CN108249811B - 一种混凝土抗裂膨胀剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土抗裂膨胀剂及其制备方法，是由以下重量份的原料制得的：磷渣粉20‑30份、镍渣粉10‑15份、改性磷石膏20‑30份、粉状萘系减水剂15‑20份、膨胀蛭石粉5‑9份、六偏磷酸钠3‑5份、羟丙基甲基纤维素5‑10份、淀粉化合物5‑10份。本发明的混凝土抗裂膨胀剂不仅膨胀率高，补偿收缩作用好，能与混凝土强度相适应，且适应性强，可用于不同强度等级的混凝，还具有高效减水和一定的增强作用。在混凝土中掺加本发明的混凝土抗裂膨胀剂后能显著提高混凝土的密实度、抗渗性能、抗冲刷性能和耐磨性能。

Description

一种混凝土抗裂膨胀剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种混凝土抗裂膨胀剂及其制备方法。

背景技术

混凝土外加剂，简称外加剂，是指在拌制混凝土拌合前或拌合过程中掺入用以改善混凝土性能的物质。由于外加剂能有效地改善混凝土的性能，而且具有良好的经济效益，在许多国家都得到广泛的应用，在工程中的应用越来越受到重视，成为混凝土中不可或缺的材料。其中膨胀剂是混凝土外加剂中的一种。

混凝土在凝结的初期和水化过程中，都会产生化学反应生成结晶化合物，由于结晶化合物比原材料体积小，所以会导致混凝土体积收缩，当收缩产生的拉应力大于混凝土构件的抗拉强度极限时，便产生混凝土开裂。混凝土膨胀剂是在混凝土开始收缩时或在开始收缩前产生微膨胀，给混凝土构件施加压应力，用以抵消、消弱或平衡由于收缩而导致的拉应力，从而达到结构内应力最小、防止裂纹出现、避免开裂的目的。

膨胀剂作为补偿收缩已经得到普遍应用，但是市场上复合膨胀剂仍存在不足之处：①膨胀率偏低；②补偿收缩作用不够，不能与混凝土的强度发展相适应。

发明内容

本发明提供了一种膨胀率高，补偿收缩作用好，能与混凝土强度相适应的混凝土抗裂膨胀剂。

本发明还提供了该混凝土抗裂膨胀剂的制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种混凝土抗裂膨胀剂，是由以下重量份的原料制得的：磷渣粉20-30份、镍渣粉10-15份、改性磷石膏20-30份、粉状萘系减水剂15-20份、膨胀蛭石粉5-9份、六偏磷酸钠3-5份、羟丙基甲基纤维素5-10份、淀粉化合物5-10份。

所述的，改性磷石膏是由磷石膏在惰性气体气氛下，600℃煅烧2-3h，自然降温至30-50℃，与改性剂混合均匀，加水至含水量20-30%，反应12-16h，烘干，得改性磷石膏。

所述的，磷石膏和改性剂的重量比为100：3-5。

所述的，改性剂是由硫酸铝、煅烧明矾石和偏硅酸钠按照1：0.8：0.4的重量比制得的。

所述的，淀粉化合物是由以下步骤制备得到的：

1）按重量份称取原料：木薯淀粉10份、聚乙二醇200 35份、盐酸2份、N,N-二甲基甲酰胺12份、氨基磺酸2份；

2）将木薯淀粉和聚乙二醇200加至反应釜中，搅拌均匀；再加入盐酸，升温至70℃，反应6h，过滤，得水解木薯淀粉；

3）将N,N-二甲基甲酰胺和氨基磺酸加至反应釜中，搅拌均匀；再加入水解木薯淀粉，升温至90℃，反应1h，自然冷却至室温，氢氧化钠溶液调节pH值至6.5-7.5，干燥，得淀粉化合物。

