[发明专利]一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，特别是涉及一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土是目前世界上最大宗的建筑材料，价格低廉，应用广泛。但是水泥混凝土易收缩开裂，从而缩短工程结构的使用寿命，严重影响了混凝土的耐久性。为了解决水泥混凝土易收缩开裂的问题，研究人员发明了膨胀水泥和水泥混凝土膨胀剂。自20世纪30年代法国发明膨胀水泥以来，特别是自日本在膨胀水泥的基础上将其中的膨胀组分分离出来作为单独掺加的膨胀剂以来，混凝土膨胀剂逐渐发展为混凝土行业中用量最大的外加剂之一，广泛应用于地下防水防渗工程、超长结构以及各类大型的混凝土施工工程。其中大体积工程施工中，因水泥水化放热量大，混凝土构筑物温升较大，在降温阶段因为温度引起的收缩导致的开裂是大体积混凝土面临的最主要问题之一，针对上述问题，掺加膨胀剂是防止混凝土收缩开裂的最有效技术之一。

氧化钙作为一种膨胀熟料最先是在日本发明并推广应用的，国内对将氧化钙作为膨胀熟料的研究相对较少。一个主要原因是氧化钙类膨胀熟料和水反应迅速，大部分膨胀能消耗在混凝土塑性阶段，作无用功，另一个主要原因是传统氧化钙类膨胀熟料早期膨胀太多，在混凝土放热后的降温阶段有效膨胀量太小，对温降导致的收缩补偿有限。因此需要对氧化钙类膨胀熟料进行改进提高。

如何延缓氧化钙类膨胀熟料与水的接触，减少膨胀剂在水泥混凝土塑性阶段的无效消耗，增加混凝土硬化阶段尤其是混凝土降温阶段的有效膨胀能是氧化钙类膨胀熟料研究及性能提升的难点之一。

公开号CN103130437A的中国专利文献公开了一种混凝土膨胀剂的制备方法，是用石膏和氧化钙熔融煅烧形成石膏包裹氧化钙的膨胀熟料，进一步与其它粉料共同粉磨至比表面积140-400m²/kg后得到的。该发明的膨胀剂抗风化能力有所增强，延长了产品保质期，但是并不能解决混凝土塑性阶段膨胀剂过度消耗的问题。

发明内容

针对氧化钙类膨胀熟料与水反应迅速，在混凝土塑性阶段膨胀能消耗过多的问题，本发明提供一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法,可调节氧化钙类膨胀熟料的水化历程，减少氧化钙类膨胀熟料在混凝土塑性阶段的无效膨胀、增加混凝土硬化后尤其是温降阶段的有效膨胀。

本发明是利用聚乙烯醇对氧化钙类膨胀熟料进行表面包裹改性，在氧化钙类膨胀熟料表面形成保护层，利用聚乙烯醇在氧化钙表面形成缓冲保护层，延缓氧化钙与水的接触，降低混凝土塑性阶段氧化钙与水的反应几率，减少膨胀剂在混凝土塑性阶段的无效膨胀。

同时，由于聚乙烯醇具有冷水难以完全溶解，热水中溶解度增加的特点，一方面，在水泥混凝土塑性阶段水泥水化处于诱导期，放热量少，聚乙烯醇溶解性差，可以降低水分与氧化钙颗粒反应的速度，另一方面，随水化水泥进入加速期，放热量增加，聚乙烯醇溶解加速，水与氧化钙接触几率增加，氧化钙膨胀剂有效膨胀持续增加，通过调节聚乙烯醇的结构或其在氧化该类膨胀粉料表面的用量，优化膨胀剂的水化和混凝土温度的升降过程，达到增加混凝土降温阶段的膨胀量的目的；再者，氧化钙类膨胀熟料表面的聚乙烯醇吸水后为氧化钙的水化提供必需的水分，确保了氧化钙膨胀的持续性。

因此，通过聚乙烯醇包裹改性氧化钙类膨胀熟料表面，能够达到调节氧化钙类膨胀熟料的水化历程，减少其在混凝土塑性阶段的无效水化，增加其在混凝土硬化阶段尤其是温降阶段的膨胀量，提高氧化钙类膨胀熟料性能的目的。

本发明所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂，由聚乙烯醇和氧化钙类膨胀熟料组成；聚乙烯醇包裹于氧化钙类膨胀熟料的表面。所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂的比表面积为100-600m²/kg，聚乙烯醇占所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂总质量的0.5％-20％。

所述聚乙烯醇的聚合度为100-10000，醇解度为70-100mol％。

所述氧化钙类膨胀剂熟料可以商购，特征在于比表面积为100-600m²/kg，其中游离氧化钙含量(f-CaO)≥60％。

所述氧化钙类膨胀熟料也可以由石灰石与复合矿化剂混合粉磨成生料后在1200-1500℃下煅烧粉磨而成，比表面积为100-600m²/kg；其中，复合矿化剂与石灰石的质量比为0:100-10:90；

复合矿化剂由质量百分比含量为40％-100％的石膏、0％-60％的氧化铝和/或硫酸铝组成。

所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂的制备方法包括下述步骤：