一种膨胀混凝土及其低碱高效混凝土膨胀剂

摘要

本发明提供了一种膨胀混凝土及其低碱高效混凝土膨胀剂,膨胀混凝土是由水泥10～20%、砂子20～40%、石子30～60%,外加水泥重量6～10%的膨胀剂组成,所说膨胀混凝土为补偿收缩混凝土或大膨胀接缝混凝土其特征是由经700℃－1100℃煅烧的焦宝石20－40%、硫酸铝5－20%和硬石膏40－60%共同粉磨而成,该膨胀剂的优点是膨胀率高,掺量低,碱含量低,存放时间长,不受气候条件影响,增强高强、耐酸、耐碱、成本低,工艺简单,需水量少,有利于泵送混凝土的坍落度保持,易于生产实施。

说明书

本发明属于混凝土及其外加剂技术领域。

目前现有的膨胀混凝土存在着膨胀率低、含碱量大、膨胀剂用量大，混凝土的温差较大，碱集料反应大，不能满足收缩补偿混凝土和大膨胀混凝土的工程要求。

国内外现有的混凝土膨胀剂品种较多，主要都是以硫铝酸钙水泥熟料，硅铝酸盐、水泥熟料，明矾石熟料，石灰系熟料，均有不足之处，能耗高、技术要求高，成本高、生产困难，有的不利用于饮水工程，作为主要成份，引入的碱含量高，不利于抑制混凝土碱-集料反应。更为严重的作为膨胀剂主要原料，这一商品，不能满足一定的有效时间和气候条件限制，存放变质，给工程带来了隐患。水化热高不时会出现早期裂缝和水泥的水化高峰同时出现，也是给混凝土体积稳定性，带来不利影响条件。掺量加大更会增加以上矛盾。本低碱高效膨胀剂，在10％以下掺量均可达到补偿收缩混凝土结构防水，并能有效降低混凝土的温差，抑制碱-集料反应。

本发明的目的是提供一种膨胀率较高，低碱、低掺量、原材料来源易得、其生产工艺简单、易于实施、成本较低的高效膨胀剂，以及一种补偿收缩混凝土或大膨胀接缝混凝土。

本发明的一个技术方案是提供一种膨胀混凝土，其特征在于原料重量配比为：水泥10～20份、砂子20～40份、石子30～60份，外加水泥重量6～10％的膨胀剂，所说膨胀混凝土为补偿收缩混凝土或大膨胀接缝混凝土，所说膨胀剂是由经700℃-1100℃煅烧的焦宝石、硫酸铝和硬石膏经过共同粉磨而成，且原料重量配比为煅烧的焦宝石20-40％、硫酸铝5-20％和硬石膏40-60％。

本发明的另一个技术方案是提供一种低碱高效混凝土膨胀剂，其特征在于由经700℃-1100℃煅烧的焦宝石20-40％、硫酸铝5-20％和硬石膏40-60共同粉磨而成，一般比表面积大于2500cm²/g即可，原材料易得，工艺简单，成本低。

本发明的化学反应式反应机理如下：

该膨胀剂加入混凝土中，膨胀剂中的活性Al₂O₃将与水泥水化产物Ca(OH)₂作用，形成水化铝酸三钙，然后与石膏作用生成有早强与致密作用的膨胀组份水化硫铝三钙(钙矾石)，这种产物还对水泥石有增强作用，因为它取代了较多量的Ca(OH)₂有关方程式如下：

             (1)

    (2)

该膨胀剂中的氧化硅将与水泥水化得到的Ca(OH)₂作用形成水泥硅酸钙，它对混凝土的后期强度有增强作用，其反应方程式为：

           (3)