所述的，磷渣粉的比表面积为600-800m²/kg。

所述的，镍渣粉的比表面积为400-600m²/kg，

所述的，膨胀蛭石粉的粒径为35-45μm。

一种混凝土抗裂膨胀剂的制备方法，是由以下步骤制得的：

1）将磷渣粉和镍渣粉混合均匀，再加入改性磷石膏，混合均匀，得料1；

2）将粉状萘系减水剂、膨胀蛭石粉、六偏磷酸钠、羟丙基甲基纤维素和淀粉化合物混合均匀，得料2；

3）将料1均分为三份，将第一份加至料2中，混合均匀；再加入第二份，混合均匀；最后加入第三份，混合均匀，得混凝土抗裂膨胀剂。

本发明中，磷渣粉和镍渣粉复合使用，磷渣中的可溶性磷、可溶性氟等物质极易与镍渣中的游离氧化钙、游离氧化镁反应，延缓膨胀速度，在养护阶段，磷渣粉和镍渣粉与水泥水化的氢氧化钙发生二次火山灰反应，产生微膨胀，产生膨胀结晶填充混凝土缝隙，受到微膨胀的挤密作用，混凝土整体密实度得到提高，有效补偿混凝土早期和后期收缩，有效预防裂纹的产生。改性磷石膏消除了磷石膏中磷、氟、有机质等杂质对混凝土性能的影响，有效降低混凝土的自收缩量，而且可与混凝土孔溶液发生化学反应，提供后期膨胀。粉状萘系减水剂具有高效减水性能，使混凝土的用水量大幅度降低，明显降低水灰比，同时可减少混凝土中有害的多余水，减小孔隙率，减少贯通孔隙的产生，可有效地减小混凝土的内部收缩。膨胀蛭石粉产生微膨胀，且具有很强的吸附力，将物料联系在一起，从而有利于混凝土强度的增加。六偏磷酸钠和淀粉化合物一方面帮助混凝土中各物料能够快速均匀分散开来，改善混凝土膨胀不均匀的问题，另一方面可提高水泥在基料表面的包覆力，提高混凝土的稳定性，并减少表面水分的蒸发，减少混凝土表面因水分蒸发造成的贯通孔数量，提高混凝土的强度。羟丙基甲基纤维素可在混凝土中有效保水，并随着水化的进行缓慢释放部分水分，促进水化反应的进行，保持混凝土体积的稳定性。

本发明的有益效果：

1.本发明的混凝土抗裂膨胀剂不仅膨胀率高，补偿收缩作用好，能与混凝土强度相适应，且适应性强，可用于不同强度等级的混凝，还具有高效减水和一定的增强作用。

2.本发明的混凝土抗裂膨胀剂能使混凝土各龄期产生的收缩均能得到同步补偿，有利于混凝土抗裂性能和抗渗性能的提高。

3.在混凝土中掺加本发明的混凝土抗裂膨胀剂后能显著提高混凝土的密实度、抗渗性能、抗冲刷性能和耐磨性能。

4.本发明还实现了磷渣粉、镍渣粉和磷石膏的废物再利用，变废为宝，具有较好的生态效益。

5.本发明的制备方法简单易行，特别适合大规模推广应用。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明所用的磷渣取自山东某黄磷厂排放的工业废渣，其化学组成见表1。

表1磷渣的化学组成

组成	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	F<sup>-</sup>
								质量分数/%	39.95	4.03	1	45.84	2.82	1.41	2.34

本发明所用的镍渣取自山东临沂某镍矿企业排放的工业废渣，其化学组成见表2。

表2镍渣的化学组成

组成	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	SO<sub>3</sub>
							质量分数/%	46.44	6.10	8.1	10.92	26.27	0.02

本发明所用的磷石膏取自日照市某化工厂磷石膏堆场，灰白色，主要成分为二水硫酸钙（CaSO₄.2H₂O），比表面积为2750cm²/g,pH值为2.5，含游离水质量分数为20%，其化学组成见表3。

