一种用于装饰混凝土的白色膨胀剂及其制备方法
技术领域
本发明属于特种水泥应用技术领域,具体涉及一种用于提高装饰混凝土抗裂性能的白色膨胀剂。
背景技术
随着科技的进步,混凝土材料向多色彩、多造型、艺术化发展已成为一个时尚潮流,其应用方式扩大到人们生活的方方面面。白水泥由于颜色洁白,便于掺入各种矿物颜料配制成彩色水泥或彩色混凝土,即可定制,也可现浇,成为人们乐于采用的一种装饰混凝土材料。近几年来,装饰混凝土项目广泛涉及多种类型的装饰混凝土产品,如白色清水混凝土、彩色UHPC、彩色预应力混凝土挂板、装饰保温一体化混凝土板等,这些项目的功能性和表现力有较大的提升,与建筑设计相得益彰,得到了建筑师的广泛认可。同时,装饰混凝土应用范围也越来越广泛,覆盖面越来越广,如文体、办公、教育、餐饮、娱乐、居住等方面,并覆盖了新建、改扩建等不同建设性质的项目,涉及建筑室内装修到各类建筑表皮,从二维平面到三维连续动态建筑形体等。随着装饰混凝土的推广应用,装饰混凝土的收缩裂缝成为阻止其推广应用的关键因素。
装饰混凝土是以白水泥为主要胶凝材料,使用白色或浅色矿石为骨料制备混凝土,由于白水泥与普通硅酸盐水泥几乎一致的矿物组成,所以白水泥水化和使用过程中产生的收缩是装饰混凝土产生收缩开裂的关键因素。如何补偿白水泥水化和使用过程中产生收缩是解决装饰混凝土收缩开裂的关键,采用膨胀剂配制补偿收缩混凝土是解决混凝土收缩开裂问题的主要技术途径之一。但是,目前市场上常用的膨胀剂主要补偿普通混凝土的收缩开裂,颜色黑色和红色居多,而装饰混凝土的颜色和光泽度等表观性能限定其不能使用常规膨胀剂补偿收缩开裂,急需开发可以用于补偿装饰混凝土收缩开裂的白色膨胀剂。
发明内容
针对现有膨胀剂产品白度低、颜色更是五花八门、不能用于补偿装饰混凝土收缩开裂的问题,本发明提供一种白度高、膨胀效能大、可用于补偿装饰混凝土收缩开裂的白色膨胀剂及其制备方法。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供了一种用于装饰混凝土的白色膨胀剂,以低铁高钙石灰石为钙质原料,以模具石膏为硫质原料,以氯化钙和硫酸钡的混合物为复合矿化剂,按重量份数为低铁高钙石灰石60-75份,模具石膏25-40份,复合矿化剂2-4份制得的生料粉以低灰分燃料为煅烧能源在1250℃-1350℃温度下煅烧制成;
所述低铁高钙石灰石中CaO含量≥54wt%,Fe2O3含量≤0.5wt%;
所述模具石膏中SO3含量≥45wt%,白度≥85%;
所述复合矿化剂由质量百分比为40%~60%氯化钙和40%~60%硫酸钡组成。
本发明以白度不小于85%的模具石膏为制备膨胀剂的硫质原料,与现有的天然石膏、磷石膏、脱硫石膏等硫质原料相比,在给膨胀剂生料提供SO3成分的同时,可提高烧成膨胀剂产品的白度。
本发明所述的一种用于装饰混凝土的白色膨胀剂的制备方法,具有如下工艺步骤:
(1)先将低铁高钙石灰石、模具石膏和复合矿化剂三种原料按照上述重量份数配料后送入立式磨机共同粉磨至250~300目制成生料粉;
(2)将步骤(1)粉磨后的生料粉喂入回转窑内煅烧,以低灰分燃料为煅烧能源,煅烧温度为1250℃-1350℃,煅烧时间为60~90min;
(3)步骤(2)中生料粉煅烧结束后,将煅烧物质粉磨至比表面积为300~400m2/kg,即得到本发明一种用于装饰混凝土的白色膨胀剂。
所述的制备方法中,所述低灰分燃料采用热值8000-8500cal/kg的石油焦。
采用以上设计,本发明提供了一种用于补偿装饰混凝土收缩开裂的白色膨胀剂,主要矿物成分为游离氧化钙和游离硫酸钙。本发明与现有膨胀剂产品相比,以低铁高钙石灰石为钙质原料,以高白度模具石膏为硫质原料,通过复合矿化剂调节,在保证膨胀效能的前提下,显著提高了膨胀剂产品的白度,为膨胀剂产品在装饰混凝土中的应用提供了保障,可有效补偿装饰混凝土的收缩,提高了装饰混凝土的抗裂性填补了膨胀剂产品在装饰混凝土领域的空白,应用前景广阔。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明一种用于补偿装饰混凝土收缩的白色膨胀剂制备方法的技术特征作进一步的阐述。本发明下述实施例中使用的低铁高钙石灰石来自江苏船山矿业股份有限公司,模具石膏来自景德镇乐华陶瓷洁具有限公司,氯化钙来自浙江大成钙业有限公司,硫酸钡来自上海缘江化工有限公司。
