专利名称：生态大体积混凝土膨胀剂及制备方法
技术领域：
本发明属水工建筑材料和化学建筑材料领域，具体涉及一种主要用于补偿大体积 水工混凝土结构体积收缩的膨胀剂及制备方法。
背景技术：
膨胀剂被广泛地应用于补偿大体积混凝土收缩开裂。一般大体积混凝土中水泥 的水化热主要在3 7d内放出，一周后混凝土内部达到最高温度，而热的释放过程缓慢，混 凝土从最高温度下降至常温的时间往往需要几年至几十年；由于混凝土结构的热传导性 能差，在混凝土结构中易形成了较大的温度梯度，产生结构温差应力，引起大体积混凝土开 裂。所以，在大体积混凝土的外掺膨胀剂，能在降温阶段开始时产生体积膨胀，降低和抵消 混凝土收缩时产生的拉应力。目前应用到混凝土结构中的膨胀剂主要有硫铝酸盐类、氧化 钙类、复合型膨胀剂等。硫铝酸盐系列膨胀剂水化后形成水化铝酸钙晶体(即钙矾石)，但其水化和膨胀速 度较快、膨胀量大，且集中在;Tl4d，mi后会出现收缩，在7(T80°C左右可能产生分解，在压 力水作用下，易发生溶解、迁移和重结晶，引起膨胀应力的松弛，物理化学性质不稳定，不适 合补偿水工混凝土收缩。氧化钙系列膨胀剂的膨胀主要发生在混凝土浇筑后3 14d，膨胀过快，膨胀过程可 调整性差，28d后几乎没有膨胀；其膨胀源Ca(OH)2在压力水作用下，溶解度也较大，60d后 出现收缩现象，降低混凝土的耐久性。大体积混凝土早期弹性模量较低，加入上述两种膨胀 剂易产生膨胀开裂；且两种膨胀剂后期膨胀量较小，不能有效补偿后期的温降收缩。复合膨胀剂同样会生成易溶出的Ca(OH)2,降低混凝土的耐久性，在水工、海工或 有侵蚀介质(硫酸盐)的混凝土工程中的应用受到了限制，不适用于补偿大体积水工混凝土 收缩。氧化镁具有延迟微膨胀特性，膨胀主要发生在^(Tl20d，一年后膨胀就比较稳定。 MgO膨胀剂在我国大坝混凝土工程建设中得到成功应用，形成自主知识产权，其膨胀在补偿 水工混凝土收缩方面具有较大优势。但目前尚有一些突出问题制约此项技术的发展和推
其一是现在所使用的MgO材料主要是为冶金部门生产的，不是专门为水工和建筑部门 生产，许多涉及混凝土膨胀性能关键参数还不能很好满足大体积水工混凝土的要求，离理 想的膨胀过程还有一定的差距。 其二是因为我国矿产资源有限，应将其用于生产耐火材料等更重要的工业部门， 每年大约有30%-65%菱镁矿和白云石尾矿作为废弃物被丢弃，实现尾矿的资源化利用，有 着重要的现实意义和深远的战略意义。
发明内容
解决的技术问题本发明目的在于提供一种经济环保型，早期和后期膨胀性能良 好的混凝土膨胀剂及制备方法，以菱镁矿和白云石尾矿为原料，通过配方设计和工艺制备 生态大体积水工混凝土膨胀剂。技术方案生态大体积混凝土膨胀剂，由MgO组成。生态大体积混凝土膨胀剂，由MgO和CaO组成，其中按质量份计40份< MgO ( 95 份，0份< CaO < 45 份。生态大体积混凝土膨胀剂，由粒度为不超过60mm的菱镁矿尾矿和白云石尾矿 为原料组成，菱镁矿尾矿主要成份=MgO 40 wt % 47wt%;白云石尾矿主要成份MgO 18wt% 25wt% ；CaO 28wt% 35wt% ；尾矿中杂质成分:Si02 ( 5wt%。制备生态大体积混凝土膨胀剂的方法，制备步骤为将矿石过0. 63mm方孔筛并进 行预处理，破碎后粉磨并过80 μ m方孔筛，筛余少于10% ；根据使用条件，将菱镁矿尾矿和白 云石尾矿按照适宜质量比1:0、4:1或1:3分别配成生料，混合均勻，在105°C _125°C下烘干 lh，然后将粉体进行高温煅烧；煅烧的温度设定在850°C -1200°C，煅烧时间60min-120min， 保温时间为60min-90min，升温速率为5°C /min -10°C /min ；在空气中冷却后，经过筛即得 到生态大体积混凝土膨胀剂。有益效果
(1)本发明所述膨胀剂制备工艺简便易行，且变废为宝，减少了环境的污染和土地占用。(2)本发明制备的膨胀剂具有双膨胀特点，既可以补偿混凝土早期收缩，又可补偿 后期收缩，而且可以降低混凝土风化的危险。(3)本发明制备的膨胀剂质量均勻，膨胀性能稳定；质量可控、膨胀速率可控、膨胀 量可控和膨胀终结时间可控等特点。(4)可以根据使用和施工条件的要求选取适宜的膨胀剂，补偿不同类型结构和不 同部位水工大体积混凝土的收缩。本发明中CaO可作为早期膨胀源，补偿早期收缩，同时可补充由于水工混凝土中 掺合料量大，氧化钙不足的缺陷；MgO可作为后期膨胀源，补偿后期的收缩，将菱镁矿尾矿 和白云石尾矿经合理配伍后煅烧，可降低和补偿水工大体积混凝土的早期和后期收缩。
图1为生态大体积混凝土膨胀剂的制备流程图。
具体实施例方式
实施例1