表3磷石膏的化学组成

组成	P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	SO<sub>3</sub>	烧失量
									质量分数/%	1.13	3.52	0.67	0.38	32.57	0.59	46.89	13.89

实施例1

一种混凝土抗裂膨胀剂，是由以下重量份的原料制得的：磷渣粉25份、镍渣粉13份、改性磷石膏25份、粉状萘系减水剂18份、膨胀蛭石粉7份、六偏磷酸钠4份、羟丙基甲基纤维素8份、淀粉化合物7份。

所述的，改性磷石膏是由磷石膏在惰性气体气氛下，600℃煅烧3h，自然降温至40℃，与改性剂混合均匀，加水至含水量25%，反应14h，烘干，得改性磷石膏。

所述的，磷石膏和改性剂的重量比为100：4。

所述的，改性剂是由硫酸铝、煅烧明矾石和偏硅酸钠按照1：0.8：0.4的重量比制得的。

所述的，淀粉化合物是由以下步骤制备得到的：

1）按重量份称取原料：木薯淀粉10份、聚乙二醇200 35份、盐酸2份、N,N-二甲基甲酰胺12份、氨基磺酸2份；

2）将木薯淀粉和聚乙二醇200加至反应釜中，搅拌均匀；再加入盐酸，升温至70℃，反应6h，过滤，得水解木薯淀粉；

3）将N,N-二甲基甲酰胺和氨基磺酸加至反应釜中，搅拌均匀；再加入水解木薯淀粉，升温至90℃，反应1h，自然冷却至室温，氢氧化钠溶液调节pH值至6.5-7.5，干燥，得淀粉化合物。

所述的，磷渣粉的比表面积为600-800m²/kg。

所述的，镍渣粉的比表面积为400-600m²/kg，

所述的，膨胀蛭石粉的粒径为35-45μm。

一种混凝土抗裂膨胀剂的制备方法，是由以下步骤制得的：

1）将磷渣粉和镍渣粉混合均匀，再加入改性磷石膏，混合均匀，得料1；

2）将粉状萘系减水剂、膨胀蛭石粉、六偏磷酸钠、羟丙基甲基纤维素和淀粉化合物混合均匀，得料2；

3）将料1均分为三份，将第一份加至料2中，混合均匀；再加入第二份，混合均匀；最后加入第三份，混合均匀，得混凝土抗裂膨胀剂。

实施例2

一种混凝土抗裂膨胀剂，是由以下重量份的原料制得的：磷渣粉20份、镍渣粉15份、改性磷石膏30份、粉状萘系减水剂15份、膨胀蛭石粉5份、六偏磷酸钠5份、羟丙基甲基纤维素10份、淀粉化合物5份。

所述的，改性磷石膏是由磷石膏在惰性气体气氛下，600℃煅烧2h，自然降温至50℃，与改性剂混合均匀，加水至含水量20%，反应16h，烘干，得改性磷石膏。

所述的，磷石膏和改性剂的重量比为100：3。

其余同实施例1。

实施例3

一种混凝土抗裂膨胀剂，是由以下重量份的原料制得的：磷渣粉30份、镍渣粉10份、改性磷石膏20份、粉状萘系减水剂20份、膨胀蛭石粉9份、六偏磷酸钠3份、羟丙基甲基纤维素5份、淀粉化合物10份。

所述的，改性磷石膏是由磷石膏在惰性气体气氛下，600℃煅烧3h，自然降温至30℃，与改性剂混合均匀，加水至含水量30%，反应12h，烘干，得改性磷石膏。

所述的，磷石膏和改性剂的重量比为100：5。

其余同实施例1。

对比例1

一种混凝土抗裂膨胀剂，是由以下重量份的原料制得的：磷渣粉38份、改性磷石膏25份、粉状萘系减水剂18份、膨胀蛭石粉7份、六偏磷酸钠4份、羟丙基甲基纤维素8份、淀粉化合物7份。