可以认定，掺该膨胀剂的混凝土，早期强度主要由水化硅酸三钙、钙矾石提供，后期强度主要由水泥中的硅酸三钙与膨胀剂中带入的SiO₂水化得到的水化硅酸钙提供。

本发明由于采用了新的原料及其配比来生产膨胀剂，和膨胀混凝土，其具有显著的特点和意想不到的效果，具体如下。

表1是本发明膨胀剂所使用的原料及其制成的膨胀剂的化学成份比例。

表2是本发明的实施例1-3的原料配比。

表3是本发明实施例1-3的膨胀剂的性能。

表4是本发明的膨胀剂与现有技术比较的检测报告。

表5是本发明与现有技术的膨胀剂碱含量的比较。

表6是在不同混凝土中掺入本发明膨胀剂的性能比较。

表7是由本发明膨胀剂得到膨胀混凝土的酸碱试验。

本发明的优点是显著的。

1．本膨胀剂不用各种水泥熟料，生石灰、明矾石，改变了现有膨胀剂，在一定时间存放的限制，不因气候干湿结块变质。

该产品在结块之后性能不变，加工磨细后，可继续使用，不浪费资源，不污染环境，有利于生态环境保护。

2．原材料易得，直接用矿产品焦宝石煅烧，不加任何原料，不和水泥、石灰争原料，工艺简单，成本大大的降低，社会经济效益大。

3．由于该膨胀剂开拓新的原料、质量有保证，掺量小、低碱、有利于抑制碱-集料反应。

4．低碱高效膨胀剂，可以制造高致密，高强混凝土，保证了混凝土耐久、耐酸、耐碱，作为抗硫酸盐混凝土是较为理想的。

5．改变了现有的膨胀剂需水量大，降低水化热，推迟水泥水化高峰，有利于泵送混凝土和大流动混凝土，适用于搅拌站，改变了现有的膨胀剂水化热高的缺点。

6．按日本JISA6202-1980或中国JC476-92混凝土膨胀标准检验，产品均高于规定标准，也高于现有的产品性能，与其膨胀率、强度、抗拉、抗折强度一样，掺量就可以减少。

7．使用该膨胀剂6-8％可制备实偿收缩混凝土，8-10％可制备大膨胀剂缝混凝土，可形成0.2-0.1MPa自应力值，收到抗裂防渗之效果。填补了中国膨胀剂低碱、低掺量的空白。

对比例：一种膨胀混凝土，分别由不同所水泥：普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、矾土水泥、粉煤灰水泥等18份、砂子28份、石子54份，外加水泥重量的8％本发明的膨胀剂，经搅拌混合而成，其性能比较见表6。

实施例1：制备一种膨胀剂，原料配比为经800℃煅烧的焦宝石40％、硫酸铝10％和硬石膏50％，将它们固体粉磨成细度为2500cm²/g即可。

实施例2：制备一种膨胀剂，原料配比为经800℃煅烧的焦宝石35％、硫酸铝5％和硬石膏60％，将它们固体粉磨成细度为2500cm²/g即可。

实施例3：制备一种膨胀剂，原料配比为经800℃煅烧的焦宝石30％、硫酸铝15％和硬石膏55％，将它们固体粉磨成细度为2500cm²/g即可。

实施例4：一种补偿收缩混凝土，是由水泥10份、砂子20份、石子30份，外加水泥重量的6％膨胀剂，经搅拌混合而成，其中膨胀剂用实施例1中的膨胀剂。

实施例5：一种大膨胀接缝混凝土，是由水泥20份、砂子30份、石子40份，外加水泥重量的10％膨胀剂，经搅拌混合而成，其中膨胀剂用实施例2中的膨胀剂。

实施例6：一种膨胀混凝土，是由水泥15份、砂子25份、石子55份，外加水泥重量的8％膨胀剂，经搅拌混合而成，其中膨胀剂用实施例3中的膨胀剂。

化学成份表    表1

项别    SiO₂    Al₂O₃    Fe₂O₃ TIO₂    CaO    SO₃    MgO LOSS配比％焦宝石    51.46    41.54    1.68  -    0.72    -    0.93    0.92    40硬石膏    1.79    0.37    0.14  -    39.6    54.76    0.79    -    50硫酸铝    1.2  -    8.28    0.02    10膨胀剂    53.25    43.11    1.82  -    40.32    63.04    1.72    0.94    100

组份配比    表2

    实施例编号    组分配比％    焦宝石    硬石膏    硫酸铝    实施例1    40    50    10    实施例2    35    60    5    实施例3    30    55    15

