高效混凝土膨胀剂及其制法

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本发明属于混凝土的填料组份或混凝土外加剂技术领域。\n国内外现有的混凝土膨胀剂品种较多，主要如表1所列。这些 膨胀剂均存在不足之处。例如，NO1及NO2使用优质矾土煅烧 而成的含大量fcao的硫铝酸钙熟料，能耗高、成本高，回转窑 烧制技术尚不成熟；而NO5使用石膏废渣，不宜用于饮水工程； 除NO.1及NO.2外，均掺入10％以上的明矾石作主要组份， 引入的碱含量在0.7％以上，不利于抑制混凝土碱-骨料反应； 各膨胀剂均需依赖硅酸盐水泥水化产物Ca(OH)2的参与才能 形成足够的钙矾石，因此，膨胀速度缓慢、低效，往往需要增加膨 胀剂用量才可起到补偿收缩作用。NO9及NO10以Ca(OH)2为膨胀源，不宜用于水工工程。\n本发明的任务是提供一种膨胀速度较快、膨胀率较高、高效、 低碱含量及中期又具有微小膨胀的混凝土膨胀剂，其生产工艺简单、 易于实施、成本较低。\n本发明是这样实现的：一种高效混凝土膨胀剂及其制法，其特 征在于，由20-40％的硫铝酸盐水泥熟料或15-35％的铝 酸钙熟料，35-60％的硬石膏或经400-500℃脱水处理 的二水石膏，5-20％的生石灰，5-10％的天然明矾石共同 粉磨而成，一般比表面积大于250m2/kg即可。上述的硫铝 酸盐水泥熟料用市售的用回转窑或立窑煅烧制成的，因此其成本较 低。\n本发明的反应机理用以下化学反应式表示：\nC4A3S+2CaSO4+38H＝C3A・3CaSO4・H32+2AH3 …①\nAH3+3CaO+3CaSO4+29H＝C3A・3CaSO4・H32   …②\n2KAL3(SO4)2・(OH)6+13CaO+5CaSO4+91H＝3C3A・3CaSO4・H32 +2KOH                                             …③\n式②及式③表明，形成钙矾石C3A·3CaSO4·H32所需要的CaO，主要由膨胀剂自身含有的生石灰提供，基本上不 再依赖C3S及C2S的水化产物Ca(OH)2。由硫铝酸盐水 泥熟料提供的Al2O3，能在较短令期大部或全部形成钙矾石， 由明矾石提供的Al2O3则在中期形成钙矾石；由于加入的生石 灰低于形成钙矾石所需的理论量，所以CaO既不是膨胀源，也不 会导致安定性不良。\n本发明的优点是明显的：\n(1)由于该膨胀剂自身已经含有形成钙矾石所必需的CaO， 膨胀功能在早期即可得到较高的利用。\n(2)由于形成钙矾石基本上不再消耗C3S及C2S的水化 产物Ca(OH)2，利于保持硅酸盐水泥，特别是矿渣水泥、火 山灰水泥、粉煤灰水泥的碱度，对于减小混凝土强度损失，防止钢 筋锈蚀具有重要意义。\n(3)由于该膨胀剂自身仅含10％以下的明矾石，在保证中 期产生的微小膨胀的同时使K2O+Na2O＜0.5％，利于抑 制混凝土碱-骨料反应。\n(4)由于制造该膨胀剂仅用粉磨设备，不用煅烧，故工艺简 单，易于实施；由于可用商品原料：硫铝酸盐水泥熟料，故使成本 大大降低。\n(5)和与该膨胀剂相近的表1所列NO1、NO2相比，由 于用价格低廉的生石灰及市售硫铝酸盐水泥熟料，等效取代了技术 难度大、台时产量低、能耗高、污染重的特制硫铝酸钙熟料，使膨 胀剂生产成本降低50-60元/t以上。\n(6)按日本J1S A6202-1980或中国JC47 6-92混凝土膨胀剂标准检验，产品性能达到和高于标准规定的 水平。尤其膨胀率较高，用量较少。\n(7)使用该膨胀剂6-10％等量取代水泥可制备补偿收缩 混凝土、11-13％等量取代水泥可制备大膨胀接缝混凝土，可 形成0.2-0.1MPa的自应力值，收到抗裂防渗之效果，18 -23％等量取代水泥可制备自应力混凝土，用量少、运费低、工 程投资省。\n表2是生产实施例。表3列出了实施例所用原材料及膨胀 剂化学成份、膨胀剂配比；表4列出了在不同养护条件下的膨胀剂 标准检验性能，膨胀剂比表面积400m/kg，初凝时间1：3 0，终凝时间2：20；’表5列出了用该膨胀剂配制的C28、 S6混凝土测定数据。