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企业产品》膨胀剂-庐江矾矿膨胀剂厂制造

膨胀剂-庐江矾矿膨胀剂厂制造
信息来源:庐江矾矿膨胀剂厂   时间:2014年2月21日

   一、混凝土膨胀剂研发过程:
混凝土是土木工程中应用最广泛的建筑材料之一,随着建筑材料和建筑施工技术的发展,对混凝土的性能要求越来越高,高耐久性成了混凝土研究急需解决的问题之一。混凝土耐久性研究中一个最棘手的问题是,如何控制和防止有害裂缝的产生。尽管造成混凝土开裂的原因是多种多样的,对应的措旖也应各有不同, 大量的应用实践表明掺加膨胀剂, 形成补偿收缩,是抑制早期收缩裂缝的最方便、最经济、最有效的措施。混凝土膨胀剂膨胀源及其应用混凝土膨胀剂在工程应用中可以起到很好的补偿收缩作用, 可有效地抑制混凝土早期裂缝的产生。我国目前使用的绝大多数混凝土膨胀剂的膨胀源为钙矾石,因此有必要先很好地认识钙矾石,从而了解和掌握混凝土膨胀剂的作用机理。
  二、膨胀剂分类及其作用机理:  膨胀剂是一种在水泥凝结硬化过程中混凝土产生可控膨胀,减少收缩的外加剂。在水泥水化和硬化阶段,膨胀剂本身可产生膨胀,也可与水泥混凝土中其它成分反应产生膨胀。按化学成分的不同可以将膨胀剂分为:硫铝酸盐膨胀剂;石灰系膨胀剂:铁粉系膨胀剂:氧化镁系膨胀剂以及复合型膨胀剂。
   三、混凝土膨胀剂分类
  1硫铝酸盐系膨胀剂:  凡是与水泥、水拌合后经水化反应生成钙矾石,或主要生成钙矾石的混凝土膨胀剂,称之为硫铝酸盐系膨胀剂。该类膨胀剂目前占用比例最大,使用广泛。主要品种见表1:
 硫铝酸钙膨胀剂 8%~10% CSA 铝土矿、石灰石、石膏 钙矾石; u型膨胀剂 l0%~12% UEA 硫铝酸盐熟料、明矾石、石膏 钙矾石
 铝酸钙膨胀剂 6%~8% AEA 铝酸钙熟料、明矾石、石膏 钙矾石; 明矾石膨胀剂 8%~l0% 队一L 明矾石、石膏 钙矾石
u型高效膨胀剂 8%~lO% UEA.H 硫铝酸盐熟料、氧化铝、石膏 钙矾石
  所有类型的硫铝酸盐系膨胀剂膨胀源都是钙矾石或以钙矾石为主,它是由膨胀剂组分中的硫酸盐离子、铝离子以及钙离子、碱介质等生成的硫酸盐离子、铝离子可以由膨胀剂中的CaS04、CaS04·2H20或明矾石提供,钙离子和碱介质由水泥熟料水化提供。当膨胀剂掺入到水泥混凝土中,形成均匀的钙矾石晶体而产生膨胀作用。从钙矾石形成的反应式可知: 6CaO+AI203+3S03+32H2O一3Ca0·hh03·3CAS04·32H20
  钙矾石之所以会产生膨胀,是由于在其形成过程中,结合和吸附了32个水分子,其中点阵牢固结合水6个,配位水26个,这使得钙矾石的固相体积增大l25%左右,同时又由于其在水化硬化过程中的结晶压力和吸水肿胀变形,在约束条件下转变为水泥石的自压应力而使水泥石结构具有较好的抗拉变形能力。水化产物钙矾石作为绝大多数混凝土膨胀剂的膨胀源,在整个水化过程中的稳定性以及其晶型结构状态对混凝土膨胀剂的性能与质量起着决定性作用。
  2石灰系膨胀剂:  石灰系膨胀剂是指与水泥、水拌合后经水化反应生成氢氧化钙的混凝土膨胀剂,其膨胀源为Ca(OH)2。日本首先研制推广使用了这类膨胀剂。其膨胀反应为:  CaO+H2O— Ca (OH)2  Vca0:V :Vca(oH)2=16.8:18:33.2,反应后固相体积几乎增加1倍。
