使混凝土温度升高，产生体积热膨胀，待达到最高温度以后，随着热量向外部环境的散发，混凝土温度将由最高值降至环境温度引起混凝土的收缩。在约束条件下，自收缩、干燥收缩和温降收缩是引起混凝土非荷载裂缝的主要原因。如何采取有效措施减小甚至消除各种收缩，从源头上避免开裂，一直是工程师们努力探索的问题。目前国内外常采用掺加混凝土膨胀剂来补偿混凝土的收缩，掺量为6～12％。施工过程中要求必须做到充分保湿养护才能达到一定的补偿收缩效果。一般情况下对于地下工程底板使用效果较好，但侧墙和顶板受到约束较大且难以保湿养护，因此结构混凝土在自缩、干缩和温降收缩共同作用下极易发生开裂现象。由于混凝土结构致密，覆膜、洒水等仅对混凝土表层进行养护，外界水分难以有效扩散结构内部进行保湿养护。解决其水化过程中的供水不足，最适合的方法是借助内养护材料为载体从混凝土内部提供水源进行自养护。内养护材料是指具有一定吸水和储水能力，并能在混凝土内部相对湿度开始降低时适时释水，促进水泥水化和提高水泥石内部湿度。目前常用的内养护材料包括有机聚合物和无机多孔固体，典型代表分别是高吸水性树脂(sap)和轻集料。sap是依靠高分子链上亲水性基团来吸附水分，但sap颗粒分散性不易控制，容易粘结成团，且释水后将留下较大空洞，对混凝土工作性和力学性能、体积变形以及耐久性等造成影响。无机多孔材料，如轻集料、膨胀页岩、稻壳灰等，能明显改善高强混凝土内部相对湿度和缓解早期收缩变形。但无机材料如不预吸水会影响混凝土工作性，如预吸水会增加混凝土泌水的风险，且混凝土强度和弹性模量会随轻骨料掺量的增加而有所降低。如何制备能明显改善硬化混凝土内部湿度、控制混凝土温升、补偿收缩的抗裂剂，是建筑材料领域亟需解决的问题。天然沸石是一类硅铝酸盐多孔材料，具有独特的硅氧四面体[sio4]结构，可由铝氧四面体[alo4]所置换。化学通式：ax/n(sio2)(alo2)x·mh2o，a为阳离子。沸石具有吸附性、离子交换性、耐酸性等特点。沸石中大量活性sio2和al2o3在混凝土高碱性溶液中oh-的激发，发生火山灰反应，形成大量水化硅酸盐、铝酸盐凝胶，提升了混凝土后期强度并减小了孔隙率；另一方面天然沸石具有孔结构，磨细后具有较大比表面积，能吸附大量的水分和气体，可调控混凝土内部湿度。在推广应用沸石粉的过程中发现，沸石掺入混凝土时，获得相同坍落度，会增加混凝土减水剂用量；且容易引起新拌混凝土的坍落度损失加快，严重时会使新拌混凝土在半小时内失去流动性，难以满足正常施工的要求，严重影响了这一技术在建筑工程中的推广应用。中国专利cn103058549b公开了一种混凝土抗裂硅质防水剂。采用75～85％的活化改性沸石粉、1～3％的消泡剂和13～19％的高铝熟料混合而成。活化改性沸石粉体由77～85％的焙烧复合沸石粉、0.1～0.5％硅烷偶联剂、2～6％硬脂酸、1.5～5％丙酮、2～6％乳化硅油改性而成。此种抗裂硅质防水剂可提高混凝土的抗渗性能，但不具有抗裂功能，且湿度调控作用有限。c30强度等级的混凝土不开裂，其渗透系数极低，完全能满足抗渗要求；但一旦开裂，地下水等将从裂缝处开始渗漏。中国专利cn108751777b、cn108774015b公开了一种混凝土用抑温抗裂防水剂、沸石基水化热缓释材料及其制备方法。通过使相变材料及有机酸与沸实粉混合细碎，得到沸石基水化热缓释材料。沸石基水化热缓释材料，与塑性膨胀剂和双源膨胀剂复合而得抑温抗裂防水剂。该有机酸采用柠檬酸或酒石酸，仅影响水泥的诱导期，起到缓凝的效果，对温控无效果。此抑温抗裂防水剂难以对混凝土的内部湿度调控。中国专利cn108774016b公开了用于混凝土的双膨胀源及其制备方法。