[发明专利]一种复合水泥膨胀剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合水泥膨胀剂，该膨胀剂应用于桥梁预应力管道灌浆、大面积混凝土、及水利设施等工程领域，能有效解决水泥或混凝土在塑性阶段和凝结硬化后的收缩和开裂难题。

背景技术

膨胀剂是一种具有巨大市场容量和发展前景的外加剂。普通水泥或混凝土由于干缩和干冷等原因，往往导致开裂和劣化。人们希望有这样一种材料，使得水泥或混凝土在塑性阶段以及凝结硬化时能产生一定量的膨胀，以抵制其收缩而引起的各种弊端。

1936年，法国洛西是最早认识到钙矾石具有消除水泥收缩和产生预应力的学者，他发明了膨胀水泥。膨胀剂是用矾土、石膏和白垩土磨成生料再加以煅烧而制得，但未正式生产。1958年，美国的克莱恩在此基础上开发了K型膨胀水泥，膨胀剂的配制和煅烧是使其具有适量的无水硫铝酸钙、CaSO₄、CaO，1964年正式投入生产。1945年，前苏联学者也根据铝酸三钙和硫酸钙能形成钙矾石的原理，研制成功不透水膨胀水泥。日本在苏、美的基础上是最先开发膨胀剂的国家，1962年，日本大成建筑技术研究所购买了美国的克莱恩的K型膨胀水泥的专利技术，在此基础上成功研制出硫铝酸钙膨胀剂，简称CSA，它是用石灰石、矾土和石膏配制成生料，经电熔烧制成一种含无水硫铝酸钙C₄A₃S、CaSO₄和CaO的熟料，然后粉磨成膨胀剂。

我国在制备膨胀剂的过程中，与日本电融法的区别是，采用回转窑烧结法制备CSA熟料，再利用钙矾石生成原理制备膨胀剂。

钙矾石的形成能使水泥产生体积膨胀，但其膨胀的功能主要是使硬化后的水泥或混凝土产生体积膨胀，减免水泥或混凝土硬化早期产生的收缩裂缝。金属类铝粉和氧化铁也可使水泥产生体积膨胀，但其膨胀主要发生在混凝土的塑性阶段；碱-集料反应也可使混凝土产生体积膨胀，但其膨胀是有害的，而且过程非常漫长。

发明内容

本发明针对现有CSA膨胀剂的不足，提供了一种能对水泥混凝土在塑性阶段和后期硬化后均起到膨胀作用的膨胀剂及其制备方法。

为实现本发明目的，技术方案为：

一种复合水泥膨胀剂，由含铝熟料、偏高岭土熟料、硬石膏、生石灰、石英粉、及有机外加剂组成，各组分的含量为：

上述含铝熟料由高铝矾土经1350℃～1400℃高温煅烧制备得到，所述高铝矾土的铝含量≥86%（wt%）。

上述偏高岭土熟料的制备为：将高岭土磨细至200目，在650℃～850℃条件下焙烧，变成有活性的偏高岭土熟料。

上述有机外加剂为：N,N-二亚硝基五亚甲基四胺、聚乙二醇、石脑油、或十二烷基硫酸钠。

上述复合水泥膨胀剂的比表面积≥250m²/kg。

制备上述复合水泥膨胀剂的方法：按各组分含量称取原料，置于搅拌机中搅拌均匀，而后将其行粉磨至比表面积≥250m²/kg，得到复合水泥膨胀剂。

本发明中，比表面积的测定方法为勃氏法。

本发明复合水泥膨胀剂与水泥混合时，其掺量为4～12%。

本发明复合膨胀剂中含铝熟料和偏高岭土熟料提供C₄A₃S、CA、CA₂、C₂AS等，硬石膏提供CaSO₄，生石灰和水泥提供CaO，这三者反应生成钙矾石作为膨胀源，有机外加剂主要作为塑性阶段膨胀的膨胀源，这两者相互补充膨胀作用，使水泥从水化开始一直处于膨胀的状态。

有机外加剂的膨胀机理：有机外加剂在水泥水化环境下，生成气体，从而使水泥在塑性阶段得到一定膨胀。