本发明属于混凝土材料
技术领域：
，更具体的涉及一种交通检测设备墙体固定膨胀剂及其制备方法。
背景技术：
：智能交通设备一般安装在墙体上，由于涉及到人身安全，对于设备检测的稳定性要求非常高，为了提高智能交通检测设备安装墙体的稳定度，现有技术提出了很多方法。补偿收缩型混凝土依靠膨胀剂水化反应生成的膨胀性产物而在混凝土内部建立0.2-0.7mpa的预压应力，从而可以有效补偿或部分补偿混凝土干缩变形和温度变形，是预防和减少混凝土开裂的有效技术手段之一。具有微膨胀特点和补偿收缩作用的膨胀剂能有效防止和减少混凝土收缩开裂，在自防水混凝土工程中发挥着重要的作用，已成功的应用于隧道工程，并取得了良好的效果。但是现有的膨胀剂大都是用煅烧高岭土、高铝煤矸石、明矾石、无水硫铝酸钙或铝酸钙熟料与石膏配制，存在膨胀速率慢、膨胀能低的问题，不适应现代高性能混凝土的技术特点(早期强度高、脆性大、应力松弛能力差的特点)，膨胀与强度发展不协调、补偿收缩能力差。所以迫切需要发展高性能的膨胀剂，配制优质高性能补偿收缩混凝土解决上述问题。中国建筑材料科学研究总院赵顺增等人在cn101333083a中公开了一种水化产物是氢氧化钙和水化硫铝酸钙的双膨胀源高性能膨胀水泥熟料(hcsa)，可制备成多种高性能补偿收缩混凝土用膨胀剂；具有膨胀能高、膨胀速率适宜、绝湿状态下膨胀显著等优点。但是，高性能膨胀水泥熟料(hcsa)制备过程需要在1250℃-1400℃下进行高温煅烧，耗能大、抗风化能力差等一系列缺陷。水辉石(hectorite)(又名硅酸镁锂)是非金属复合纳米材料，是重要蒙皂石类矿物之一，具有2：1型层状晶体结构，它具有优良的亲水膨胀性。通常作为增稠剂、流变剂、触变剂、着色剂、防沉剂等用于化妆品和洗涤用品。赵勇等人(新型建筑材料，2014,41(1):58-61)采用锂蒙脱石作为流变助剂研究了锂蒙脱石对干混砂浆性能的影响及其作用机理，研究表明锂蒙脱石是一种高效的矿质流变助剂，能有效改善干混砂浆的工作性、保水性和抗分层性，抗渗能力突出；但对收缩率影响较小，且未体现出补偿收缩作用。技术实现要素：针对现有技术中高性能补偿收缩混凝土用膨胀剂(如hcsa、日本csa等)制备过程通常需要高温环境(1200-1600℃之间)，而传统膨胀剂膨胀性能差无法满足现代高性能混凝土对膨胀剂的要求；本发明提供了一种包含改性水辉石的高性能补偿收缩混凝土用膨胀剂，本发明在有机溶剂中采用八(氨基苯基三氧硅烷)为硅烷改性剂对水辉石结构重整改性制备出有机硅改性水辉石，然后与氧化钙和羧甲基纤维素钙复配形成高性能补偿收缩混凝土用膨胀剂；本发明制备过程中无需高温煅烧，且制备出的膨胀剂限制膨胀率大，在相同的技术要求下，可以减少掺加量，降低成本。根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种补偿收缩混凝土用膨胀剂，按重量份数计算，由以下成分混合构成：氧化钙23-30份、羧甲基纤维素钙13-15份、有机硅改性水辉石70-80份；所述有机硅改性水辉石的制备方法包括如下步骤：1)将水辉石置于浓度为2.0wt％的碳酸钠水溶液中形成悬浮液，然后升温至40-70℃搅拌2-3h，降温至室温静置老化8h以上后过滤、105℃下干燥至恒重得碱改性水辉石；2)将1.0g碱改性水辉石置于四氢呋喃中分散均匀，然后加入0.5-1.5g八(氨基苯基三氧硅烷)回流反应1-2h后蒸馏去除溶剂四氢呋喃得有机硅改性水辉石。