双源膨胀剂是由30～40wt％的改性沸石粉、氧化钙熟料、氧化铝和硫铝酸盐构成。沸石通过丙酮改性后，虽对混凝土的工作性影响较小，但在混凝土后期吸水能力有限。因此，此方法制备的改性沸石粉对氧化钙-硫铝酸盐膨胀熟料的膨胀性能提升效果有限。中国专利cn108069633b公开了一种沸石粉改性氧化镁膨胀剂的制备方法。所述沸石粉改性氧化镁膨胀剂由50～90％轻烧mgo和10～50％沸石粉混合制成。mgo颗粒是一种多孔材料，沸石粉也具有多孔结构。两种材料磨细后具有较大的比表面积，能吸附大量的水分，掺入混凝土中会吸附大量水导致混凝土工作性严重变差，难以施工。在上述技术中，涉及的调控湿度的沸石粉是一种多孔材料，如不改性会对混凝土的工作性有影响；如改性后又对混凝土的湿度补偿效果变弱。而膨胀材料补偿混凝土的收缩，施工过程中必须做到充分保湿养护才能达到一定的补偿收缩效果。在上述技术中，涉及补偿收缩的膨胀材料中，与以钙矾石、氢氧化钙为膨胀源的传统膨胀剂相比，mgo膨胀剂具有需水量少、补偿温降收缩效果好、水化产物物理化学性质稳定、膨胀过程可调控等优点，能满足不同类型结构中混凝土收缩补偿的要求，具有重要的工程应用价值。但mgo是一种多孔材料，会吸附混凝土减水剂。mgo掺入混凝土时，存在减水剂用量增加、混凝土坍落度损失加快等影响混凝土工作性的问题。因此，亟需对上述问题进行解决，改善mgo对混凝土的工作性的影响，制备出能明显改善硬化混凝土内部湿度、控温温升、明显补偿温降收缩的抗裂剂。技术实现要素：针对现有技术中mgo膨胀剂(特别是高活性mgo)掺入混凝土时，存在相同坍落度条件减水剂用量增加，混凝土坍落度损失加快等影响工作性的问题；以及针对现有技术中因混凝土内部湿度不足导致混凝土温降收缩补偿不足、后期膨胀能力弱等问题，本发明提供了一种水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂及其制备方法和应用。本发明所述水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂不吸附混凝土减水剂、改善混凝土工作性，并具有明显改善硬化混凝土内部湿度、控制混凝土温升、明显补偿收缩的功能。本发明所述水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂利用沸石粉颗粒的多孔性，通过物理吸附和化学反应的方式预吸水分并存储于沸石颗粒孔内；通过流化床制备工艺使温敏性材料涂覆于氧化镁颗粒、预吸水分的沸石粉颗粒表面成膜制备而成。本发明所述水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂，克服了内养护材料、氧化镁对混凝土工作性的不利影响；提升了氧化镁的温降补偿效果；沸石内部孔隙释放水分，调控了混凝土内部湿度；温敏性材料随着混凝土温升溶解吸收热量，降低混凝土的温升，实现补偿收缩与温控协调作用，提升混凝土抗裂性能。本发明所述水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂，包括镁质膨胀组分、孔内含水的沸石组分、以及镁质和沸石表面涂覆的一层温敏性材料。所述镁质膨胀组分、孔内含水的沸石组分、表面涂覆的温敏性材料的质量比为40:55:5～80:10:10。所述镁质膨胀组分由富镁质矿物采用悬浮窑煅烧技术制备而成，所述富镁质矿物为菱镁矿、菱镁矿尾矿、蛇纹石中的任意一种或两种以上以任意比例混合。所述镁质膨胀组分中mgo含量≥80wt％，水化活性值为35s-200s，80μm方孔筛筛余≤5.0％。所述孔内含水的沸石是由10～40wt％水分与90～60wt％沸石组成。