[发明专利]一种改性氧化镁膨胀剂及其在制备水泥基材料中的应用

说明书

本发明属于混凝土生产技术领域，具体涉及一种缓凝剂改性氧化镁膨胀剂，并进一步公开其制备方法，以及其在制备水泥凝胶材料和水泥基材料中的应用。本发明所述的改性氧化镁膨胀剂，以选定的羟基羧酸类缓凝剂对氧化镁膨胀剂进行改性处理，制得改性氧化镁膨胀剂，能够提升氧化镁膨胀剂水泥砂浆的膨胀率，对混凝土膨胀性能方面有更大的提升，且在后期能够显著提升0.015％，可更好的应用在减少补偿混凝土收缩裂缝的施工次数方面，提高耐久性，不仅所制备的氧化镁膨胀剂的性能能够符合其应用的要求，且原材料易得，成本低，制备工艺简单易操作，具有优异的膨胀性能，并抑制坍落度的损失。

技术领域

本发明属于混凝土生产技术领域，具体涉及一种缓凝剂改性氧化镁膨胀剂，并进一步公开其制备方法，以及其在制备水泥凝胶材料和水泥基材料中的应用。

背景技术

氧化镁膨胀剂是一种以氧化镁为膨胀源使混凝土产生膨胀的外加剂，主要用于补偿混凝土体积收缩，在混凝土施工中具有重要的作用。由于混凝土在硬化的过程中受外界环境影响会发生体积收缩，并且在混凝土收缩变形的同时由于受到约束力影响会产生较大的拉应力，而一旦混凝土的拉应力超过抗拉强度，就会发生开裂。裂缝不仅降低了大体积混凝土的耐久性和防渗性，在工程应用上也会带来较大的安全威胁。而氧化镁膨胀剂的水化作用会是使混凝土硬化过程中产生延迟膨胀，可补偿大体积混凝土温降收缩，在为施工节约温控费用的同时还有助于加快施工进程。氧化镁延迟膨胀的特性已被工程界所认识并广泛应用于补偿大体积混凝土的温降收缩，在技术和经济方面均取得较好的效益，应用前景良好，

现有通用氧化镁膨胀剂中，通常氧化镁含量大于80％，烧失量小于5％，烧失量大则未分解的菱镁矿多，从而降低有效的膨胀能；同时，要求氧化镁膨胀剂的80μm方孔筛筛余小于5.0％，含水量小于0.5％，实际材料应不结块为粉状。依据DLT5296-2013《水工混凝土掺用氧化镁技术规范》中规定，其活性反应时间应小于300s。

如中国专利CN103819111A公开了一种纳米氧化镁作为膨胀剂在水泥基材料中的应用，该方案通过在水泥净浆中掺入不同比例的氧化镁膨胀剂，测得养护水泥净浆的浆体的线性膨胀率未超过8000μm/m，保证了体积安定性，合理掺配使用提高膨胀性能。又如中国专利CN108069633A公开了一种沸石粉改性氧化镁膨胀剂的制备方法及其应用，其主要改性的机理为沸石粉中的SiO₂和Al₂O₃在碱激发下与水泥析出的Ca(OH)₂发生反应生成水化硅酸钙胶体，促进水泥水化反应进行，以改善混凝土的工作性能。又如中国专利CN107365097A公开了的镁质混凝土损伤自修复外加剂及其制备方法，该自修复外加剂主要含有氧化镁、石英粉、高岭土、硅酸钠、六偏磷酸钠及石膏，其主要自修复机理为自修复外加剂中氧化镁水化生成氢氧化镁产生结晶压从而补偿水泥硬化浆体收缩，以及氧化镁在裂缝周围水化生成的三水碳酸镁与富镁方解石结晶沉淀，产生自愈合作用；在此基础上，石英粉提高未水化胶凝材料的反应活性以及高岭土可与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙等反应产物，促进愈合，这种方法对混凝土的力学性能以及裂缝宽度自愈合速率有所提升。又如中国专利CN103058549A公开了一种与氧化镁膨胀剂相适配的缓凝剂及其制备方法，其通过将不同质量百分比草酸铵、磷酸铵和柠檬酸铵混合而成，在草酸铵的作用下磷酸铵与镁离子会生成难溶性与微溶性的镁盐，延缓了MgO水化，在磷酸根离子与草酸根离子反应完全后，剩余的铵根离子在柠檬酸根离子作用下可溶解前面反应生成的微溶性镁盐，使镁离子恢复活性，生成水化产物Mg(OH)₂，从而产生膨胀并提高水泥净浆60min后的流动性能以及延长了凝结时间。

上述对氧化镁膨胀剂的改善方案，虽然对混凝土的力学性能、安定性、流动性以及缓凝时间均起到了一定的提升作用，但对于膨胀剂的性能需求中，良好的膨胀性能才是补偿混凝土产生裂缝的关键因素和性能。上述现有技术改善方案中，仅沸石粉改性氧化镁膨胀剂对混凝土膨胀性能的提升有较好的效果。可见，开发一种具有良好膨胀性能的氧化镁膨胀剂对于确保混凝土施工质量和效益具有积极的意义。

发明内容