CN104556785A - 减水型偏高岭土基微膨胀密实剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减水型偏高岭土基微膨胀密实剂及其制备方法，其包括有由偏高岭土、聚羧酸减水剂粉剂和石膏组成的A组分、以及由石灰组成的B组分，其中，所述的A组分各组分含量为偏高岭土85％-94.5％，聚羧酸减水剂粉末0.5％-5％，石膏5-10％，质量百分比计，所述的B组分占A组分总质量1-5％。发明具有以下几个优点：1)显著改善混凝土的工作性能；2)提高混凝土的体积稳定性；3)明显提高混凝土的早期强度。

Description

减水型偏高岭土基微膨胀密实剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种减水型偏高岭土基微膨胀密实剂及其制备方法。

背景技术

水泥产业是典型的资源、能源消耗型产业，是对环境污染严重的行业。而生产1吨水泥需要消耗1.1吨石灰石，排放出近1吨CO2。而近年来，国际上主要工业发达国家和地区对绿色建材的研制开发都非常重视，气候变化也为世界各国人民敲响了警钟。积极开发利用高性能辅助胶凝材料，利用低熟料生产高品质制品，达到降低能耗和物耗，以减少对环境的负面效应，走可持续发展之路对于社会发展具有重要的现实和长远意义。

偏高岭土是一种富硅铝酸盐质无机矿物，由高岭土在适当温度(500～1000℃)煅烧后脱水形成，具有很强的火山灰活性，现已作为活性外掺料运用于水泥混凝土、砂浆和其它水泥产品中。随着建筑行业对高性能混凝土的大量需求，矿物掺合料在配制高性能混凝土中显得尤为重要。对比各矿物掺合料在水泥基材料中的应用现状，偏高岭土以其优越的性能，在水泥混凝土中的应用具有较好的经济效应和广阔前景。

然而，偏高岭土能提高高强混凝土早期强度，改善其后期性能，这些正是建立在偏高岭土高活性和较大比表面积的基础上。在制备高性能混凝土时，偏高岭土作为矿物掺合料往往会存在如下问题：

1)由于偏高岭土具有较高的比表面积(≥2300m²/kg)和层状结构，吸水性较强且层状结构不利于颗粒间的相对移动，导致混凝土工作性能较差，从而影响混凝土的可泵性和填充性，最终影响混凝土的后期性能；

2)由于偏高岭土具有较高的细度，导致其很容易发生团聚，不易分散，从而不利于偏高岭土活性效应的发挥。因此，将偏高岭土均匀地分散在水泥混凝土中才能更有效地发挥其火山灰效应和填充效应；

单掺偏高岭土会显著降低混凝土的工作性能，甚至影响正常施工。目前的做法为了保证掺入偏高岭土的混凝土的工作性能，是使用将偏高岭土和减水剂分别单独掺入混凝土中使用，这类的做法根本不能使偏高岭土均匀的分散在水泥混凝土中，更没有利用好偏高岭土的活性以及其层状结构特性，因而此做法在实际应用过程中提高混凝土工作性能和强度的效果不显著。

为保证偏高岭土在混凝土中的充分分散及增强，对偏高岭土进行改性是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减水型偏高岭土基微膨胀密实剂及其制备方法，其能赋予混凝土优异工作性能、早强、良好的体积稳定性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：减水型偏高岭土基微膨胀密实剂，其包括有由偏高岭土、聚羧酸减水剂粉剂和石膏组成的A组分、以及由石灰组成的B组分，其中，所述的A组分各组分含量为偏高岭土85％-94.5％，聚羧酸减水剂粉末0.5％-5％，石膏5-10％，质量百分比计，所述的B组分占A组分总质量1-5％。

按上述方案，所述的偏高岭土为高岭土经过粉磨在500-1000℃的温度下煅烧0.5-6.0小时后冷却制得，其中，所述的偏高岭土中SiO₂与Al₂O₃的质量百分含量之和≥50wt％，比表面积≥2300m²/kg。