所述沸石组分为800目的天然沸石，优选吸氨值≥135mmol/100g的丝光沸石粉。所述水分为满足jgj63-2006《混凝土用水标准》的混凝土用水，优选饮用水。所述镁质和沸石表面涂覆的一层温敏性材料，优选相变温度为45-60℃的石蜡。本发明所述的水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂的比表面积为150-300m2/kg。本发明所述一种水泥混凝土用镁质高效抗裂剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将悬浮窑煅烧制备的比表面积为200-400m2/kg的镁质膨胀组分加入流化床的粉体加料器中，通过压力为0.3～0.8mpa的压缩空气将镁质膨胀组分输送到流化床中，通过流化床内的热风将镁质膨胀组分均匀分散在热气流中；(2)将孔内含水的沸石粉体缓慢加入到流化床的粉体加料器中，通过压力0.3～0.8mpa的压缩空气将沸石组分加入到流化床中，通过流化床内的热风将镁质膨胀组分均匀分散在热气流中。将设备密封，使流化床内形成密闭空间，使上述组分充分沸腾。(3)开启流化床中喷雾装置。将石蜡液体雾化成雾滴直径5-50μm的微液珠。在流化床中充分沸腾的石蜡微液珠，以镁质膨胀组分和孔内含水的沸石组分为载体，通过物理吸附和化学反应的方式吸附于镁质及沸石颗粒表面成膜。(4)将气流中快速成膜的、孔内含水的沸石，表面成膜的氧化镁快速分离出来，即得到所述水泥混凝土用高效抗裂剂。所述流化床内部温度控制在45-70℃，优选60-70℃。本发明所述一种水泥混凝土用镁质高效抗裂剂适用于：入模温度达到25℃以上，温升值20℃以上，具有补偿收缩、抗裂、抗渗、温控要求的侧墙、底板和顶板c50及以上强度等级的混凝土结构。本发明所述一种水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂，在c50-c100混凝土掺入量占胶材总质量的3％-10％。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明制备的水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂，克服了内养护材料、氧化镁对混凝土工作性的不利影响；提升了氧化镁的温降补偿效果；沸石内部孔隙释放水分，调控了混凝土内部湿度；温敏性材料随着混凝土温升溶解吸收热量，降低混凝土的温升，实现补偿收缩与温控协调作用，提升混凝土抗裂性能。(2)本发明提供的水泥混凝土用高效抗裂剂的原料易得，制备方法操作简单，无需特殊的工艺设备，生产成本大幅度降低，社会经济效益显著。附图说明图1为实施例1所制得的掺镁质、控温控湿高效抗裂剂，相同活性值100s的相同的mgo膨胀材料，同种石蜡粉体、100smgo膨胀材料粉体与预吸水沸石粉简单混合而成样品的温降变形；1#为基准c50混凝土，2#为掺6.4％100s氧化镁膨胀材料，3#为10％同种石蜡粉体、80％100smgo膨胀材料粉体与10％预吸水沸石粉简单混合而成样品，4#为实施例1中样品1-3镁质、控温控湿高效抗裂剂。图2为实施例1所制得的掺镁质、控温控湿高效抗裂剂，相同活性值100s的相同的mgo膨胀材料，同种石蜡粉体、100smgo膨胀材料粉体与预吸水沸石粉简单混合而成样品的扣除基准混凝土变化后氧化镁的膨胀变形。1#为掺6.4％100s氧化镁膨胀材料，2#为10％同种石蜡粉体、80％100smgo膨胀材料粉体与10％预吸水沸石粉简单混合而成样品，3#为实施例1中样品1-3镁质、控温控湿高效抗裂剂。