[发明专利]一种用于补偿混凝土温度收缩的改性氧化钙膨胀剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土膨胀剂，具体涉及一种用于补偿混凝土温度收缩的改性氧化钙膨胀剂及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土是一种水硬性胶凝材料，自浇筑成型开始并处于自然环境中的水泥混凝土结构，在其水化硬化的整个过程中，由于自身的水化反应以及向周围环境介质的失水过程，存在着干燥收缩、自干燥收缩和温降收缩，约束条件下的收缩引起混凝土开裂，是造成工程质量事故的主要原因。在水泥混凝土材料中添加膨胀剂是改善水泥混凝土体积稳定性和抗裂性的常用方法。

干燥收缩是指水泥混凝土材料暴露于自然环境中，由于环境湿度低于其内部湿度，内部水分蒸发而引起的失水收缩，是以高水胶比和高水泥用量为特征的传统混凝土发生开裂的主要原因；

自干燥收缩是在绝湿的条件下由于化学减缩消耗内部水分，引起的内部相对湿度的下降所引起的收缩，是以低水胶比和大掺量矿物掺合料为特征的当代高性能混凝土早期开裂的主要原因；

温降收缩是指水泥混凝土在环境温度条件下，因为水泥早期水化放热，引起内部温度升高，升高至一定程度以后温度下降引起的冷缩，是造成大体积混凝土开裂的主要原因。

目前，国内外现有的混凝土膨胀剂专利及品种较多，按膨胀源划分，主要有钙矾石型、氧化钙型和氧化镁型。钙矾石型膨胀剂和氧化钙膨胀剂主要通过早期湿养护在钢筋混凝土中建立预压应力，通过预压应力补偿混凝土后期干燥收缩和自干燥收缩，提高混凝土抗裂性。但是，钙矾石型膨胀剂和氧化钙膨胀剂的膨胀变形均具有较强的温度敏感性，温度升高，膨胀速度急剧加快，膨胀终止时间提前，对大体积混凝土的温度收缩无明显补偿作用。氧化镁型膨胀剂具有延迟膨胀效应，可补偿大体积混凝土的温度收缩，但是氧化镁型膨胀剂的原材料——菱镁矿在我国的分布存在很大的局限性，基本上分布在辽东半岛和胶东半岛，而水电工程多集中在西南地区，存在膨胀材料长距离运输、运输成本很高、膨胀材料活性易损失等问题，需要开展普适性原材料生产能补偿大体积混凝土温度收缩的膨胀材料的研究。

氧化钙膨胀剂具备水化需水量少、膨胀效能高、对混凝土工作性能和力学性能影响小、湿度敏感性低等优异性能，在科学研究和工程实践中占有越来越重要的地位。生产氧化钙膨胀剂的主要原材料——石灰石在我国分布广泛，保有储量丰富。如果通过技术手段实现氧化钙膨胀剂膨胀历程的调控，延缓氧化钙膨胀剂在升温阶段的膨胀，增大氧化钙膨胀剂在混凝土降温阶段的膨胀，以实现对混凝土温度收缩的有效补偿，必将在水电等大体积混凝土工程中得到广泛的应用，具有显著的社会经济意义。

发明内容

针对现有钙矾石型膨胀剂和氧化钙膨胀剂的膨胀变形均具有较强的温度敏感性，温度升高，膨胀速度急剧加快，膨胀终止时间提前，对大体积混凝土的温度收缩无明显补偿作用的问题，以及现有氧化钙膨胀剂的水化过程过快，有效膨胀能不多的问题；提供一种用于补偿混凝土温度收缩的改性氧化钙膨胀剂及其制备方法。

本发明所采取的技术原理：采用熔点为40℃~45℃的石蜡表面包裹氧化钙膨胀剂，得到改性氧化钙膨胀剂，其表面是一层致密的石蜡防水膜层，在混凝土内部温度小于40℃之前，石蜡防水膜层保持固相阻止氧化钙膨胀剂与水接触，有效降低氧化钙膨胀剂在混凝土升温阶段的膨胀，当混凝土内部温度大于40℃时，石蜡防水膜层开始熔化，逐渐从固态变成液态，释放出被包裹的氧化钙膨胀剂颗粒，氧化钙膨胀剂与混凝土内部的水分接触开始水化产生膨胀。

已有的文献资料表明，大体积混凝土内部温度一般在浇筑3~5d内达到最高（45℃~50℃左右），之后混凝土内部温度开始逐渐下降，直至与环境温度相同。可见，经石蜡包裹改性的改性氧化钙膨胀剂膨胀起始时间与大体积混凝土开始出现温度下降的时间相匹配，此时氧化钙膨胀剂水化产生的膨胀可有效补偿大体积混凝土的温度收缩。

本发明所述用于补偿混凝土温度收缩的改性氧化钙膨胀剂由核心层与包裹层组成，其中所述核心层为氧化钙膨胀剂；所述包裹层为相变材料，所述相变材料的熔点为45℃~50℃左右；相变材料的重量占所述用于补偿混凝土温度收缩的改性氧化钙膨胀剂总重量的6%~10%。

所述的膨胀材料为氧化钙膨胀剂，可商购。

作为优选；氧化钙膨胀剂中f-CaO含量≥60%。

所述的相变材料为改性石蜡，所述改性石蜡由52#石蜡与尿素混合制得，52#石蜡与尿素的质量比为85:15~95:5，熔点在40℃~45℃之间可调。

52#石蜡是固体石蜡中熔点最低的一种，一般可认为52#石蜡的熔点即为52℃。