[发明专利]一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，特别是涉及一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土是目前世界上最大宗的建筑材料，价格低廉，应用广泛。但是水泥混凝土易收缩开裂，裂缝会使混凝土中的钢筋发生锈蚀，缩短工程结构的使用寿命，严重影响了混凝土的耐久性。为了解决水泥混凝土易收缩开裂的问题，研究人员发明了膨胀水泥以及水泥混凝土膨胀剂。

自20世纪30年代法国发明膨胀水泥以来，特别是自日本在膨胀水泥的基础上将其中的膨胀组分分离出来作为单独掺加的膨胀剂以来，混凝土膨胀剂逐渐发展为混凝土行业中用量最大的外加剂之一，广泛应用于地下防水防渗工程、超长结构以及各类大型的混凝土施工工程，成为防止混凝土收缩开裂的有效产品。

氧化钙作为一种膨胀熟料最先是在日本发明并推广应用的，国内对将氧化钙作为膨胀熟料的研究相对较少，一个原因是膨胀熟料易吸潮而失效，存放期短，膨胀剂成品保质期有限；另一个主要原因是氧化钙类膨胀剂和水反应迅速，大部分膨胀能消耗在混凝土产生结构强度之前的塑性阶段，作无用功。

因此需要对氧化钙类膨胀剂进行改进，如何延缓氧化钙类膨胀剂与水的接触，减少水泥混凝土塑性阶段膨胀剂的消耗，增加混凝土硬化后的有效膨胀能是膨胀剂研究及性能提升的难点之一。公开号CN103130437A的中国专利文献公开了一种混凝土膨胀剂的制备方法，是用石膏和氧化钙熔融煅烧形成石膏包裹氧化钙的膨胀熟料，进一步与其它粉料共同粉磨至比表面积140-400m²/kg后得到的。该发明的膨胀剂抗风化能力有所增强，产品保质期也有了延长，但是并不能解决混凝土塑性阶段膨胀剂过度消耗的问题。

发明内容

针对氧化钙类膨胀剂与水反应迅速，膨胀能在混凝土塑性阶段消耗过多的问题，本发明提供一种改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂及其制备方法，所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂可调节水化历程，减少混凝土塑性阶段无效膨胀、增加混凝土硬化后有效膨胀。

本发明专利所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂是利用丙烯酸聚合单体在氧化钙类熟料表面进行共聚反应，在氧化钙类熟料表面形成丙烯酸聚合物保护层，延缓其与水的接触，减少氧化钙类膨胀剂在混凝土塑性阶段的无效膨胀。

同时，由于丙烯酸聚合物形成的膜具有一定的水分透过性，通过控制其结构及其在氧化钙膨胀熟料表面的用量，调节水分渗透丙烯酸聚合物保护层后进入氧化钙颗粒内部与其反应的速度，从而达到调节了氧化钙类熟料的水化历程、提高氧化钙类膨胀剂性能的目的。

其次，为提高单体在氧化钙表面的聚合效率，本发明首先利用带有乙烯基基团的硅烷偶联剂键合在氧化钙表面，硅烷偶联剂的硅烷端与氧化钙熟料表面形成Si-O键，硅烷偶联剂末端的双键与可聚合单体进行自由基共聚，形成丙烯酸聚合物包裹改性氧化钙类膨胀熟料表面的水泥混凝土膨胀剂。

本发明所述改性氧化钙类水泥混凝土膨胀剂，由硅烷偶联剂键合丙烯酸聚合物与氧化钙类膨胀熟料组成。其中硅烷偶联剂占质量百分比为0.1％-10％，丙烯酸聚合物占质量百分比为0.1％-10％。

所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂。

所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种及一种以上任意比例混合物。

所述丙烯酸聚合物由(甲基)丙烯酸酯类单体或/和其它烯属单体共聚而成。

所述(甲基)丙烯酸酯类单体结构通式为CH₂＝CH-COO-R¹或CH₂＝C(CH₃)-COO-R¹，其中R¹为C1-C12的烷基；

作为优选，所述(甲基)丙烯酸酯类单体为(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯或(甲基)丙烯酸辛酯中的一种及一种以上任意比例的混合物；

所述其它烯属单体为苯乙烯，丙烯酸，甲基丙烯酸，丁烯二酸，丙烯腈或醋酸乙烯中的一种及一种以上任意比例的混合物。

所述氧化钙类膨胀熟料可以商购，其比表面积为100-600m²/kg，其中游离氧化钙含量(f-CaO)≥60％。