实施例1
先将60份低铁高钙石灰石、40份模具石膏和2份复合矿化剂三种原料按比例配料后粉磨成细度为250目的生料粉,其中复合矿化剂由质量分数为40%的氯化钙和60%的硫酸钡组成;以石油焦为燃料将生料粉在回转窑内进行高温煅烧,煅烧温度设定为1250℃,煅烧时间设定为90分钟,经回转窑煅烧的烧成熟料由窑头卸出,经单筒冷却机快速风冷后制得膨胀熟料;最后将膨胀熟料粉磨至比表面积为350m2/kg,即得到本发明一种用于补偿装饰混凝土的白色膨胀剂实施例WEA-1。
实施例2
先将65份低铁高钙石灰石、35份模具石膏和2份复合矿化剂三种原料按比例配料后粉磨成细度为280目的生料粉,其中复合矿化剂由质量分数为50%的氯化钙和50%的硫酸钡组成;以石油焦为燃料将生料粉在回转窑内进行高温煅烧,煅烧温度设定为1300℃,煅烧时间设定为75分钟,经回转窑煅烧的烧成熟料由窑头卸出,经单筒冷却机快速风冷后制得膨胀熟料;最后将膨胀熟料粉磨至比表面积为325m2/kg,即得到本发明一种用于补偿装饰混凝土的白色膨胀剂实施例WEA-2。
实施例3
先将70份低铁高钙石灰石、30份模具石膏和3份复合矿化剂三种原料按比例配料后粉磨成细度为300目的生料粉,其中复合矿化剂由质量分数为55%的氯化钙和45%的硫酸钡组成;以石油焦为燃料将生料粉在回转窑内进行高温煅烧,煅烧温度设定为1350℃,煅烧时间设定为60分钟,经回转窑煅烧的烧成熟料由窑头卸出,经单筒冷却机快速风冷后制得膨胀熟料;最后将膨胀熟料粉磨至比表面积为300m2/kg,即得到本发明一种用于补偿装饰混凝土的白色膨胀剂实施例WEA-3。
实施例4
先将75份低铁高钙石灰石、25份模具石膏和4份复合矿化剂三种原料按比例配料后粉磨成细度为260目的生料粉,其中复合矿化剂由质量分数为60%的氯化钙和40%的硫酸钡组成;以石油焦为燃料将生料粉在回转窑内进行高温煅烧,煅烧温度设定为1350℃,煅烧时间设定为90分钟,经回转窑煅烧的烧成熟料由窑头卸出,经单筒冷却机快速风冷后制得膨胀熟料;最后将膨胀熟料粉磨至比表面积为400m2/kg,即得到本发明一种用于补偿装饰混凝土的白色膨胀剂实施例WEA-4。
对比例1
先将60份低铁高钙石灰石、40份模具石膏和2份复合矿化剂三种原料按比例配料后粉磨成细度为250目的生料粉,其中复合矿化剂由质量分数为40%的氯化钙和60%的硫酸钡组成;以煤粉为燃料将生料粉在回转窑内进行高温煅烧,煅烧温度设定为1250℃,煅烧时间设定为90分钟,经回转窑煅烧的烧成熟料由窑头卸出,经单筒冷却机快速风冷后制得膨胀熟料;最后将膨胀熟料粉磨至比表面积为350m2/kg,即得到使用煤粉为燃料煅烧制备的本发明膨胀剂对比例DEA-1。
对比例2
先将60份低铁高钙石灰石、40份磷石膏和2份复合矿化剂三种原料按照按比例配料后粉磨成细度为250目的生料粉,其中复合矿化剂由质量分数为40%的氯化钙和60%的硫酸钡组成;以石油焦为燃料将生料粉在回转窑内进行高温煅烧,煅烧温度设定为1250℃,煅烧时间设定为90分钟,经回转窑煅烧的烧成熟料由窑头卸出,经单筒冷却机快速风冷后制得膨胀熟料;最后将膨胀熟料粉磨至比表面积为350m2/kg,即得到使用磷石膏为硫质原料煅烧制备的本发明膨胀剂对比例DEA-2。
对比例3
先将60份低铁高钙石灰石、40份模具石膏两种原料按比例配料后粉磨成细度为250目的生料粉,以石油焦为燃料将生料粉在回转窑内进行高温煅烧,煅烧温度设定为1250℃,煅烧时间设定为90分钟,经回转窑煅烧的烧成熟料由窑头卸出,经单筒冷却机快速风冷后制得膨胀熟料;最后将膨胀熟料粉磨至比表面积为350m2/kg,即得到未使用复合矿化剂时煅烧制备的本发明膨胀剂对比例DEA-3。
对比例4