按上述方案，所述的聚羧酸减水剂平均分子量为11000-15000，所述聚羧酸减水剂的分子结构中作为侧链之一的聚氧乙烯基数大于60。

按上述方案，所述的石膏为二水石膏，其中的CaSO₄·2H₂O质量百分含量大于90％，比表面积大于400m²/kg。

所述的减水型偏高岭土基微膨胀密实剂的制备方法，其特征在于：将经过烘干的偏高岭土放入湿法陶瓷球磨机中，然后加入石膏，聚羧酸减水剂得到混合物，加水，使混合物与水的质量比为1:1—1:1.5，研磨时间为30-60min，得到偏高岭土基活性浆料，然后将活性浆料通过喷雾干燥法得到干燥粉末即组分A，再加入A组分的质量分数1-5％的B组分石灰混合均匀得到微膨胀密实剂粉末。

本发明减水型偏高岭土基微膨胀密实剂制备过程中，偏高岭土在机械作用下，聚羧酸减水剂通过物理作用和化学作用部分吸附在偏高岭土的表面，部分进入偏高岭土层状结构间隙，它有两个显著的功能：一是使团聚的偏高岭土充分分散，二是对偏高岭土颗粒表面的改性。湿法制备工艺可以充分利用偏高岭土的特性，利用偏高岭土的层状结构，使一部分的高效减水剂进入偏高岭土的层间，一部分被吸附到偏高岭土的表面，可以使偏高岭土基保塑增强减水剂使用时，减水剂缓慢释放，具有缓释减水保塑的特性。石膏可以为偏高岭土中活性氧化钙和氧化铝提供足够的SO₄ ^2-,通过硫酸盐激发剂增强偏高岭土的早强作用，形成钙矾石提高混凝土体积稳定性。而CaO可以形成Ca(OH)₂促进水泥早期强度，进一步激发偏高岭土早期活性，同时可以防止微膨胀密实剂粉末中活性成分吸潮影响其活性发挥。

本发明具有以下几个优点：

1)显著改善混凝土的工作性能，普通混凝土中偏高岭土的掺量为5wt％-10wt％时，聚羧酸减水剂掺量为0.5％时，其坍落度下降在40mm-100mm左右。然而，掺入含同等质量的微膨胀密实剂，其坍落度可以提高50mm-80mm。并且由于微膨胀密实剂中偏高岭土表面的减水剂最先释放，而偏高岭土层间的减水剂会缓慢释放，使减水型偏高岭土基微膨胀密实剂具有减水保塑的特性；

2)提高混凝土的体积稳定性，偏高岭土作为一种混凝土矿物掺合料，由于其火山灰活性和微填充效应，能够显著降低混凝土的孔隙率从而提高其后期耐久性。减水型偏高岭土基微膨胀密实剂由于其有效成分偏高岭土能更好分散在混凝土中，提高了偏高岭土、石膏等组分的活性反应率，能够大大提高混凝土的致密性，从而有效地降低混凝土体积收缩。因此，减水型偏高岭土基微膨胀密实剂能够显著的改善混凝土的体积稳定性，提高混凝土的耐久性能；

3)明显提高混凝土的早期强度，在砂浆扩展度为220mm，当减水型偏高岭土基微膨胀密实剂的掺量为胶凝材料的10％时，对比基准砂浆，砂浆3d抗压强度增长80％左右，28d强度增长率也能保持在20％以上，相对于同等掺量干粉偏高岭土而言，在相同的流动下，其3d增长率为其的3倍。砂浆在7d可达到49.5MPa，超过42.5水泥28d龄期的强度。这是由于减水剂对偏高岭土表面改性，减水剂的高分子基团溶入水形成空间位置效应使得偏高岭土更有效地分散于胶凝材料中，充分使偏高岭土分散在混凝土中，能够显著提高混凝土的早期强度。

