CN109095802B - 混凝土用膨胀剂、混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混凝土用膨胀剂、混凝土及其制备方法，其中，所述混凝土用膨胀剂含有膨胀剂基料和外加剂，所述外加剂为偏铝酸盐，所述偏铝酸盐和所述膨胀剂基料的质量比为1.0％‑3.0％。按质量份计，每立方米所述混凝土含有：水泥，240‑300份；混凝土用膨胀剂，15‑63份；砂，920‑1110份；石，810‑1000份；减水剂2.1‑3.6份；及水，160‑175份。本发明的技术方案能够提升混凝土的膨胀量，实现均匀的膨胀，增强混凝土的密实度。

Description

混凝土用膨胀剂、混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种混凝土用膨胀剂、混凝土及其制备方法。

背景技术

装配式建筑是建筑业发展的主要趋势，装配式建筑的主要结构形式则是预制混凝土结构。预制混凝土结构中预制构件之间的连接会带来大量的后浇混凝，普通混凝土浇筑后，不可避免地发生收缩，严重的甚至导致开裂，影响结构安全。在混凝土中掺加膨胀剂利用其产生的膨胀效应补偿混凝土的收缩制成体积稳定性好的补偿收缩混凝土是一种常用的经济，有效又实用的方法。

混凝土中加入膨胀剂后，膨胀剂水化既消耗了水或其它胶凝材料的水化产物，也生成了新物质，同时产生的膨胀应力对混凝土结构也有重要影响。按化学成分不同，膨胀剂主要分为硫铝酸钙类膨胀剂，氧化钙类膨胀剂和硫铝酸钙－氧化钙类膨胀剂和氧化镁类膨胀剂，这些膨胀剂对混凝土中矿物掺合料水化及混凝土抗碳化、抗硫酸盐侵蚀等造成影响。

膨胀剂能降低新拌混凝土流动性，且随掺量增加降低效果越明显。这是由于膨胀剂水化通常发生在早期，造成混凝土中自由水降低；水化生成的针状或柱状钙矾石和板状氢氧化钙显然增大了水泥净浆的粘度和屈服剪切应力，进而降低了新拌混凝土流动性。膨胀剂对混凝土密实度和水化产物有重要影响，当前很多膨胀剂的膨胀难以控制，在膨胀时产生的应力过大，反而降低了混凝土的密实度，混凝土耐久性得不到保证。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种混凝土用膨胀剂，旨在提升混凝土的膨胀量，实现均匀的膨胀，增强混凝土的密实度。

为实现上述目的，本发明提出的混凝土用膨胀剂，含有膨胀剂基料和外加剂，所述外加剂为偏铝酸盐，所述偏铝酸盐和所述膨胀剂基料的质量比为1.0％-3.0％。

可选地，所述膨胀剂基料为硫铝酸钙膨胀剂。

可选地，所述偏铝酸盐为偏铝酸钠和偏铝酸钾中的至少一种。

本发明还提出了一种混凝土，按质量份计，每立方米所述混凝土含有：

水泥，240-300份；

如前所述的混凝土用膨胀剂，15-63份；

砂，920-1110份；

石，810-1000份；

减水剂2.1-3.6份；及

水，160-175份。

可选地，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；和/或，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

可选地，所述砂为机制砂或河砂，细度模数为2.3-2.8；和/或，所述石为连续级配碎石，粒径为5mm-20mm。

可选地，按质量份计，每立方米所述混凝土还含有60-120份活性掺合料。

可选地，所述活性掺合料为粉煤灰和沸石粉中的至少一种。

本发明还提出了一种混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

按质量份计，提供15-63份混凝土用膨胀剂、240-300份水泥、920-1110份砂、810-1000份石、2.1-3.6份减水剂、及160-175份水；

混合所述混凝土用膨胀剂、所述水泥、所述砂、及所述石，得到混合基料；

混合所述减水剂和所述水，得到减水剂溶液；

于所述混合基料中加入所述减水剂溶液，搅拌混合，得到所述混凝土。

可选地，所述得到混合基料的步骤中，还加入了60-120份活性掺合料。

相较于现有技术，本发明的技术方案具有以下有益效果：混凝土用膨胀剂含有膨胀剂基料和外加剂，外加剂为偏铝酸盐，并通过合理调整偏铝酸盐和膨胀剂基料的配比，使得外加剂与膨胀剂基料很好地发挥协同作用，并有效地调节膨胀剂基料水化产物钙矾石的生成速率，以提升其膨胀量，从而实现较为均匀的膨胀，同时，当本发明混凝土用膨胀剂应用于混凝土时，可有效地增强混凝土的密实性。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种混凝土用膨胀剂，该混凝土用膨胀剂含有膨胀剂基料和外加剂，外加剂为偏铝酸盐，偏铝酸盐和膨胀剂基料的质量比为1.0％-3.0％。

