补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂及其制备方法技术

本发明专利技术的补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂，由质量百分比为0.1～20％的改性剂与80～99.9％的氧化钙类膨胀剂混合球磨制得；氧化钙类膨胀剂为含有游离氧化钙的膨胀剂，并且游离氧化钙作为发挥膨胀作用的一个稳定膨胀源；改性剂由以下一种或多种物质组成：硫酸钠或其结晶水合物、硫酸铵或其结晶水合物、硫酸氢铵或其结晶水合物、亚硫酸钠或其结晶水合物、亚硫酸铵或其结晶水合物。本发明专利技术的改性膨胀剂可以降低膨胀剂的早期水化速率，减少其在混凝土塑性阶段膨胀能损失，提高膨胀率，同时减小膨胀剂对混凝土温升的贡献度，还可以避免影响混凝土凝结时间，且不会降低混凝土的坍落度以及扩展度。本发明专利技术的制备方法简单，可批量生产，且不使用有毒等危险品做原料。

Modified calcium oxide expansive agent for compensating shrinkage concrete and preparation method thereof

The modified calcium oxide expansive agent for shrinkage compensating concrete is prepared by ball milling with 0.1-20% modifier and 80-99.9% calcium oxide expansive agent; the calcium oxide expansive agent is an expansive agent containing free calcium oxide, and the free calcium oxide is a stable expansive source for expansive effect. The modifier consists of sodium sulfate or its crystalline hydrate, ammonium sulfate or its crystalline hydrate, ammonium bisulfate or its crystalline hydrate, sodium sulfite or its crystalline hydrate, ammonium sulfite or its crystalline hydrate. The modified expansive agent can reduce the early hydration rate of expansive agent, reduce the loss of expansive energy in the plastic stage of concrete, increase the expansive rate, reduce the contribution of expansive agent to the temperature rise of concrete, avoid affecting the setting time of concrete, and do not reduce the slump and expansibility of concrete. The preparation method of the invention is simple, and can be produced in batches without using toxic and other dangerous goods as raw materials.

