适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于建筑领域，具体涉及一种适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂及其制备方法。所述高效复合膨胀剂各组分按质量百分比计为：轻烧氧化镁22％～40％，活性氧化钙12％～25％，煅烧白云石6％～14％，硫铝酸盐水泥熟料18％～30％，天然石膏12％～18％和改性海泡石粉2％～6％。本发明专利技术通过不同组分水化膨胀特性的设计，制备得到膨胀性能与高强混凝土强度协调发展，膨胀效能高、水化需水少、膨胀开始时间早，膨胀性能稳定的高效复合膨胀剂，并通过引入养护材料，解决钢管封闭条件下养护困难，膨胀剂和混凝土水化需水难以供给的问题，适用于钢管封闭条件下的高强自应力混凝土的配制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑领域，具体涉及一种适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂及其制备方法。
技术介绍
钢管混凝土由于其独特的组合式结构优势，逐渐被广泛运用于建筑领域，随着建筑结构逐渐向超高层、大跨度方向发展，更高强度等级的钢管混凝土也应运而生。为了充分发挥高强混凝土与钢管结合构件的力学优势，在混凝土中掺入膨胀剂，配制高强自应力钢管混凝土，可达到与钢管紧密集合，防止脱粘、脱空，提高承载力的目的。而目前各种钢管混凝土膨胀剂并不能满足高强自应力钢管混凝土的性能要求，存在诸多问题：(1)随着钢管混凝土向高强、大管径发展，使混凝土的收缩增大，因而需要更高膨胀效能的高效膨胀剂，才能达到补偿混凝土收缩，预防钢管的脱空、脱粘，提高承载力的目的；(2)目前运用较多的硫铝酸盐类、氧化钙类及复合膨胀剂的早期水化和膨胀速度较快，但长龄期膨胀性能不稳定，后期收缩增大，不能补偿混凝土后期收缩；(3)普通膨胀剂的膨胀量不可控，难以实现膨胀性能与强度的协调发展，高强混凝土由于强度发展较快，要求膨胀反应开始时间较早且前期膨胀能较大，后期膨胀性能稳定保证构件不脱粘，力学性能稳定；(4)膨胀剂水化需水大，而高强混凝土用水量低，收缩大，因而膨胀剂的水化反应易受用水低的影响而难以实现较高的膨胀效能；(5)处于钢管的封闭条件下，混凝土养护困难，难以提供混凝土和膨胀剂水化所需的水分供给，因而，养护技术也成为制约高强自应力混凝土膨胀性能的关键。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，目的在于提供一种适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂及其制备方法。r>为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂，各组分按质量百分比计为：轻烧氧化镁22％～40％，活性氧化钙12％～25％，煅烧白云石6％～14％，硫铝酸盐水泥熟料18％～30％，天然石膏12％～18％和改性海泡石粉2％～6％。按上述方案，所述轻烧氧化镁为多孔表面结构，是由菱镁矿经煅烧后置于空气下快速冷却制备而成，所述煅烧为：将菱镁矿置于温度650℃～850℃条件下保温2h。按上述方案，所述活性氧化钙由石灰石煅烧制备而成，煅烧的温度为1100℃～1250℃，时间为2h，煅烧结束后活性氧化钙的含量为70wt％～85wt％。按上述方案，所述煅烧白云石由白云石破碎后煅烧制备，所述煅烧为：在100min内升温至650℃～850℃保温1h，继续升温至1050℃～1200℃保温1h。按上述方案，所述改性海泡石粉是采用无机盐溶液改性所得，其比表面积大于4750m2.kg-1。按上述方案，所述无机盐溶液为氯化钙溶液。按上述方案，所述氯化钙溶液的质量分数为15％～20％。上述适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取轻烧氧化镁，活性氧化钙，煅烧白云石，硫铝酸盐水泥熟料，天然石膏和改性海泡石粉；(2)首先将硫铝酸盐水泥熟料和天然石膏粉磨40min～50min，然后加入煅烧白云石、轻烧氧化镁、活性氧化钙继续粉磨20～30min，至平均粒径为6μm～10μm，比表面积为350m2/kg～385m2/kg，最后掺入改性海泡石粉混匀即得到适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂。本专利技术中，轻烧氧化镁是由菱镁矿煅烧制备，其中菱镁矿中碳酸镁的质量分数为80％～95％，通过低温煅烧、延长保温时间和快速降温，使碳酸镁分解充分并提高其活性，煅烧结束后轻烧氧化镁的质量分数为75％～90％，其在21d空气中养护砂浆的限制膨胀率可以达到0.25％。活性氧化钙由石灰石煅烧制备，煅烧后活性氧化钙的质量分数为70％～85％，活性氧化钙水化速率快，膨胀反应主要发生在前期。