(1) 一种新型生态大体积混凝土膨胀剂包括下述按重量份数计的组分 组分1:菱镁矿尾矿，100份；
4组分2:白云石尾矿，0份；
(2) 一种新型生态大体积混凝土膨胀剂的制备
1)将矿石过0.63mm方孔筛并进行预处理，破碎后粉磨并过80 μ m方孔筛，筛余少于
10% ；
2)将菱镁矿尾矿和白云石尾矿按照1:0配比配成生料，混合均勻，在110°C下烘干lh， 然后将粉体进行高温煅烧；
3)煅烧的温度设定在950°C，煅烧时间119min，保温时间为90min，升温速率为8°C/
mirio4)在空气中冷却后，经过筛分即得到新型生态大体积混凝土膨胀剂A。 实施例2
(1)一种新型生态大体积混凝土膨胀剂包括下述按重量份数计的组分 组分1:菱镁矿尾矿，80份；
组分2:白云石尾矿，20份；
(2)一种新型生态大体积混凝土膨胀剂的制备
1)将矿石过0.63mm方孔筛并进行预处理，破碎后粉磨并过80 μ m方孔筛，筛余少于
10% ；
2)将菱镁矿尾矿和白云石尾矿按照4:1配比配成生料，混合均勻，在110°C下烘干lh， 然后将粉体进行高温煅烧；
3)煅烧的温度设定在1050°C，煅烧时间117min，保温时间为90min，升温速率为9°C/
mirio4)在空气中冷却后，经过筛即得到新型生态大体积混凝土膨胀剂B。 实施例3
(1)一种新型生态大体积混凝土膨胀剂包括下述按重量份数计的组分 组分1:菱镁矿尾矿，25份；
组分2:白云石尾矿，75份；
(2)一种新型生态大体积混凝土膨胀剂的制备
1)将矿石过0.63mm方孔筛并进行预处理，破碎粉磨后过80 μ m方孔筛，筛余少于10% ；
2)将菱镁矿尾矿和白云石尾矿按照1:3配比配成生料，混合均勻，在120°C下烘干lh， 然后将粉体进行高温煅烧；
3)煅烧的温度设定在1150°C，煅烧时间115min，保温时间为90min，升温速率为10°C/
mirio4)在空气中冷却后，经过筛即得到新型生态大体积混凝土膨胀剂C。
上述实施例制备的新型生态大体积混凝土膨胀剂基本性能如下 (1)新型生态大体积混凝土膨胀剂的膨胀性能
将A、B和C三种膨胀剂分别掺入到水泥净浆中，膨胀剂掺量为6%(按水泥质量百分比， 外掺法)，水灰比为0. 30，水泥为南京某水泥有限公司生产的P · II 52. 5级硅酸盐水泥。将
5试件成型后经标准养护24士2h，脱模后测量其初始长度(Ltl),然后再将试件放入20°C的水 中，等到预定的龄期用螺旋测微器测其膨胀量(Lt)，按下式计算其自由膨胀率 自由膨胀率(％)=( Lt - L0) X 100/R 式中R_试件长为40mm时有效长度为35mm。水泥净浆自由膨胀率见表2，膨胀性能参照《ASTM C150-86标准》进行。表1膨胀剂的膨胀性能
权利要求
1.生态大体积混凝土膨胀剂，其特征在于由MgO组成。
2.生态大体积混凝土膨胀剂，其特征在于由MgO和CaO组成，其中按质量份计40份 彡MgO彡95份，0份< CaO彡45份。
3.生态大体积混凝土膨胀剂，其特征在于由粒度为不超过60mm的菱镁矿尾矿和白云 石尾矿为原料组成，菱镁矿尾矿主要成份MgO 40 wt % 47wt%;白云石尾矿主要成份 MgO 18wt% 25wt% ；CaO 28wt% 35wt% ；尾矿中杂质成分:Si02 ( 5wt%。
4.制备生态大体积混凝土膨胀剂的方法，其特征在于制备步骤为将矿石过0.63mm 方孔筛并进行预处理，破碎后粉磨并过80 μ m方孔筛，筛余少于10%;根据使用条件，将 菱镁矿尾矿和白云石尾矿按照适宜质量比1:0、4:1或1:3分别配成生料，混合均勻，在 105°C _125°C下烘干lh，然后将粉体进行高温煅烧；煅烧的温度设定在850°C -120(TC，煅烧 时间60min-120min，保温时间为60min_90min，升温速率为5°C /min -10°C /min ；在空气中 冷却后，经过筛即得到生态大体积混凝土膨胀剂。
全文摘要
生态大体积混凝土膨胀剂及其制备方法，制备步骤为将矿石过筛并进行预处理，破碎后粉磨；将菱镁矿尾矿和白云石尾矿配成生料，混合均匀，高温煅烧；在空气中冷却后，经过筛即得到生态大体积混凝土膨胀剂。本发明中CaO可作为早期膨胀源，补偿早期收缩，同时可补充由于水工混凝土中掺合料量大，氧化钙不足的缺陷；MgO可作为后期膨胀源，补偿后期的收缩，将菱镁矿尾矿和白云石尾矿经合理配伍后煅烧，可降低和补偿水工大体积混凝土的早期和后期收缩。
文档编号C04B22/06GK102092976SQ20111000866
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者卢小琳, 张红波, 耿飞, 骆菁菁, 高培伟, 高翔 申请人:南京航空航天大学