[发明专利]一种混凝土膨胀剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土掺合料，特别涉及混凝土膨胀剂。 

背景技术

目前用于水泥混凝土及砂浆的膨胀剂主要有四种：氧化钙水化生成氢氧化钙，氧化镁水化生成氢氧化镁，氧化铁水化生成氢氧化铁，以及由Al³⁺、SO₄^2-和Ca(OH)₂生成水化硫铝酸钙又名钙矾石(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)。由于前三种的水化反应对水化温度和膨胀剂的物化性能非常敏感，因此使用较少，目前只有生成钙矾石为膨胀源的物质广泛用于生产膨胀剂。如明矾石膨胀剂，其反应式为：2KAl₃(SO₄)₂(OH)₆ + 13Ca(OH)₂ + 5CaSO₄ + 78H₂O→3(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)+2KOH。除生成钙矾石膨胀源外还同时生成KOH，这就增加发生碱骨料反应的可能性。 

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种不包含碱性材料、价格便宜、来源广泛和性能可控的新型混凝土膨胀剂。 

为解决上述问题，本发明采用的方案为： 

一种混凝土膨胀剂，包括II型硬石膏和粉煤灰，粉煤灰含量按质量百分比为0－50%，余量为II型硬石膏。上述II型硬石膏可以是天然硬石膏，或者由天然二水石膏或化学石膏经500～1000℃煅烧而成。其中的化学石膏可以是磷石膏、脱硫石膏、盐石膏等。

本发明的膨胀原理是：纯硬石膏水化成二水石膏时体积要增大1.4倍，理论计算如表1。 

表1. 硬石膏水化成二水石膏体积膨胀的理论值 

    硬石膏除自身水化膨胀外，还要和水泥水化产物的铝酸钙C₃AH₆及单硫型的硫铝酸钙3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·12H₂O(AFm)反应生成钙矾石3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O (AFt)针状晶体而产生体积膨胀，其理论计算如表2和表3。

         表2.水化铝酸钙C₃AH₆和硬石膏水化后体积膨胀理论值 

表3. AFm和硬石膏水化后体积膨胀理论值

    为了生成更多的钙矾石，可掺入适量的粉煤灰，因为粉煤灰中的含铝量较高，一般在20%左右。在水泥混凝土(砂浆)中只要有Al³⁺、SO₄^2-和Ca(OH)₂ 就能生成水化硫铝酸钙(钙矾石)。

本发明的硬石膏膨胀剂在水泥混凝土砂浆中的用量，根据使用要求可在8～20％之间变动。最好在10～15%之间应用。另外，膨胀效果的早迟和Ⅱ型硬石膏的水化性能有很大关系，天然硬石膏在地下高温高压下形成，颗粒致密，所以水化速度很慢，而用二水石膏煅烧成的硬石膏水化速度相对较快。煅烧温度对硬石膏也有很大影响，煅烧超过500℃后，温度越高水化速度相对越慢。 

本发明的有益效果是：本发明的混凝土膨胀剂的主要原料为脱硫石膏渣和粉煤灰，均为工业固体废弃物，用它们来代替天然石膏这种不可再生资源用于混凝土膨胀剂，减少了工业固体废弃物的堆放，变废为宝，有着显著的经济和社会效益；本发明用于膨胀的物质不包括碱性材料，不会导致碱骨料反应。煅烧温度不同，产生硬石膏的水化率不同，由此引起的膨胀量不同，另外加入粉煤灰的量不同也会影响混凝土的膨胀量，因此可以根据工程具体要求不同选择不同复合程度的膨胀剂。 

附图说明

图1为天然硬石膏、500℃、700℃和900℃煅烧脱硫石膏的硬石膏作为膨胀剂在1∶2水泥砂浆中内掺12％的膨胀效果图。图中，①为500℃煅烧脱硫石膏的硬石膏；②为700℃ 煅烧脱硫石膏的硬石膏；③为900℃煅烧脱硫石膏的硬石膏；④为天然硬石膏。