膨胀剂基料作为膨胀剂的主要成分，使得膨胀剂具有较好的膨胀性能，加入混凝土后可利用其产生的膨胀效应补偿混凝土的收缩，以制备成体积稳定性好的补偿收缩混凝土。按照化学成分不同，膨胀剂基料分为硫铝酸钙类膨胀剂基料、氧化钙类膨胀剂基料、硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂基料、氧化镁类膨胀剂基料。膨胀剂基料的主要活性成分为氧化铝和氧化钙，用于混凝土时，膨胀剂基料通常于早期发生水化生产针状或柱状的钙矾石和板状氢氧化钙。偏铝酸盐作为外加剂，加入后，能与其中的膨胀剂基料发挥协同作用，促进膨胀剂基料的水化反应，并可提升水化产物钙矾石的生成速率，以提升膨胀量，从而实现均匀的膨胀，同时增强混凝土的密实性。

本发明混凝土用膨胀剂中，偏铝酸盐和膨胀剂基料的配比要适宜，二者的质量比为1.0％-3.0％，例如，采用偏铝酸盐和膨胀剂基料的质量比为1％，或者2％，或者3％。如若偏铝酸盐的用量少于1％，则不能与全部的膨胀剂基料发挥协同作用，最终使得膨胀量提升不明显，且膨胀均匀性和混凝土的密室性提升不明显；如若偏铝酸盐的用量多于3％，则会有部分的偏铝酸盐不能发挥其作用，造成资源浪费。

因此，相较于现有技术，本发明的技术方案具有以下有益效果：混凝土用膨胀剂含有膨胀剂基料和外加剂，外加剂为偏铝酸盐，并通过合理调整偏铝酸盐和膨胀剂基料的配比，使得外加剂与膨胀剂基料很好地发挥协同作用，并有效地调节膨胀剂基料水化产物钙矾石的生成速率，以提升其膨胀量，从而实现较为均匀的膨胀，同时，当本发明混凝土用膨胀剂应用于混凝土时，可有效地增强混凝土的密实性。

优选地，膨胀剂基料为硫铝酸钙膨胀剂。硫铝酸钙膨胀剂是一种高性能的膨胀剂，其主要成分是硫铝酸钙，当加入混凝土中，硫铝酸钙膨胀剂会产生膨胀效应，用以补偿混凝土的收缩以制成体积稳定性好的补偿收缩混凝土。

可选地，偏铝酸盐为偏铝酸钠和偏铝酸钾中的至少一种。偏铝酸钠和偏铝酸钾作为偏铝酸盐，加入后，能够有效促进膨胀剂基料的水化反应，提升水化物钙矾石的生成速率，从而提升其膨胀量。在本发明的一实施例中，采用偏铝酸钠，或者偏铝酸钾，或者二者的组合物。

本发明还提出了一种混凝土，按质量份计，每立方米混凝土含有：水泥，240-300份；混凝土用膨胀剂，15-63份；砂，920-1110份；石，810-1000份；减水剂2.1-3.6份；及水，160-175份。

水泥、砂、石、及水作为混凝土的基础成分，其中，水泥作为胶凝材料，会发生水化生成氢氧化钙，加入混凝土用膨胀剂，其中的活性成分氧化铝会与水泥水化产物作用，形成水化铝酸三钙，以使得混凝土具有较好的强度和密实性。为了保证混凝土较好的施工性，需要加入减水剂。减水剂对其中的水泥颗粒会产生强烈的分散作用，减水剂在水泥颗粒界面的吸附和形成的双电层，会使得水泥颗粒间产生静电斥应力，拆散其絮凝结构，从而使得混凝土开始流动的屈服剪切应力降低，获得高流动性能，同时能够有效地控制混凝土的用量，以保证力学与耐久性的要求。

本发明混凝土中各原料的用量要适宜，以使得最终制备得到的混凝土性能较佳。其中，按质量份计，每立方米混凝土中，水泥的用量为240-300份，比如采用240份，或者260份，或者300份；混凝土用膨胀剂的用量为15-63份，为混凝土中胶凝材料的5％-15％，比如采用15份，30份、50份，或者63份；砂用量为920-1110份，比如采用920份、1000份、或者1110份；石的用量为810-1000份，比如采用810份，900份，或者1000分别；减水剂的用量为2.1-3.6份，比如采用2.1份、3.0份、或者3.6份；水的用量为160-175份，比如采用160份、170份、或者175份。

可选地，水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。本发明选用水泥为强度等级42.5硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；当然，该水泥亦可选用其他类型的水泥，例如，32.5硅酸盐水泥、52.5硅酸盐水泥、62.5硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥，或特种水泥等。