  目前,石灰系膨胀剂主要用于大型设备的基础制各灌浆料和地脚螺栓等灌浆, 以及用于无声爆破时的静态破碎剂。石灰系膨胀剂由于其膨胀速率对温度、湿度等环境影响十分敏感而较难于控制,生产及使用时间不能间隔过长,保质期短等原因而较少用于一般混凝土的补偿收缩。
  3铁粉系膨胀剂:  铁系膨胀剂是利用机械加工产生的废料一铁屑作为主要原料, 外加某些氧化剂(重铬酸盐和高锰酸盐等),氯盐和减水剂混合制成。膨胀源为
  Fe(0H)2。其主要化学反应式为[3]:  Fe+RX2+2H20~FeX;+R(OH)2+H2  FeX2+R (OH)2一Fe (0H)2+RX2
  铁粉系膨胀剂目前用量很少,仅用于二次灌浆的有约束工程部位,如设备底座与混凝土基础之问的灌浆, 已硬化混凝土的接缝、地脚螺栓的锚固、管子接头等。
  4复合膨胀剂:  复合膨胀剂是指膨胀剂与其他~"l-)JIJ剂复合具有除膨胀性能外还兼具其他性能的复合外加剂,如兼有减水、缓凝、防冻、泵送、引气、早强等性能。近年来,随着超高层大体积混凝土工程的发展,对混凝土的施工性、使用性、耐久性等方面的要求都不断提高,膨胀剂己在随着复合化趋势方向发展,复合膨胀剂的应用愈来愈普遍。但是,膨胀剂与其他减水剂等外加剂有这着很大不同, 在采用复合膨胀剂时必须根据工程的需要,经试验后使用。
  四、膨胀剂对新拌混凝土性能影响:  通常采用内掺法(即膨胀剂等量取代水泥)来配制膨胀混凝土。在总胶凝材料用量不变情况下,由于生成大量钙矾石的缘故,新拌混凝土性能在几个方面发生了变化。
  2.1需水量增大,流动性降低:  在水泥水化过程中,早期的水化产物钙矾石量大于纯水泥水化反应产生的钙矾石,钙矾石中含有32个结晶水以需水量增大。因此,在相同水灰比条件下,掺膨胀剂混凝土流动性或坍落度有所降低,且坍落度损失也会增大; 当坍落度相同时,单独掺入膨胀剂(不掺高效减水剂)的混凝土需水量一般略高于未掺膨胀剂的混凝土。
  2.2泌水率降低、沉降率缩小:  掺膨胀剂的混凝土泌水率小于不掺膨胀剂的混凝土,这主要是因为膨胀剂需水量大,早期水化快,水化较充分,水化产物丰富,体系粘度大,必然导致掺膨胀剂混凝土泌水与沉降减少。
  2.3含气量高:当膨胀剂掺量较高时,混凝土中含气量比未掺膨胀剂的高。因此,应注意膨胀剂与水泥适应性以及最佳膨胀剂掺量的选取。
  2.4 pH值增大:  由于膨胀剂中含有一定量的明矾石或石灰,因此掺膨胀剂的新拌混凝土pH值较未掺者有所提高。
  2.5凝结时间缩短:  掺膨胀剂的混凝土凝结时间缩短,这是由于掺膨胀剂的混凝土早期形成的钙矾石产物增多加快了水化速度,但这种提前不会明显影响到混凝土的正常施工。膨胀剂对混凝土凝结时间的影响与使用温度有关,夏季非常明显。如果远距离运输混凝土拌合物,可在其中加入适量的缓凝剂,以延缓混凝土的凝结时间。而对于铁粉系膨胀剂, 一般不影响混凝土凝结时间。
  3膨胀剂对硬化混凝土性能影响
  3.1强度:  膨胀剂掺量、限制程度、养护条件均会引起混凝土强度有较大变化。掺膨胀剂取代等量水泥对混凝土强度不会产生明显的不利影响,甚至早期强度较未掺者有所提高。产生这种变化的主要原因是膨胀剂所产生的膨胀剂能除用于混凝土的补偿收缩外,还部分用于水泥石结构致密化。而对于后期强度常常受延迟性钙矾石反应是否发生及发生程度而影响。但在养护条件好(避免过高温度, 早期水中养护)的情况下,不会对后期强度造成不利影响。