【技术实现步骤摘要】
补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂及其制备方法
本专利技术涉及建筑材料领域，具体地，本专利技术提供了一种补偿收缩混凝土用早期水化速率低、限制膨胀率高的改性氧化钙类膨胀剂的制备方法。
技术介绍
混凝土早期的体积变化是引起混凝土开裂的重要因素，主要包括胶凝材料的化学减缩、自生收缩、干燥收缩和降温收缩。其中减小混凝土降温收缩是最常见的控制混凝土开裂的方式，如加入惰性掺合料、采用冷却水搅拌、降低原材料的温度、降低胶凝材料的反应活性等。而对于补偿收缩混凝土使用的氧化钙类膨胀剂在水化过程中水化速率过快，在短时间内会产生大量的热量，会导致混凝土温度更高，会增加因混凝土降温收缩而引起的开裂风险，并且会降低氧化钙类膨胀剂的有效膨胀能。所以降低氧化钙类膨胀剂的早期水化速率有利于降低氧化钙类膨胀剂对混凝土温度的贡献度，且提高其有效膨胀能。根据能量守恒定律，氧化钙类膨胀剂在水化过程中所产生的热量是一定的。为降低氧化钙类膨胀剂对混凝土温升的贡献度，需要尽可能的降低水化速率，延长水化周期，从而减少放热集中，并能提高有效膨胀能。目前市场上，大部分高性能混凝土膨胀剂以石灰石为主要原材料进行煅烧，得到以游离氧化钙为稳定膨胀源的氧化钙类膨胀剂。但这类膨胀剂早期水化速率快，使得大部分膨胀能在混凝土塑性阶段就消耗了，在有效膨胀窗口内补偿收缩能力不足，达不到预期补偿收缩的效果；且此类膨胀剂中游离氧化钙集中放热会增加混凝土温升，使混凝土温度开裂风险加大；最后，此类膨胀剂还存在防潮能力差、保质期短等问题。因此，针对以上问题，急需对氧化钙类膨胀剂进行优化。现有技术混凝土的膨胀剂或改性膨胀剂大多会影响混凝土的凝结时间，且会降低混凝土的坍落度以及扩展度，不利于混凝土施工。中国专利CN103964722A公开了一种提高限制条件下混凝土膨胀剂效能的化学外加剂，该专利提到采用外加剂磷酸钠盐能够提高混凝土限制膨胀率，但磷酸钠盐对混凝土胶凝体系有缓凝的作用，而该专利没有提供对于混凝土凝结时间影响的相关数据。中国专利CN103435317A一种早期抑制温升后期促进水化的复合膨胀剂。所述复合膨胀剂是由氧化钙、硫铝酸盐水泥熟料、硬石膏、氧化镁、硼酸、硫酸锌和ICA组成，各组分的质量百分比为：氧化钙10～30％，硫铝酸盐水泥熟料28～43％，硬石膏25～40％，氧化镁5～15％，硼酸0.3～0.5％，硫酸锌1～1.5％，ICA0.2～0.5％。该专利中加入硼酸和硫酸锌等物质能够延缓膨胀剂水化早期的反应速率，削弱水化放热的峰值，推迟放热峰的出现时间，与ICA共同降低水化温升的作用。但是该专利中的复合膨胀剂的制备方法复杂不利于规模化生产。中国专利CN104671689A公开了一种改性氧化钙膨胀熟料、其制备方法及其应用，其中提到利用二氧化硫气体或硫酸与膨胀剂反应，得到改性氧化钙类膨胀熟料。该专利技术所采用的机理，也是硫酸钙附着在氧化钙类膨胀剂表面达到改善其膨胀性能和防潮性能的效果。使用二氧化硫与氧化钙类膨胀剂反应的速率不方便控制，且膨胀熟料粉体需要平铺在反应容器中才能保证与二氧化硫充分接触，不利于规模化生产改性的膨胀剂，在保温炉中加热反应时容易使氧化钙膨胀粉体形成团聚，使其比表面积下降，影响其活性。使用硫酸浸渍法时也不方便控制反应速率，还需要加入溶剂，后期还需要过滤干燥除溶剂；在浸渍和干燥过程中氧化钙膨胀粉体都容易团聚，加入硫酸过快还容易产生温度过高，不仅影响反应速度，也影响其后期的膨胀性能。并且二氧化硫气体和硫酸均存在毒性和强腐蚀性，存在极大的安全风险，不利于规模化推广。以上所述的专利技术都在积极探索对膨胀剂改性，使其达到更优的性能以服务于混凝土补偿收缩。但各种方法同时存在其局限性，需要研究更好的方法来提高氧化钙类膨胀剂的性能。
技术实现思路
针对以上技术的不足，本专利技术旨在提供补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂及其制备方法，本专利技术的改性氧化钙类膨胀剂不仅可以降低氧化钙类膨胀剂的早期水化速率，减少其在混凝土塑性阶段膨胀能损失，提高氧化钙类膨胀剂的膨胀率，同时减小氧化钙类膨胀剂对混凝土温升的贡献度，还可以避免影响混凝土凝结时间，且不会降低混凝土的坍落度以及扩展度。本专利技术的制备方法简单，可以批量生产，且不使用有毒或强腐蚀性原料。本专利技术的补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂，由质量百分比为0.1～20％的改性剂与80～99.9％的氧化钙类膨胀剂混合球磨制得；所述氧化钙类膨胀剂为含有游离氧化钙的膨胀剂，并且游离氧化钙作为发挥膨胀作用的一个稳定膨胀源；所述改性剂由以下一种或多种物质组成：硫酸钠或其结晶水合物、硫酸铵或其结晶水合物、硫酸氢铵或其结晶水合物、亚硫酸钠或其结晶水合物、亚硫酸铵或其结晶水合物。