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明所述水泥混凝土用高效抗裂剂、其制备方法及其应用的技术特征进一步阐述，但不限于实施例；在本发明中，除有特别说明，所有百分含量均为质量百分数。实施例1(一)一种水泥混凝土用高效抗裂剂的制备镁质膨胀组分为悬浮窑生产的水化活性值100s(采用dl/t5296-2013检测方法)、mgo含量90.0％、比表面积400m2/kg的镁质膨胀材料；沸石粉选用市售吸氨值≥135mmol/100g、过800目的丝光沸石粉。石蜡为市售，相变温度为50-55℃。将悬浮窑煅烧制备的比表面积为200-400m2/kg的镁质膨胀组分加入流化床的粉体加料器中，通过压力为0.3mpa的压缩空气将镁质膨胀组分输送到流化床中，通过流化床内的热风将镁质膨胀组分均匀分散在热气流中；将孔内含水的沸石粉体缓慢加入到流化床的粉体加料器中，通过压力0.8mpa的压缩空气将沸石组分加入到流化床中，通过流化床内的热风将镁质膨胀组分均匀分散在热气流中。将设备密封，使流化床内形成密闭空间，通过观察口确定物料情况，根据物料情况控制风速，调节引风的风力大小，使上述组分充分沸腾。孔内含水的沸石是由40％水分与60％沸石组成。开启流化床中喷雾装置。将石蜡液体雾化成雾滴直径5-50μm的微液珠。在流化床中充分沸腾的石蜡微液珠，以镁质膨胀组分和孔内含水的沸石组分为载体，通过物理吸附和化学反应的方式吸附于镁质及沸石颗粒表面成膜。将气流中快速成膜的、孔内含水的沸石，表面成膜的氧化镁快速分离出来，即得到所述水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂。流化床内部温度控制在60-65℃。表1上述制备的镁质、控温控湿高效抗裂剂中镁质膨胀组分、孔内含水沸石组分以及两者表面涂覆的石蜡组分的比例。(二)水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂的工作性能测试采用净浆试验评价镁质、控温控湿高效抗裂剂对胶凝材料净浆的流动性能的影响。胶凝材料的净浆流动度测试方法参照gb80770-2000《混凝土外加剂匀质性实验方法》的相关规定执行；胶凝材料净浆的水胶比均为0.35。表2为高效抗裂剂与相同的水化活性值100smgo膨胀材料、沸石粉及石蜡材料的性能对比。表2的试验结果表明，本发明制备的镁质、控温控湿高效抗裂剂可有效改善掺镁质膨胀材料的水泥净浆的初始流动度，而且能够显著提升水泥净浆60min后的流动性保持能力。采用简单的氧化镁膨胀组分、沸石粉与石蜡复配的方式，不能改善氧化镁膨胀材料对水泥净浆流动度的影响。(三)水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂的温控效果测试表3为某工程用c50混凝土配比，镁质、温控抗裂剂替代矿粉，选用的镁质膨胀材料也替代矿粉。水泥使用海螺p·ⅱ42.5水泥；粉煤灰来自江苏南京华能电厂；矿粉来自南京梅宝公司；砂为赣江中砂；石子为安徽马鞍山和县采石场生产；减水剂采用江苏苏博特减水剂(不带缓凝组分)。表3为c50基准混凝土配合比(kg/m3)强度等级水泥煤灰矿粉砂小石大石水w/cc50245901157563067381450.33依据标准《水工混凝土试验规程》dl/t5150-2001试验方法，对上述配比混凝土进行绝热温升测试。表4为样品与选用的水化热调控材料粉体、100smgo膨胀组分的温控效果对比。表4表明，此种方法制备的mgo颗粒涂覆了石蜡，温度调控效果。表5为样品与选用的水化热调控材料、100smgo膨胀组分的温控效果对比。