  3.2变形:  减少混凝土体积收缩和防止结构开裂时掺膨胀剂的目的。不同品种的膨胀剂, 当掺量相同时, 能否起到补偿收缩或产生自应力,在很大程度上取决于养护制度及约束条件。在湿养初期均产生最大膨胀,而在相对湿度较低空气中养护,膨胀量随龄期的增长呈下降趋势,如过早停止湿养,混凝土可能会出现收缩。
  3.3抗渗性和抗冻性:  在适当限制条件下,掺入膨胀剂可以提高混凝土的密实性,并且有效减少混凝土孔隙率的同时,还能显著改善孔结构特性。膨胀剂掺入混凝土后钙矾石的形成一方面弥补了收缩的缺陷,另一方面大量钙矾石还会填充在孔缝中,组织了孔缝形成透水、透气的通道, 因此混凝土的抗渗性大为改善。在高限制条件下混凝土的密实性增加尤为显著,与抗渗性密切相关的抗冻性也同样得到了提高。高培伟等对掺膨胀剂后碾压混凝土的抗冻性能进行了研究,结果表明掺加膨胀剂能明显改善混凝土抗冻性。
  3.4龄期:  不同养护条件下,限制膨胀率随龄期的延长有一定的发展规律。长期在水中养护的混凝土可以获得最大的膨胀值。而在干燥空气中养护的混凝土,后期限制膨胀率会迅速减小,6个月降至水养限制膨胀率的50%。因此为了更好的发挥膨胀剂补偿收缩的作用,浇筑混凝土后洒水保湿养护7d一14d非常必要。
  3.5碱一集料反应:由于多数膨胀剂都以明矾石作为膨胀组分,而明矾石碱含量(R20)可达2%~4%,加之膨胀剂掺量大,因此掺膨胀剂混凝土碱含量较未掺者显提高,碱一集料反应发生的可能显著增加。
  4膨胀剂的应用范围及其特点
  4.1补偿收缩作用及补偿收缩混凝土
  补偿收缩是指用限制膨胀来抵消全部或部分的限制收缩。混凝土是一种准脆性材料,其抗拉强度低、极限延伸率校以及抵抗反复荷载和冲击荷载的能力差。实际工程中,结构物中的混凝土几乎都处于不同程度的限制条件下,自由变形的情况几乎不存在,混凝土的变形随着限制的不同而不同,限制收缩是混凝土开裂最常见、也是最主要的原因。膨胀剂的作用在于混凝土凝结硬化初期产生一定的膨胀能,部分用于补偿混凝土收缩,保持混凝土的体积稳定性。特别是大体积混凝土由于体积大、水化热集中,故收缩危害严重, 因此掺用膨胀剂来补偿收缩十分必要。
  补偿收缩混凝土作为膨胀混凝土中的一种类型,它克服了普通混凝土易于收缩而开裂的缺陷,利用微膨胀补偿收缩达到不开裂或少开裂,从而提高混凝土工程耐久性的目的, 因而在工程中得到广泛应用。
  4.2自应力作用及自应力混凝土
  利用膨胀剂在混凝土中产生化学能使混凝土膨胀并通过混凝土与钢筋粘结力来张拉钢筋,从而产生自应力,其目的在于大大提高混凝土抗裂能力, 同时显著提高混凝土承载能力。当混凝土中掺入的膨胀剂与水泥、水发生化学反应,产生足够量的膨胀产物时,会使混凝土均匀膨胀而张拉钢筋。当混凝土无外力作用时,钢筋混凝土中两种材料处于受力平衡状态,钢筋受拉的同时向混凝土旆加了压应力,称为自应力: 当混凝土收到外力作用时, 需要先克服混凝土内的自应力, 然后才对混凝土施加外力,因此, 自应力混凝土具有较高的抗裂性和较大的承载力。
  5总结语:  由于膨胀剂的种类不同,膨胀源产生的机理也有所不同,因此选用时应根据工程性质,工程部位及工程要求选择合适的膨胀剂品种,并经检验各项指标符合标准要求后方可选用。在学术界,对膨胀剂的研究引起了广泛的讨论,这都有利于混凝土膨胀剂的发展与进一步的推广应用,随着实际工程条件的不断变化及混凝土技术的革新,必须对新出现的问题进行更为深入研究,才能促使混凝土膨胀剂的发展及应用。

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