补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂的制备方法如下：将改性剂与氧化钙类膨胀剂一起放入球磨机中，球磨30～60min，在机械力和磨球产生的热量共同作用下，改性剂与氧化钙类膨胀剂颗粒表面的氧化钙反应，并在其表面生成难以溶解于水的硫酸钙或者亚硫酸钙，过80μm方孔筛，制得补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂。本专利技术的改性氧化钙类膨胀剂的制备方法简单实用。采用直接球磨的方式，在机械力和磨球产生的热量共同作用下，改性剂与氧化钙类膨胀剂颗粒表面的氧化钙固相反应，球磨过程中不仅可以防止氧化钙性膨胀剂颗粒之间形成团聚，保证改性氧化钙性膨胀剂的活性，而且可以使氧化钙与改性剂充分混合，有利于氧化钙表面与改性剂并生成难溶于水的物质(如硫酸钙、亚硫酸钙)，附着在膨胀剂颗粒表面。由于游离氧化钙与水隔绝，可以降低氧化钙类膨胀剂在混凝土塑性阶段的损失，减小其水化反应速率，随着硫酸钙、亚硫酸钙在混凝土胶凝材料体系中的反应溶解，内部的游离氧化钙遇水反应产生有效体积膨胀，最终提高混凝土膨胀率。本专利技术的改性剂可以为硫酸钠或其结晶水合物、硫酸铵或其结晶水合物、硫酸氢铵或其结晶水合物、亚硫酸钠或其结晶水合物、亚硫酸铵或其结晶水合物的任何一种，或者几种以任何比例混合；相较于有专利提到的二氧化硫或硫酸改性剂而言，无毒、无腐蚀性，便于安全生产，可以批量化生产，其在球磨过程中反应速率可控，可形成表面均匀致密比表面积大、活性较高的改性氧化钙膨胀剂。本专利技术制得的改性氧化钙类膨胀剂由于改性后在其表面形成一层致密的硫酸钙或亚硫酸钙难溶于水的沉积物，可以提高氧化钙类膨胀剂防潮能力。在一定程度上可以增大混凝土的流动性、塌落度，对混凝土的凝结时间影响小，更有利于混凝土的施工。优选地，所述氧化钙类膨胀剂的比表面积为150～400m2/kg，其中游离氧化钙(f-CaO)含量为20～85wt％。本方案优选的氧化钙类膨胀剂可以更快地与改性剂反应，制得活性较高的改性氧化钙类膨胀剂，使其膨胀率更高。优选地，由质量百分比为1～10％的改性剂与90～99％的氧化钙类膨胀剂混合球磨制得。所述比例的改性剂和氧化钙类膨胀剂既可以保证两者更好的混合反应，也可以保证改性的氧化钙类膨胀剂的膨胀率高，对混凝土的胶凝时间影响较小，可一定程度提高其坍落度和扩展度，更有利于混凝土施工。优选地，所述改性剂由质量比为0.5～2:1的硫酸钠和硫酸氢铵组成。优选比例的硫酸铵和硫酸氢铵用于改性氧化钙类膨胀剂，可以反应速率更合适，更有利于氧化钙表面形成均匀致密的硫酸钙；提高氧化钙类膨胀剂防潮能力。更优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂，其特征在于，由质量百分比为0.1～20％的改性剂与80～99.9％的氧化钙类膨胀剂混合球磨制得；所述氧化钙类膨胀剂为含有游离氧化钙的膨胀剂，并且游离氧化钙作为发挥膨胀作用的一个稳定膨胀源；所述改性剂由以下一种或多种物质组成：硫酸钠或其结晶水合物、硫酸铵或其结晶水合物、硫酸氢铵或其结晶水合物、亚硫酸钠或其结晶水合物、亚硫酸铵或其结晶水合物。

【技术特征摘要】
1.补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂，其特征在于，由质量百分比为0.1～20％的改性剂与80～99.9％的氧化钙类膨胀剂混合球磨制得；所述氧化钙类膨胀剂为含有游离氧化钙的膨胀剂，并且游离氧化钙作为发挥膨胀作用的一个稳定膨胀源；所述改性剂由以下一种或多种物质组成：硫酸钠或其结晶水合物、硫酸铵或其结晶水合物、硫酸氢铵或其结晶水合物、亚硫酸钠或其结晶水合物、亚硫酸铵或其结晶水合物。2.根据权利要求1所述的补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂，其特征在于，所述氧化钙类膨胀剂的比表面积为150～400m2/kg，其中游离氧化钙(f-CaO)含量为20～85wt％。3.根据权利要求1所述的补偿收缩混凝土用改性氧化钙类膨胀剂，其特征在于，由质量百分比为1～10％的改性剂与90～99％的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周清松，张晓果，
申请(专利权)人：海南胜凯建材有限公司，
类型：发明
国别省市：海南,46