附图说明

图1为掺不同组分的砂浆试件干缩图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

本发明减水型偏高岭土基微膨胀密实剂是由偏高岭土、聚羧酸减水剂粉末、石膏和水在球磨机中研磨制得活性浆料，再通过喷雾干燥得到干粉，再在干粉中加入质量分数为3％的石灰。

所述的偏高岭土为高岭土经过粉磨在500-1000℃的温度下煅烧0.5-6.0小时后冷却制得，其中，所述的偏高岭土中SiO₂与Al₂O₃的质量百分含量之和≥50wt％，比表面积≥2300m²/kg；所述的聚羧酸减水剂平均分子量为11000-15000，所述聚羧酸减水剂的分子结构中作为侧链之一的聚氧乙烯基数大于60；所述的石膏为二水石膏，其中的CaSO₄·2H₂O质量百分含量大于90％，比表面积大于400m²/kg。

其中A组分当中的偏高岭土、聚羧酸减水剂粉末、石膏所占质量百分比分别为：石膏占偏高岭土的质量分数的8％。而聚羧酸减水剂粉末占偏高岭土的质量分数的0.5-5％。其中净浆流动度实验是参照GB/T 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》完成的，其中净浆采用的水灰比为0.29，砂浆流动度是参照GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度》完成的，其中砂浆采用水灰比为0.5。表1为减水型偏高岭土基微膨胀密实剂不同配比对水泥流动度的影响。

表1减水型偏高岭土基微膨胀密实剂对水泥流动度影响

通过表1可以看出随着减水型偏高岭土基微膨胀密实剂的掺量的增加，净浆流动度逐渐增加，减水率增高，并随着减水剂的掺量的增多，30min经时损失变小。表1说明偏高岭土基微膨胀密实剂具有较高减水效果，并且使利用减水剂的缓释作用，使减水型偏高岭土基微膨胀密实剂具有减水保塑的特性。

实施例2：

以砂浆试件作为考察对象，偏高岭土以及减水型偏高岭土基微膨胀密实剂均以6％、8％、10％等量取代胶凝材料配置砂浆。其中减水剂为聚羧酸减水剂粉剂。控制水灰比，并按照GB/T2429—2005《水泥胶砂流动度测定方法》测试基准样、偏高岭土样、减水型偏高岭土基微膨胀密实剂1-3的拌合物的流动度使实验组有相同的流动度在220±10mm；按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，用万能压力试验机测试基准样和实例的3天，7天和28天抗压强度。其中，偏高岭土1-3为偏高岭土和减水剂以粉剂单独掺入，减水型偏高岭土基微膨胀密实剂1-3中偏高岭土：石膏：聚羧酸减水剂(即A组分)＝92％：6％：2％。其中石灰占A组分总质量的4％。

表2砂浆试件的强度

表2说明：减水型偏高岭土基微膨胀密实剂1-3相对于基准样而言，各个龄期强度均表现出明显的增长，3d增长率可高达77.8％。就对比同等掺量偏高岭土样的3d强度而言，强度增长率分别为30％、43.0％和36.4％，说明本发明的通过湿法工艺制得减水型偏高岭土基微膨胀密实剂相对于干混的偏高岭土和减水剂有更明显的促强作用。

选择减水型偏高岭土基微膨胀密实剂2的配合比，参考JCJ/T 70-2009标准，所有试件在3联25mm×25mm×280mm的试模中成型后置于温度为20℃、相对湿度大于90％RH的条件下养护。拆模后置于温度为20℃、相对湿度为60％RH的环境中养护，此后分别测其3d、5d、7d、14d和28d长度。