其余同实施例1。

对比例2

一种混凝土抗裂膨胀剂，是由以下重量份的原料制得的：镍渣粉38份、改性磷石膏25份、粉状萘系减水剂18份、膨胀蛭石粉7份、六偏磷酸钠4份、羟丙基甲基纤维素8份、淀粉化合物7份。

其余同实施例1。

对比例3

一种混凝土抗裂膨胀剂，是由以下重量份的原料制得的：磷渣粉25份、镍渣粉13份、粉状萘系减水剂18份、膨胀蛭石粉7份、六偏磷酸钠4份、羟丙基甲基纤维素8份、淀粉化合物7份。

其余同实施例1。

对比例4

一种混凝土抗裂膨胀剂，是由以下重量份的原料制得的：磷渣粉25份、镍渣粉13份、改性磷石膏25份、粉状萘系减水剂18份、膨胀蛭石粉7份、六偏磷酸钠4份、羟丙基甲基纤维素8份。

其余同实施例1。

测试例

将实施例1-3和对比例1-4制备的混凝土抗裂膨胀剂按照GB23439-2009《混凝土膨胀剂》的方法进行测试，掺量为2%。测试结果如表4所示。

表4 混凝土抗裂膨胀剂测试结果

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种混凝土抗裂膨胀剂，其特征在于，是由以下重量份的原料制得的：磷渣粉20-30份、镍渣粉10-15份、改性磷石膏20-30份、粉状萘系减水剂15-20份、膨胀蛭石粉5-9份、六偏磷酸钠3-5份、羟丙基甲基纤维素5-10份、淀粉化合物5-10份；

所述改性磷石膏是由磷石膏在惰性气体气氛下，600℃煅烧2-3h，自然降温至30-50℃，与改性剂混合均匀，加水至含水量20-30%，反应12-16h，烘干，得改性磷石膏；

所述淀粉化合物是由以下步骤制备得到的：

1）按重量份称取原料：木薯淀粉10份、聚乙二醇200 35份、盐酸2份、N,N-二甲基甲酰胺12份、氨基磺酸2份；

2）将木薯淀粉和聚乙二醇200加至反应釜中，搅拌均匀；再加入盐酸，升温至70℃，反应6h，过滤，得水解木薯淀粉；

3）将N,N-二甲基甲酰胺和氨基磺酸加至反应釜中，搅拌均匀；再加入水解木薯淀粉，升温至90℃，反应1h，自然冷却至室温，氢氧化钠溶液调节pH值至6.5-7.5，干燥，得淀粉化合物。

2.根据权利要求1所述混凝土抗裂膨胀剂，其特征在于，所述磷石膏和改性剂的重量比为100：3-5。

3.根据权利要求2所述混凝土抗裂膨胀剂，其特征在于，所述改性剂是由硫酸铝、煅烧明矾石和偏硅酸钠按照1：0.8：0.4的重量比制得的。

4.根据权利要求1所述混凝土抗裂膨胀剂，其特征在于，所述磷渣粉的比表面积为600-800m²/kg。

5.根据权利要求1所述混凝土抗裂膨胀剂，其特征在于，所述镍渣粉的比表面积为400-600m²/kg。

6.根据权利要求1所述混凝土抗裂膨胀剂，其特征在于，所述膨胀蛭石粉的粒径为35-45μm。

7.一种权利要求1-6中任一项所述混凝土抗裂膨胀剂的制备方法，其特征在于，是由以下步骤制得的：

1）将磷渣粉和镍渣粉混合均匀，再加入改性磷石膏，混合均匀，得料1；

2）将粉状萘系减水剂、膨胀蛭石粉、六偏磷酸钠、羟丙基甲基纤维素和淀粉化合物混合均匀，得料2；

3）将料1均分为三份，将第一份加至料2中，混合均匀；再加入第二份，混合均匀；最后加入第三份，混合均匀，得混凝土抗裂膨胀剂。