本发明在有机溶剂中采用八(氨基苯基三氧硅烷)为硅烷改性剂对水辉石结构重整改性，八(氨基苯基三氧硅烷)是含有笼形结构的聚合物材料，具有si-o骨架结构，八(氨基苯基三氧硅烷)中的氨基氮、si和氧原子能够通过共价键与水辉石中的金属中心(如al、mg、ca等)结合进入到水辉石晶层中或者晶层表面，从而使得有机硅改性水辉石的溶胀能力大大增强。优选的，所述补偿收缩混凝土用膨胀剂，按重量份数计算，由以下成分混合构成：氧化钙26份、羧甲基纤维素钙14份、有机硅改性水辉石75份；优选的，步骤2)中加入0.8-1.2g八(氨基苯基三氧硅烷)；根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种补偿收缩混凝土用膨胀剂的制备方法，包括如下步骤：1)将有机硅改性水辉石和氧化钙分别粉碎后备用；2)将粉碎后的有机硅改性水辉石浸渍到羧甲基纤维素钙的二甲基乙酰胺溶液中在60-90℃下加热搅拌，然后降温至室温得羧甲基纤维素钙包覆的有机硅改性水辉石分散液；通过浸渍搅拌使有机硅改性水辉石表面形成一层羧甲基纤维素钙的包覆层；3)向羧甲基纤维素钙包覆的有机硅改性水辉石分散液中加入粉碎后的氧化钙，在10-20℃下搅拌6h以上，最后在搅拌的条件下减压干燥去除多余的溶剂二甲基乙酰胺，粉碎得补偿收缩混凝土用膨胀剂。通过分步控制有机硅改性水辉石和氧化钙分别与羧甲基纤维素钙接触，羧甲基纤维素钙作为粘合剂将有机硅改性水辉石和氧化钙粘合起来，形成多层结构，比表面积大。优选的，步骤1)粉碎后有机硅改性水辉石粒径大于氧化钙粒径；进一步优选的，粉碎后有机硅改性水辉石粒径为100-200目，粉碎后氧化钙粒径为400-500目；控制有机硅改性水辉石粒径大于氧化钙粒径有利于将氧化钙作为包覆层包覆在有机硅改性水辉石表面。优选的，步骤3)中得补偿收缩混凝土用膨胀剂的比表面积为400-600m2/kg。本发明为了更有效的稳固智能交通设备安装墙体，制备过程中以羧甲基纤维素钙为包覆剂和粘合剂，将氧化钙和有机硅改性水辉石粘合在一起，氧化钙作为早期膨胀源，有机硅改性水辉石作为后期膨胀源；制备过程中，将羧甲基纤维素钙在二甲基乙酰胺中加热溶解制备成均相使羧甲基纤维素钙的包覆层更加均匀；将氧化钙和有机硅改性水辉石分步进行处理是为了获得外层为氧化钙层、中间层为粘合剂层羧甲基纤维素钙、外层为氧化钙层的多层结构。在水化膨胀过程中起到崩解剂的作用，外层氧化钙层作为早期膨胀源，补偿早期收缩；然后水分子进入中间粘合剂层与羧甲基纤维素钙作用，羧甲基纤维素钙此时发挥崩解剂的功效快速吸水膨胀，使氧化钙层进一步膨胀，且打开水分子与有机硅改性水辉石的接触通道，促使有机硅改性水辉石发生膨胀。3、本发明所产生的技术效果。(1)本发明首次采用八(氨基苯基三氧硅烷)为硅烷改性剂对水辉石结构重整改性制备出有机硅改性水辉石，然后与氧化钙、羧甲基纤维素钙复配成膨胀剂，提高了膨胀剂的膨胀能；7天限制膨胀率高达0.198％，是ii型膨胀剂标准的3.96倍，可以稳固安装检测设备；(2)本发明制备过程中采用羧甲基纤维素钙作为粘合剂，首先将有机硅改性水辉石表面包覆形成一层羧甲基纤维素钙的包覆层，最后与氧化钙接触，最终形成外层为氧化钙层、中间为粘合剂层羧甲基纤维素钙层、内层为有机硅改性水辉石的多层结构；水化膨胀过程中，羧甲基纤维素作为崩解剂，当外层氧化钙层水化趋于饱和时吸水迅速崩解促使有机硅改性水辉石的膨胀，在一定程度上提高了限制膨胀率性能，且控制了膨胀速度，对设备的精度影响较小；(3)本发明补偿收缩混凝土用膨胀剂制备方法简便，无需高温煅烧即可制备出满足高性能补偿收缩混凝土用膨胀剂。附图说明图1为本发明实施例4制备的补偿收缩混凝土用膨胀剂与市售膨胀剂的限制膨胀率随时间变化的关系对比图。