可选地，减水剂为聚羧酸减水剂。聚羧酸减水剂具有极强的减水性能，且氯离子含量低、碱含量高，有利于混凝土的耐久性。并且加入后，能够大幅度地提高混凝土的早期、后期强度。同时，聚羧酸高性能减水剂与混凝土的水泥相容性较好，使得混凝土的坍落度保持性能较好，且能延长混凝土的施工时间。

可选地，砂为机制砂或天然河砂，细度模数为2.3-2.8。机制砂和天然河砂作为砂的一种，是一种粒状松散材料，通常用于混凝土，起到骨架或填充的作用。选用的砂的细度模数为2.3-2.8，效果较佳，且制备的混凝土均匀性较好。例如采用砂的细度模数为2.3、或者2.5，或者2.8。

可选地，石为连续级配碎石，粒径为5mm-20mm。采用连续级配碎石，可以提高混凝土的强度和和易性，减少浆体体积，提高体积稳定性。连续级配碎石的粒径优选为5mm-20mm，比如粒径为5mm，或者10mm，或者15mm，或者20mm。若粒径小于5mm，则提升混凝土强度效果不明显；若粒径大于20mm，则不能有效减少浆体体积，且混凝土的均匀性不明显。

进一步地，按质量份计，每立方米混凝土还含有60-120份活性掺合料。活性掺合料作为胶凝材料，加入后，能够改善混凝土性能，节约用水，调节混凝土强度等级。活性掺合料本身不硬化或其硬化速度很缓慢，但能与水泥水化生成氧化钙起反应，生成具有胶凝能力的水化产物。并且，在减水剂存在的情况下，能够增加混凝土的流动性、粘聚性、及保水性；改善混凝土的可泵性；同时提高硬化混凝土的强度和耐久性。当然地，活性掺合料的用量要适宜，本发明选用每立方米混凝土加入60-120份活性掺合料，比如加入60份活性掺合料，或者加入100份活性掺合料，或者加入120份活性掺合料。若加入的活性掺合料含量少于60份，其提升混凝土的性能不太明显；若加入的活性掺合料含量多于120份，则会有部分的活性掺合料不能充分发挥其作用，造成资源浪费。

需要说明的是，常用的活性掺合料有粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、沸石粉、及硅灰。

可选地，活性掺合料为粉煤灰和沸石粉中的至少一种。本发明的活性掺合料选用粉煤灰，或者沸石粉，或者二者的复合物。优选地，活性掺合料采用粉煤灰和沸石粉组成的复合矿物掺合料，加入后，能够更有效地改善混凝土性能，节约用水，调节混凝土强度等级。

本发明还提出一种混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

按质量份计，提供15-63份混凝土用膨胀剂、240-300份水泥、920-1110份砂、810-1000份石、2.1-3.6份减水剂、及160-175份水；

混合混凝土用膨胀剂、水泥、砂、及石，得到混合基料；

混合减水剂和水，得到减水剂溶液；

于混合基料中加入减水剂溶液，搅拌混合，得到混凝土。

具体地，首先称取15-63份混凝土用膨胀剂、240-300份水泥、920-1110份砂、810-1000份石、2.1-3.6份减水剂、及160-175份水；然后将混凝土用膨胀剂、水泥、砂、及石依次加入至搅拌机中，于室温下搅拌2-4min，得到混合均匀的混合基料。接着将减水剂和水加入至另一搅拌机中，搅拌混合得到均匀的减水剂溶液。最后，将配置好的减水剂溶液缓慢地加入至混合基料中，继续搅拌至得到混合均匀的混凝土。本发明中，减水剂以溶液的形式加入，能够更好地分散至混合基料中，使得减水剂的性能得到充分的发挥，从而使得最终制备的混凝土流动性能较佳。

需要说明的是，在制备过程中，制备混合基料的步骤和制备减水剂溶液的步骤可以调换顺序。

进一步地，得到混合基料的步骤中，还加入了60-120份活性掺合料。活性掺合料的加入，能够改善混凝土性能，节约用水，调节混凝土强度等级。

以下通过具体实施例对本发明混凝土用膨胀剂、混凝土及其制备方法进行说明。

实施例一

按质量份计，每立方米混凝土含有：水泥300份，混凝土用膨胀剂31.465份，活性掺合料60份，砂970份，石950份，水165份，及减水剂3.6份；其中，31.465份混凝土用膨胀剂含有硫铝酸钙膨胀剂31份，偏铝酸钠0.31份及偏铝酸钾0.155份；60份活性掺合料含有粉煤灰30份和沸石粉30份。