煅烧白云石的主要物质组成为氧化钙、过烧氧化镁、过烧固溶体相，需水量少，主要膨胀反应发生在后期，用于补偿混凝土后期收缩，保证膨胀剂膨胀性能的稳定，其在21d空气中养护砂浆的限制膨胀率可以达到0.15％。硫铝酸盐水泥熟料的主要物质组成为硫铝酸钙和铝酸钙，硫铝酸盐水泥熟料和天然石膏的膨胀反应产物为钙矾石，反应主要发生在中期。改性海泡石粉是一种富镁纤维状硅酸盐矿物，内部 微孔多，比表面积可达4750m2.kg-1，采用无机盐溶液改性海泡石粉，特别是质量分数为15％～20％的氯化钙溶液，可显著提高海泡石粉的吸湿容量、改善放湿特性，起到调节混凝土内部湿度和收缩的作用。海泡石晶体成束状纤维，纤维直径多为0.3μm左右，纤维长度多为10μm，改性海泡石粉具有更短的纤维尺寸，有利于分散和改善结构韧性。上述不同的膨胀组分，由于煅烧后物料的易磨性不尽相同，共同粉磨易出现过细粉磨、膨胀效能下降的问题，因而采用将难磨的硫铝酸盐水泥熟料和石膏先磨，煅烧石灰石粉、轻烧氧化镁和活性氧化钙后磨，改性海泡石粉最后掺入混匀的方法进行膨胀剂制备，并在密封干燥的环境下保存。该复合膨胀剂通过各组分不同水化膨胀特性的设计，得出膨胀性能与高强混凝土强度协调发展，膨胀效能高、水化需水少、膨胀开始时间早，膨胀性能稳定的高效复合膨胀剂。并通过引入养护材料，解决钢管封闭条件下养护困难，膨胀剂和混凝土水化需水难以供给的问题，适用于钢管封闭条件下的高强自应力混凝土的配制。本专利技术的有益效果如下：本专利技术为氧化镁-氧化钙-钙矾石多元复合膨胀剂，通过不同组分的水化膨胀特性的匹配，制备得到的膨胀剂具有膨胀效能高、膨胀开始时间早、长期膨胀性能稳定、水化需水少、自养护的优点；能解决高强自应力钢管混凝土中核心混凝土强度等级要求高、膨胀率值要求高且难以养护的问题，使钢管构件和核心高强混凝土紧密粘结、防止脱粘、脱空，提高构件整体承载力。附图说明图1为钢管混凝土中钢管和混凝土的受力分析图。图2为轻烧氧化镁经粉磨后颗粒的微观SEM照片。图3为改性海泡石粉微观SEM形貌。图4为混凝土自由膨胀率曲线。图5为应变片测点布置图。图6为C60自应力钢管混凝土的应力-应变测试。图7为C70高强自应力混凝土的自由膨胀率。图8为C70自应力钢管混凝土的应力-应变测试。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂，各组分按质量百分比计为：膨胀剂HEC-a(轻烧氧化镁30％，活性氧化钙17％，煅烧白云石12％，硫铝酸盐水泥熟料22％，天然石膏15％，改性海泡石粉4％)；膨胀剂HEC-b(轻烧氧化镁22％，活性氧化钙20％，煅烧白云石14％，硫铝酸盐水泥熟料30％，天然石膏12％，改性海泡石粉2％)；膨胀剂HEC-c(轻烧氧化镁40％，活性氧化钙12％，煅烧白云石6％，硫铝酸盐水泥熟料18％，天然石膏18％，改性海泡石粉6％)。上述轻烧氧化镁由菱镁矿经破碎、煅烧制备而成，首先将菱镁矿破碎至粒径为1cm～2cm，然后置于煅烧温度为650℃～850℃条件下保温2h，随后置于空气下快速冷却(室温2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂，其特征在于，各组分按质量百分比计为：轻烧氧化镁22％～40％，活性氧化钙12％～25％，煅烧白云石6％～14％，硫铝酸盐水泥熟料18％～30％，天然石膏12％～18％和改性海泡石粉2％～6％。

【技术特征摘要】
1.一种适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂，其特征在于，各组分按质量百分
比计为：轻烧氧化镁22％～40％，活性氧化钙12％～25％，煅烧白云石6％～14％，硫铝酸盐水
泥熟料18％～30％，天然石膏12％～18％和改性海泡石粉2％～6％。
2.根据权利要求1所述的适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂，其特征在于，
所述轻烧氧化镁为多孔表面结构，是由菱镁矿经煅烧后置于空气下快速冷却制备而成，所述
煅烧为：将菱镁矿置于温度650℃～850℃条件下保温2h。
3.根据权利要求1所述的适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂，其特征在于，
所述活性氧化钙由石灰石经煅烧制备而成，所述煅烧的温度为1100℃～1250℃，时间为2h。
4.根据权利要求1所述的适用于高强自应力钢管混凝土的高效复合膨胀剂，其特征在于，
所述煅烧白云石由白云石破碎后煅烧制备而成，所述煅烧为：在100min内升温至650℃～850℃
保温1...

【专利技术属性】
技术研发人员：髙育欣，贾丽莉，吴雄，黄义雄，程宝军，彭园，林家超，蒋佳宁，刘小琴，
申请(专利权)人：中国建筑股份有限公司，中建商品混凝土有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11