具体实施方式天津豹鸣股份有限责任公司生产的硫铝酸钙-氧化钙类混凝土膨胀剂hcsa；八(氨基苯基三氧硅烷)cas号为518359-82-5，来自于上海石洋化工有限公司；水辉石来自河南金顺化工产品有限公司，水辉石由表a中成分组成：表a水辉石组分组分sio2al2o3fe2o3mgocaok2ona2oli2oh2o含量/wt％53.1620.180.066.940.190.243.161.38余量实施例1一、首先按如下步骤制备有机硅改性水辉石：1)将10.0g水辉石置于浓度为2.0wt％的碳酸钠水溶液中形成悬浮液，然后升温至40-70℃搅拌2-3h，降温至室温静置老化8h以上后过滤、105℃下干燥至恒重得碱改性水辉石；2)将1.0g碱改性水辉石置于50ml四氢呋喃中分散均匀，然后加入1.0g八(氨基苯基三氧硅烷)回流反应1-2h后蒸馏去除溶剂四氢呋喃得有机硅改性水辉石。二、制备补偿收缩混凝土用膨胀剂：采用不同重量份数的原料制备补偿收缩混凝土用膨胀剂(将有机硅改性水辉石、氧化钙和羧甲基纤维素钙按照重量份数称量后混合粉碎即得膨胀剂)，各物料重量份数配比如表1-1所示：表1-1补偿收缩混凝土用膨胀剂中原料重量份实施例有机硅改性水辉石氧化钙羧甲基纤维素钙a70份23份13份b80份30份15份c75份26份14份d78份28份14份e75份26份14份注：实施例e中原料水辉石未采用八(氨基苯基三氧硅烷)进行改性，以同等重量份的碱改性水辉石进行替代，其余原料与实施例c相同。按照现行国家标准《混凝土膨胀剂》gb23439-2009规定的方法对实施例制备出的补偿收缩混凝土用膨胀剂进行性能检测，结果如表1-2所示：表1-2膨胀剂性能检测试验结果表明，本发明实施例a-e制备的膨胀剂其细度和凝结时间均符合现行国家标准《混凝土膨胀剂》gb23439-2009的要求；但限制膨胀率和抗压强度项目中实施例e与实施例a-d有差别，具体来讲水中7天测试的限制膨胀率实施例a-d均显现出优异的膨胀能；当水养7天后在空气中养护21天时，实施例a-d仍显示出膨胀性能，而实施例e则出现一定的收缩变形；同样抗压强度方面，实施例e也较实施例a-d性能差。实施例e制备的膨胀剂与实施例c的区别在于制备过程中未对碱改性水辉石采用八(氨基苯基三氧硅烷)进行改性，导致其水中7天限制膨胀率差别大，实施例e仅为0.036％，处于i型(≥0.025％)和ii型(≥0.050％)膨胀剂限度标准之间，实施例c制备的膨胀剂7天限制膨胀率高达0.198％；可能是由于八(氨基苯基三氧硅烷)中的氨基氮、si和氧原子能够通过共价键与水辉石中的金属中心(如al、mg、ca等)结合进入到水辉石晶层中或者晶层表面，从而使得有机硅改性水辉石的溶胀能力大大增强；本发明实施例c制备的膨胀剂水中7天限制膨胀率与赵顺增发明的石膏和氧化钙熔融包裹体膨胀剂(cn103130437b)性能相当，甚至优于该发明；限制膨胀率远高于市售csa、aea、uea、pea膨胀剂(cn103130437b中说明书第12页表5).实施例2本发明中采用羧甲基纤维素钙作为粘结剂将膨胀剂组分氧化钙和有机硅改性水辉石粘结在一起，本发明尝试将二者通过搅拌包覆粘合的方法制备成多层结构，以《混凝土膨胀剂》gb23439-2009水中7天限制膨胀率为指标考察制备方法对其的影响：方法a：1)将有机硅改性水辉石和氧化钙分别粉碎后备用，粒径均为200-300目；2)将粉碎后的有机硅改性水辉石75重量份浸渍到羧甲基纤维素钙的二甲基乙酰胺溶液(14重量份羧甲基纤维素钙、130重量份二甲基乙酰胺)中在60-90℃下加热搅拌，然后降温至室温得羧甲基纤维素钙包覆的有机硅改性水辉石分散液；通过浸渍搅拌使有机硅改性水辉石表面形成一层羧甲基纤维素钙的包覆层；3)向羧甲基纤维素钙包覆的有机硅改性水辉石分散液中加入粉碎后的氧化钙26重量份，在10-20℃下于600rpm的转速下快速搅拌8h，最后在搅拌的条件下减压干燥去除多余的溶剂二甲基乙酰胺，粉碎得补偿收缩混凝土用膨胀剂，比表面积为480m2/kg。