本实施例混凝土的制备方法包括以下步骤：

将水泥、混凝土用膨胀剂、活性掺合料、砂、及石依次加入至搅拌机中，于常温下，搅拌2min，得到混合基料；

将减水剂和水依次加入至搅拌机中，搅拌均匀，制备得到减水剂溶液；

将制备好的减水剂溶液缓慢地加入至盛有混合基料的搅拌机中，搅拌均匀即可得到混凝土。

将搅拌好的混凝土浇筑至模具中，并于其浇筑成型过程中对混凝土进行性能测试，性能测试结果见表1。

实施例二

按质量份计，每立方米混凝土含有：水泥240份，混凝土用膨胀剂28.28份，活性掺合料120份，砂920份，石1000份，水170份，及减水剂3.4份；其中，28.28份混凝土用膨胀剂含有硫铝酸钙膨胀剂28份和偏铝酸钠0.28份；120份活性掺合料含有粉煤灰40份和沸石粉80份。

本实施例混凝土的制备方法参照实施例一所述的制备方法，在此不再一一赘述。

并将本实施例搅拌好的混凝土浇筑至模具中，并于其浇筑成型过程中对混凝土进行性能测试，性能测试结果见表1。

实施例三

按质量份计，每立方米混凝土含有：水泥280份，混凝土用膨胀剂34.816份，活性掺合料80份，砂1110份，石810份，水175份，及减水剂3.2份；其中，34.816份混凝土用膨胀剂含有硫铝酸钙膨胀剂34份和偏铝酸钾0.816份；80份活性掺合料含有粉煤灰10份和沸石粉70份。

本实施例混凝土的制备方法参照实施例一所述的制备方法，在此不再一一赘述。

并将本实施例搅拌好的混凝土浇筑至模具中，并于其浇筑成型过程中对混凝土进行性能测试，性能测试结果见表1。

实施例四

按质量份计，每立方米混凝土含有：水泥290份，混凝土用膨胀剂32.96份，活性掺合料70份，砂920份，石1000份，水160份，及减水剂3.6份；其中，32.96份混凝土用膨胀剂含有硫铝酸钙膨胀剂32份、偏铝酸钠0.48份及偏铝酸钾0.48份；70份活性掺合料含有粉煤灰30份和沸石粉40份。

本实施例混凝土的制备方法参照实施例一所述的制备方法，在此不再一一赘述。

并将本实施例搅拌好的混凝土浇筑至模具中，并于其浇筑成型过程中对混凝土进行性能测试，性能测试结果见表1。

表1各实施例浇筑成型过程中混凝土的性能测试结果表

由表1可以看出，实施例一至实施例四最终制备得到的混凝土不泌浆，易密实，具有较高的抗压强度，且表面均无明显缺陷。而且，各实施例中混凝土的坍落流动度稳定性较好，说明混凝土工作性能较好。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种混凝土用膨胀剂，其特征在于，所述混凝土用膨胀剂由膨胀剂基料和外加剂组成，所述外加剂为偏铝酸盐，所述偏铝酸盐和所述膨胀剂基料的质量比为1.0％-3.0％；所述膨胀剂基料为硫铝酸钙膨胀剂；所述偏铝酸盐为偏铝酸钠和偏铝酸钾中的至少一种。

2.一种混凝土，其特征在于，按质量份计，每立方米所述混凝土含有：

水泥，240-300份；

如权利要求1所述的混凝土用膨胀剂，15-63份；

砂，920-1110份；

石，810-1000份；

减水剂2.1-3.6份；及

水，160-175份。

3.如权利要求2所述的混凝土，其特征在于，所述水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；和/或，

所述减水剂为聚羧酸减水剂。

4.如权利要求2所述的混凝土，其特征在于，所述砂为机制砂或河砂，细度模数为2.3-2.8；和/或，

所述石为连续级配碎石，粒径为5mm-20mm。

5.如权利要求2至4中任一项所述的混凝土，其特征在于，按质量份计，每立方米所述混凝土还含有60-120份活性掺合料。

6.如权利要求5所述的混凝土，其特征在于，所述活性掺合料为粉煤灰和沸石粉中的至少一种。

7.如权利要求2所述的混凝土的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

按质量份计，提供15-63份如权利要求1所述的混凝土用膨胀剂、240-300份水泥、920-1110份砂、810-1000份石、2.1-3.6份减水剂、及160-175份水；

混合所述混凝土用膨胀剂、所述水泥、所述砂、及所述石，得到混合基料；

混合所述减水剂和所述水，得到减水剂溶液；

于所述混合基料中加入所述减水剂溶液，搅拌混合，得到所述混凝土。

8.如权利要求7所述的混凝土的制备方法，其特征在于，所述得到混合基料的步骤中，还加入了60-120份活性掺合料。