表5中的复配样是10％同种石蜡粉体、80％100smgo膨胀材料粉体与10％预吸水沸石粉简单混合而成。表5表明，采用简单的氧化镁膨胀组分、沸石粉与石蜡复配的方式，不能提升水泥水化热调控材料的调控效能。上述方法制备的抗裂剂随着混凝土温升溶解吸收热量，降低混凝土的温升。(四)水泥混凝土用镁质高效抗裂剂的膨胀性能测试采用环境模拟箱，浇筑6h内控制在23.5℃，后升温至75℃，温降速率约3℃/d。采用ф110mm×400mmpvc管浇筑混凝土，置于环境模拟箱中。以初凝为起点，模拟基准及掺镁质、控温控湿高效抗裂剂的混凝土的实际温度历程。采用监测温度、变形的应变计测试其变形。混凝土为实施例1表3为基准配合比。温降阶段的监测监测结果(见图1和图2)。图1和图2测试结果表明，上述制备的镁质、控温控湿高效抗裂剂提升了mgo的温降补偿效果。实施例2(一)一种水泥混凝土用高效抗裂剂的制备镁质膨胀组分为悬浮窑生产的水化活性值200s(采用dl/t5296-2013检测方法)、mgo含量90.0％、比表面积300m2/kg的镁质膨胀材料；沸石粉选用市售吸氨值≥135mmol/100g、过800目的丝光沸石粉。石蜡为市售，相变温度为45-50℃。将悬浮窑煅烧制备的比表面积为200-400m2/kg的镁质膨胀组分加入流化床的粉体加料器中，通过压力为0.8mpa的压缩空气将镁质膨胀组分输送到流化床中，通过流化床内的热风将镁质膨胀组分均匀分散在热气流中；将孔内含水的沸石粉体缓慢加入到流化床的粉体加料器中，通过压力0.3mpa的压缩空气将沸石组分加入到流化床中，通过流化床内的热风将镁质膨胀组分均匀分散在热气流中。将设备密封，使流化床内形成密闭空间，通过观察口确定物料情况，根据物料情况控制风速，调节引风的风力大小，使上述组分充分沸腾。孔内含水的沸石是由10％水分与90％沸石组成。开启流化床中喷雾装置。将石蜡液体雾化成雾滴直径5-50μm的微液珠。在流化床中充分沸腾的石蜡微液珠，以镁质膨胀组分和孔内含水的沸石组分为载体，通过物理吸附和化学反应的方式吸附于镁质及沸石颗粒表面成膜。将气流中快速成膜的、孔内含水的沸石，表面成膜的氧化镁快速分离出来，即得到所述水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂。流化床内部温度控制在50-55℃。表6上述制备的镁质、控温控湿高效抗裂剂中镁质膨胀组分、孔内含水沸石组分以及两者表面涂覆的石蜡组分的比例。(二)水泥混凝土用镁质、控温控湿高效抗裂剂的工作性能测试采用净浆试验评价镁质、控温控湿高效抗裂剂对胶凝材料净浆的流动性能的影响。胶凝材料的净浆流动度测试方法参照gb80770-2000《混凝土外加剂匀质性实验方法》的相关规定执行；胶凝材料净浆的水胶比均为0.35。表7为高效抗裂剂与相同的水化活性值200smgo膨胀材料、沸石粉及石蜡材料的性能对比。表7的试验结果表明，本发明制备的镁质、控温控湿高效抗裂剂可有效改善掺镁质膨胀材料的水泥净浆的初始流动度，而且能够显著提升水泥净浆60min后的流动性保持能力。采用简单的氧化镁膨胀组分、沸石粉与石蜡复配的方式，不能改善氧化镁膨胀材料对水泥净浆流动度的影响。(三)水泥混凝土用镁质高效抗裂剂的膨胀性能测试依据标准cbmf19-2017《混凝土用氧化镁膨胀剂》试验方法，对上述制备的高效抗裂剂、相同的沸石粉材料和相同的200smgo膨胀材料进行了水养条件下的砂浆限制膨胀率测试。表8为样品与选用的沸石粉材料、200smgo膨胀组分的砂浆限制膨胀率(单位：％)表8测试结果表明，沸石粉不具有补偿收缩、产生膨胀的作用；采用上述工艺制备的镁质高效抗裂剂提升了镁质膨胀材料的膨胀性能。当前第1页12