先将60份高钙石灰石(CaO含量≥53%)、40份模具石膏和2份复合矿化剂三种原料按比例配料后粉磨成细度为250目的生料粉,其中复合矿化剂由质量分数为40%的氯化钙和60%的硫酸钡组成;以石油焦为燃料将生料粉在回转窑内进行高温煅烧,煅烧温度设定为1250℃,煅烧时间设定为90分钟,经回转窑煅烧的烧成熟料由窑头卸出,经单筒冷却机快速风冷后制得膨胀熟料;最后将膨胀熟料粉磨至比表面积为350m2/kg,即得到使用高钙石灰石为钙质原料煅烧制备的本发明膨胀剂对比例DEA-4。
对比例5
根据现有公开的专利技术氧化钙类膨胀剂的制备方法(CN101774777B),将质量比为90:10的石灰石和复合矿化剂混合后经球磨机共同粉磨至细度为200m2/㎏的生料粉,其中复合矿化剂由50%的石膏和50%的铜渣组成。将粉磨后的生料粉在1250℃下煅烧,并在该温度下保温80min,保温结束后立即取出烧成样品在空气中淬冷,制得氧化钙膨胀熟料。最后将膨胀熟料粉磨至比表面积为350m2/kg,即得到使用现有公知技术煅烧制备的本发明膨胀剂对比例DEA-5。
按照GB/T2015-2017《白色硅酸盐水泥》规定的测试方法检测本发明实施例1-实施例4和对比例1-对比例5的白度,测试结果见表1所示。由表中数据可知,本发明实施例所制得的白色膨胀剂的白度在84.0%-86.0%之间,接近白水泥2级白度(P·W-2≥87%),满足膨胀剂在装饰混凝土中使用时的白度要求;对比例所制得的膨胀剂的白度明显小于实施例制得的膨胀剂的白度,无法满足膨胀剂在装饰混凝土中使用时的白度要求。
表1各实施例及对比例制得膨胀剂的白度测试结果
|
实施例1 |
实施例2 |
实施例3 |
实施例4 |
对比例1 |
对比例2 |
对比例3 |
对比例4 |
对比例5 |
白度 |
85.0% |
85.5% |
84.0% |
86.0% |
70.0% |
52.0% |
65.0% |
55.0% |
35.0% |
采用GB8076规定的基准水泥,在水泥中掺入5wt%的本发明实施例1~实施例4和对比例1~对比例5,按照GB23439-2017《混凝土膨胀剂》的规定进行检测,其膨胀性能和力学性能见表2。由表2中数据可知,本发明实施例和对比例均能满足GB23439-2017中Ⅱ型膨胀剂产品的指标要求,与对比例相比,本发明实施例具有更优异的膨胀性能,可为装饰混凝土收缩补偿提供更好的膨胀剂产品。
表2各实施例及对比例的膨胀性能及力学性能
应用实施例1
采用江西银杉白水泥有限公司生产的P·W42.5级白色硅酸盐水泥,以南京市六合区建宁石英砂厂生产的石英砂为细集料,以镇江茅迪玄武岩碎石为粗集料,以江苏苏博特新材料股份有限公司生产的PCA聚羧酸减水剂为减水剂,固定水胶比为0.35,将本发明制得的白色膨胀剂实施例WEA-1和对比例DEA-5均等质量替代水泥总量的5%,不掺膨胀剂的混凝土基准样用空白表示。混凝土配合比见表3。选用圆环法来研究本发明膨胀剂实施例和对比例对装饰混凝土的收缩开裂性能的影响。在内、外同心钢环模具和底模之间浇筑试件,硬化后的试件高度为150mm,内径为250mm,外径为300mm。混凝土拌和后,用筛网筛去粗集料,然后将新拌砂浆浇注在两个同心环之间,浇注过程中注意捣实,排出气泡。浇筑成型后放入标准养护室养护7d,拆除外膜,并在试件顶面涂上石蜡进行密封,再放入温度为20±2℃、相对湿度60±5%的干燥条件下进行养护。从养护初始开始,每隔0.5d定时观测裂缝出现的初始开裂时间,干燥养护28d后测试开裂试件的平均裂缝宽度,用初始开裂时间和平均裂缝宽度来表征装饰混凝土抵抗收缩开裂能力的效果,用试件色泽来表征装饰混凝土的外观质量。测试结果见表4。由表4中数据可知,本发明实施例和对比例均能延长装饰混凝土的初始开裂时间,降低平均裂缝宽度,具有优异的收缩补偿效果,与对比例相比,本发明实施例具有更优异的收缩补偿效果,而且外观装饰效果良好。
表3混凝土配合比
表4掺入膨胀剂混凝土测试性能
编号 |
初始开裂时间/d |
平均裂缝宽度/mm |
表观效果 |
空白 |
9 |
1.88 |
白色、色泽观感良好 |
WEA-1 |
38.5 |
0.55 |
白色、色泽观感良好 |
DEA-5 |
35 |
0.63 |
灰色、色泽观感较差 |