本发明膨胀剂的性能    表3

实施例号替代水泥率％    项别    3d    7d 14d 28d 42d 180d 360d    备注    01    8限制膨胀率％抗折强度MP抗压强度MPa  0.034 0.062   5.9  39.2 0.049 6.8 49.5 0.077 8.0 53.8 0.088 8.05 61.5 0.107 8.1 64.7 0.709 8.5 66.2    水养    02    8限制膨胀率％抗折强度Mpa抗压强度MPa  0.027    3.9   19.8 0.053   5.1  32.3 0.079 6.5 41.2 0.092 8.1 49.7 0.100 9.0 63.0 0.105 9.8 68.4 0.130 8.4 68.7    水养    03    8限制膨胀率％抗折强度MPa抗压强度MPa 0.034   6.6  37.5 0.044 7.0 45.0 0.060 7.3 50.6 0.120 8.5 62.5 0.130 9.6 69.7 0.135 9.7 69.8    水养

本发明膨胀剂与现有技术相比的检测报告    表4

    名    称JC476-92标准规定值    AEA    UEA    CEA本发明膨胀剂    含水率％    5.0    2.1    1.8    2.1    2    氧化镁％    5.0    1.25    2.1    1.1    1.8细度水筛法％≤    10.0    8.6    8.3    8.8    82凝结时间初凝(min)≥    45    1.50    1.6    16.5    108    终凝(h)≤    10.0    3.50    2.41    3.40    2.50限制膨胀率％水中14d等品≥    0.04    0.056    0.051    0.051    0.057    合格品≥    0.02空气中28≥    -0.02    0.008    0.007    0.007    0.008抗压强度MPa    7d    30.0    44.8    41.0    43.2    44.5    28d≥    47.0    56.2    63.2    54.8    64.5抗折强度    MPa    7d≥    5.0    6.7    6.2    6.8    7.5    28d    6.8    8.8    9.2    8.6    9.8    掺量(为水泥重量的百分比)    12    12    12    8

碱含量对比表    表5

序号膨胀剂名称    主要组成碱含量％生产国No.1CSA膨胀剂硫铝酸熟料1.9～2.1日本No.2UEA膨胀剂硫铝酸钙熟料、硬石膏、明矾石1.0～1.5中国No.3U-Ⅱ膨胀剂天然明矾石、煅烧明矾石、硬石膏1.7～2.0中国No.4硫铝酸盐膨胀硫铝酸钙熟料硬石膏、明矾石1.0～1.5中国No.5硫铝剂酸钙膨胀剂粉煤灰、氟石膏1.2～1.4中国No.6铝酸钙膨胀剂铝酸钙熟料、硬石膏、明矾石0.71～1.0中国No.7明矾石膨胀剂明矾石、石膏2.5～3.0中国No.8U-Ⅲ膨胀剂硅铝酸盐熟料、明矾石、硬石膏0.9～1.2中国No.9石灰系膨胀剂石灰系熟料1.2～1.4中国No.10本发明高效膨胀剂焦宝石，硬石膏，硫酸铝0.4～0.6中国

在不同混凝土中掺入本发明膨胀剂的性能比较    表6

混凝土中所用水泥品种掺入本发明膨胀剂％强度增长率抗收缩开裂性放热速度    耐化学侵蚀性硫酸盐弱酸海水普通硅酸盐水    泥    0中等中等中等低低低    8高很高较低高高高矿渣水泥    0中等中等中等中低低    8高很高较低高高高火山灰水泥    0低低低高高中    8高很高较低高高高矾土水泥    0很高低很高很高高    8高很高较低高高高粉煤灰水泥    0低低低高高中    8高很高较低高高高

本发明的膨胀混凝土的酸碱试验    表7

序号水泥用量(kg/m³)水灰比膨胀剂掺量％侵蚀介质    抗压强度(MPa)28d 90d 180d 14 27 1 380 0.50    8    水中54.8 61.3 64.3 75.0 76.2 2 380 0.50    8 0.02N硫酸54.8 57.9 66.2 66.4 68.5 3 380 0.50    8    0.05碱54.8 63.0 66.7 74.5 75.5