\n表1 序号   膨胀剂名称     主要组成 碱含量％   生产国 NO1   CSA膨胀剂 硫铝酸钙熟料   日本 NO2   优型膨胀剂 硫铝酸钙熟料， 硬石膏，明矾石 1.0-1.5   中国 NO3   U-II膨胀剂 天然明矾石，煅 烧明矾石，硬石 膏 1.7-2.0   中国 NO4   硫铝酸盐膨   胀剂 硫铝酸钙熟料， 硬石膏，明矾石 1.0-1.5   中国 NO5   硫铝酸钙膨   胀剂 粉煤灰，氟石膏   中国 NO6   铝酸钙膨胀   剂 铝酸钙熟料， 硬石膏，明矾石 0.71   中国 NO7   明矾石膨胀   剂 明矾石，石膏 2.5-3.0   中国 NO8   U-III膨胀剂 硅铝酸盐熟料， 明矾石，硬石膏 0.9   中国 NO9   石灰系膨胀   剂 石灰系熟料   中国 NO10   复合膨胀剂 石灰系熟料，明 矾石 0.4-0.6   中国 备注：表1所用参考文献如下：\n(1)建筑技术，1978、NO147，日本。\n(2)中国专利，CN85107101A。\n(3)中国专利，88102924.6。\n(4)中国专利，89108124.0。\n(5)中国专利，91110609.X。\n(6)中国专利，92105187.5。\n(7)复合膨胀剂技术鉴定证书，1987。\n(8)明矾石膨胀剂技术鉴定证书，1980。\n(9)游宝坤等，《膨胀剂与碱-集料反应》，1992。\n表2：   成份     ％ 例 组份配比(％) 硫铝酸盐水泥熟料 硬石膏 天然明矾石 生石灰 制法 实施例1     30            50     10         10 共同 粉磨 表面 积大于 250m/kg 实施例2     25            60     7          8 实施例3     35            45     8          12\n表3 项别 LoSS SiO2 AL2O3   Fe2O3  TiO2  CaO MgO 硫铝酸盐 水泥熟料 10.13 32.30   2.50  1.26 43.34 1.12 硬石膏 9.86 1.29 0.18   0.03 37.68 1.58 明矾石 7.04 结晶水 55.13 16.34   1.67  0.58 0.36 0.01 生石灰 9.03 2.23 0.86   0.23 84.38 2.89 膨胀剂 6.58 9.22 11.42   0.96  0.44 40.32 1.42\n表3续 项别     SO3  K2O  Na2O   ∑ 配比％ 硫铝酸盐 水泥熟料     9.25  99.90   30.0 硬石膏     49.05  99.67   50.0 明矾石     14.70  3.89  0.41  99.72   10.0 生石灰  99.62   10.0 膨胀剂     28.78  0.39  0.04  99.87\n表4 NO 替代水 泥率％   项别   3d   7d 14d   28d  42d 01   12.0   限制膨胀率％   抗折强度MPa   抗压强度MPa   0.034   0.062   5.9   39.2 0.088 6.8 49.5   0.077   8.0   53.8  0.049 02   10.0   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   0.092   8.1   49.7 03   0.8   限制膨胀率％   抗折强度MPa   抗压强度MPa   0.034   6.6   37.5 0.044   7.3   50.6  0.012\n续表4   NO 替代水 泥率％   项别     180d   360d   备注   01  12.0 限制膨胀率％ 抗折强度MPa 抗压强度MPa     0.107     8.1     64.7  14d出水  42d回水   02  10.0 限制膨胀率％ 抗折强度MPa 抗压强度MPa   0.130   8.4   68.7   水养   03  0.8 限制膨胀率％ 抗折强度MPa 抗压强度MPa   14d出水\n表5     项别   3d    7d    14d    28d    360d   备注 限制膨胀率％   0.011    0.014    0.018    0.033    0.045   取代水泥   率10％ 抗压强度MPa    27.9    33.1    35.3    49.9

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