试件的膨胀率用下式计算：

${\mathrm{\ϵ}}_t=\frac{l_t-l_0}{l_0-{2l}_d}\×100\%$

式中：ε_t-试件在t天龄期的膨胀率(％)；

l_t-试件在t天龄期的长度(mm)；

l₀-试件的基准长度(mm)；

l_d-测头(即埋钉)的长度(mm)；

图1说明了：减水型偏高岭土基微膨胀密实剂的掺量为8％时，相对于偏高岭土而言，微膨胀密实剂更能明显降低了砂浆试件的干燥收缩。说明本发明更有利于砂浆的体积稳定性。

实施例3：

一种减水型偏高岭土基微膨胀密实剂其中偏高岭土：石膏：聚羧酸减水剂(即A组分)＝90％：8％：2％，石灰占A组分总质量的3％。

以混凝土试件为考察对象，偏高岭土以及减水型偏高岭土基微膨胀密实剂均以10％等量取代胶凝材料配置混凝土，减水剂为聚羧酸类减水剂。按照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试基准样和实例1的拌合物的坍落度；按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，用万能压力试验机测试基准样和实例的3天、7天和28天抗压强度。

混凝土试件实例1的坍落度和强度实验结果见表3。

表3混凝土配合比及坍落度

表1说明了：实例1中微膨胀密实剂的掺量为10％时，在未添加减水剂的情况下，其对流变性能的改善作用相对于同等掺量的偏高岭土而言，仍比较明显。同时就3d强度而言，实例1相对于同等掺量的偏高岭土增长率达到21.8％，28天强度增长率为35.8％。说明减水型偏高岭土基微膨胀密实剂适合配制早强微膨胀的高性能的混凝土。

Claims (6)

1.减水型偏高岭土基微膨胀密实剂，其包括有由偏高岭土、聚羧酸减水剂粉剂和石膏组成的A组分、以及由石灰组成的B组分，其中，所述的A组分各组分含量为偏高岭土85％-94.5％，聚羧酸减水剂粉末0.5％-5％，石膏5-10％，质量百分比计，所述的B组分占A组分总质量1-5％。

2.根据权利要求1所述的减水型偏高岭土基微膨胀密实剂，其特征在于：所述的偏高岭土为高岭土经过粉磨在500-1000℃的温度下煅烧0.5-6.0小时后冷却制得，其中，所述的偏高岭土中SiO₂与Al₂O₃的质量百分含量之和≥50wt％，比表面积≥2300m²/kg。

3.根据权利要求1所述的减水型偏高岭土基微膨胀密实剂，其特征在于所述的聚羧酸减水剂平均分子量为11000-15000，所述聚羧酸减水剂的分子结构中作为侧链之一的聚氧乙烯基数大于60。

4.根据权利要求1所述的减水型偏高岭土基微膨胀密实剂，其特征在于所述的石膏为二水石膏，其中的CaSO₄·2H₂O质量百分含量大于90％，比表面积大于400m²/kg。

5.权利要求1所述的减水型偏高岭土基微膨胀密实剂的制备方法，其特征在于：将经过烘干的偏高岭土放入湿法陶瓷球磨机中，然后加入石膏，聚羧酸减水剂得到混合物，加水，使混合物与水的质量比为1:1—1:1.5，研磨时间为30-60min，得到偏高岭土基活性浆料，然后将活性浆料通过喷雾干燥法得到干燥粉末即组分A，再加入A组分的质量分数1-5％的B组分石灰混合均匀得到微膨胀密实剂粉末。

6.根据权利要求5所述的减水型偏高岭土基微膨胀密实剂的制备方法，其特征在于：所述的偏高岭土为高岭土经过粉磨在500-1000℃的温度下煅烧0.5-6.0小时后冷却制得，其中，所述的偏高岭土中SiO₂与Al₂O₃的质量百分含量之和≥50wt％，比表面积≥2300m²/kg；所述的聚羧酸减水剂平均分子量为11000-15000，所述聚羧酸减水剂的分子结构中作为侧链之一的聚氧乙烯基数大于60；所述的石膏为二水石膏，其中的CaSO₄·2H₂O质量百分含量大于90％，比表面积大于400m²/kg。