按照《混凝土膨胀剂》gb23439-2009标准测试水中7天限制膨胀率为0.218％。方法b1)将有机硅改性水辉石和氧化钙分别粉碎后备用，粒径均为200-300目；2)将粉碎后的氧化钙26重量份浸渍到羧甲基纤维素钙的二甲基乙酰胺溶液(14重量份羧甲基纤维素钙、60重量份二甲基乙酰胺)中在60-90℃下加热搅拌，然后降温至室温得羧甲基纤维素钙包覆的氧化钙分散液；3)向羧甲基纤维素钙包覆的氧化钙分散液中加入粉碎后的有机硅改性水辉石75重量份，在10-20℃下于600rpm的转速下快速搅拌8h，搅拌过程中补加70重量份二甲基乙酰胺使体系避免结块成球，最后在搅拌的条件下减压干燥去除多余的溶剂二甲基乙酰胺，粉碎得补偿收缩混凝土用膨胀剂，比表面积为506m2/kg。按照《混凝土膨胀剂》gb23439-2009标准测试水中7天限制膨胀率为0.149％。采用a方法较b方法制备出的膨胀性能高，所以制备过程中最终确定以先对有机硅改性水辉石进行包覆，然后再与氧化钙形成外层为氧化钙层、中间层为羧甲基纤维素钙层、内层为有机硅改性水辉石的多层结构。实施例3本发明进一步研究了氧化钙和有机硅改性水辉石粒径对膨胀剂水中7天限制膨胀率的影响(膨胀剂均通过粉碎控制在400-600m2/kg)，即改变氧化钙和有机硅改性水辉石粒径来考察制备出膨胀剂的膨胀性能；制备方法参考实施例2中方法a，不同粒度获得的膨胀剂结果如表2所示：表2原料粒径对膨胀剂性能的影响试验结果表明，1)首先氧化钙的粒径不宜高于有机硅改性水辉石粒径(序列1-4)，即要求氧化钙粒径目数大于有机硅改性水辉石粒径目数；2)当有机硅改性水辉石粒径大于氧化钙粒径时，固定有机硅改性水辉石粒径，不断降低氧化钙粒径，膨胀性能增加；根据制备出膨胀剂的膨胀性能来看，氧化钙粒径易控制在400-500，有机硅改性水辉石粒径控制在100-200为宜。实施例41)将有机硅改性水辉石和氧化钙分别粉碎后备用，有机硅改性水辉石粒径为200目，氧化钙粒径为500目；2)将粉碎后的有机硅改性水辉石75重量份浸渍到羧甲基纤维素钙的二甲基乙酰胺溶液(14重量份羧甲基纤维素钙、130重量份二甲基乙酰胺)中在60-90℃下加热搅拌，然后降温至室温得羧甲基纤维素钙包覆的有机硅改性水辉石分散液；3)向羧甲基纤维素钙包覆的有机硅改性水辉石分散液中加入粉碎后的氧化钙26重量份，在10-20℃下于600rpm的转速下快速搅拌8h，最后在搅拌的条件下减压干燥去除多余的溶剂二甲基乙酰胺，粉碎得补偿收缩混凝土用膨胀剂，比表面积为460m2/kg。本实施例制备的补偿收缩混凝土用膨胀剂(编号为s)，取天津豹鸣股份有限责任公司生产的硫铝酸钙-氧化钙类混凝土膨胀剂hcsa作为对比，考察本发明制备的补偿收缩混凝土用膨胀剂(编号为s)和市售膨胀剂hcsa限制膨胀率发展规律(试验方法参考《混凝土膨胀剂》gb23439-2009标准中附录a)，结果如图1所示；由图1可知，本发明限制膨胀率较市售膨胀剂hcsa高，且膨胀速率快(对应曲线斜率大)，5天达到总膨胀能的80％左右。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12