一種水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑及其制備方法。
技術(shù)背景
[0002]水泥混凝土是全世界用量最大的建筑材料，由于自身材料性質(zhì)及施工原因，水泥混凝土存在化學(xué)減縮，干燥收縮和溫度收縮等收縮問題，收縮容易導(dǎo)致開裂。隨著各種重大工程對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求的提高，一方面水膠比降低，另一方面水泥膠材用量急劇增加，在大幅度提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)的同時(shí)，伴隨而來的就是水泥水化產(chǎn)生的大量熱量，進(jìn)一步加劇了混凝土溫度收縮產(chǎn)生的開裂風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]為解決水泥混凝土的開裂問題，向其中摻加水泥混凝土膨脹劑是最有效的方法之一，膨脹劑產(chǎn)生的膨脹性能可以補(bǔ)償混凝土硬化過程中的收縮，使混凝土產(chǎn)生抗裂性。
[0004]水泥混凝土膨脹劑主要分為鈣礬石為膨脹源的硫鋁酸鹽類膨脹劑和氫氧化鈣為膨脹源的氧化鈣類膨脹劑。鈣釩石膨脹源的膨脹劑因水化需水量大，對(duì)高水膠比混凝土的補(bǔ)償作用較好，不適用于低水膠比混凝土的收縮補(bǔ)償。氧化鈣類膨脹劑因其膨脹效能高、需水量小、對(duì)混凝土工作性性能和力學(xué)性能影響小、能促進(jìn)摻合料水化等優(yōu)異性能，被認(rèn)為是解決低水膠比大摻合料高性能混凝土收縮開裂的優(yōu)選材料。
[0005]但是，氧化鈣類膨脹劑存在易吸潮失效，儲(chǔ)存保質(zhì)期短的問題；氧化鈣類膨脹劑還存在與水接觸后水化非?？斓奶攸c(diǎn)，在混凝土產(chǎn)生強(qiáng)度之前的塑性階段消耗嚴(yán)重，做無用功，造成膨脹效能大量浪費(fèi)，降低了氧化鈣的膨脹功效。
[0006]中國專利(CN103130437A)公開了一種混凝土膨脹劑的制備方法，是用石膏和氧化鈣熔融煅燒形成石膏包裹氧化鈣的膨脹熟料，進(jìn)一步與其它粉料共同粉磨至比表面積140-400m2/kg后得到的。這種方法制得的膨脹熟料的抗風(fēng)化能力有所提高，但是對(duì)其在混凝土塑性階段的水化并無改進(jìn)作用。
[0007]另一方面，由于水泥等膠材水化放熱使得水泥混凝土硬化后早期存在明顯升溫過程，隨水泥水化速率的降低，混凝土溫度降低，由此導(dǎo)致的溫度收縮是混凝土早期開裂最重要的原因之一。而傳統(tǒng)氧化鈣類膨脹劑由于水化迅速，此時(shí)剩余的有效膨脹能已經(jīng)很少，難以彌補(bǔ)溫度升降導(dǎo)致的溫度收縮。因此如何增加氧化鈣膨脹劑在混凝土降溫階段膨脹能是氧化鈣膨脹劑性能提升研宄工作的重點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)氧化鈣類膨脹劑易吸潮失效、在水泥混凝土塑性階段膨脹浪費(fèi)、水泥水化放熱導(dǎo)致的溫度收縮難以補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)難題，本發(fā)明提供一種水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑及其制備方法。
[0009]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出利用具有上臨界溶解溫度(UCST)的溫敏性聚合物包裹改性氧化鈣類膨脹劑的思路解決上述問題。
[0010]具有UCST的聚合物的水中溶解性能具有突變性質(zhì)，隨著溫度的升高，在低于UCST溫度時(shí)，聚合物在水中不能溶解或溶解性極低，為渾濁狀態(tài)；高于UCST溫度，聚合物水溶性急劇增加，立刻變成完全透明的澄清溶液，此突變溫度即為該聚合物的UCST。利用UCST類的溫敏性聚合物包裹改性氧化鈣膨脹劑，在氧化鈣表面形成一層有機(jī)物保護(hù)層。一方面，通過聚合物的阻隔作用提高氧化鈣膨脹劑的防潮性能，延長產(chǎn)品保質(zhì)期。另一方面，聚合物具有UCST溫敏性特征，在水泥混凝土溫度低于聚合物UCST的塑性階段及水泥水化誘導(dǎo)期階段，聚合物溶解性差，氧化鈣與水接觸少，減少塑性階段不必要的膨脹能，隨水泥水化進(jìn)行，混凝土升溫到聚合物的UCST溫度時(shí)，聚合物溶解性增加，氧化鈣水化加快，膨脹能增加，補(bǔ)償混凝土因溫度下降導(dǎo)致的收縮，降低混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明對(duì)水泥混凝土溫度升降引起的收縮補(bǔ)償作用尤其明顯，可根據(jù)實(shí)際工程情況和施工天氣溫度，選擇不同UCST的聚合物進(jìn)行包裹改性，特別適用于水泥膠材用量高、放熱量大的大體積混凝土。
[0011]本發(fā)明所述水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑由具有上臨界溶解溫度(UCST)溫敏性聚合物和氧化鈣類膨脹熟料組成，所述UCST類溫敏性聚合物包裹在氧化鈣類膨脹熟料的表面，UCST類溫敏性聚合物占所述水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑總質(zhì)量的0.5% -10%，所述水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑的比表面積為100-600m2/kg。
[0012]上述氧化鈣類膨脹劑可商購。
[0013]作為優(yōu)選，所述氧化鈣類膨脹劑中游離氧化鈣含量(f-CaO) ^ 60%,比表面積為
100-600m2/kgo
[0014]本發(fā)明所述的UCST類溫敏性聚合物所述的UCST類溫敏性聚合物，在水溶液中的上臨界溶解溫度為20-50°C，由包括下列一種或一種以上任意比例的單體共聚形成:
[0015]可用于共聚形成UCST類溫敏性聚合物的單體:N，N-二甲基(丙烯酰胺丙基)氨基丙磺酸，N, N- 二甲基(丙烯酰胺丙基)氨基丁磺酸，N, N- 二甲基(甲基丙烯酰胺丙基)氨基丙磺酸，N，N- 二甲基(甲基丙烯酰胺丙基)氨基丁磺酸，N，N- 二甲基(丙烯酰氧丙基)氨基丙磺酸，N，N- 二甲基(丙烯酰氧丙基)氨基丁磺酸，N，N- 二甲基(丙烯酰氧乙基)氨基丙磺酸，N，N- 二甲基(丙烯酰氧乙基)氨基丁磺酸，N，N- 二甲基(甲基丙烯酰氧丙基)氨基丙磺酸，N，N- 二甲基(甲基丙烯酰氧丙基)氨基丁磺酸，N，N- 二甲基(甲基丙烯酰氧乙基)氨基丙磺酸，N，N- 二甲基(甲基丙烯酰氧乙基)氨基丁磺酸；
[0016]本發(fā)明所述水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑制備方法如下:將氧化鈣類膨脹熟料和UCST類溫敏性聚合物混勻并粉磨至比表面積為100-600m2/kg，即得所述的水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑。
[0017]優(yōu)選的，粉磨時(shí)間0.l_30min。
[0018]粉磨設(shè)備優(yōu)選的為電磁式磁力振動(dòng)磨、行星球磨機(jī)或連續(xù)粉體表面改性機(jī)。
[0019]本發(fā)明所述方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉；本發(fā)明所述水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑可以提升氧化該類膨脹劑的抗吸濕性；減少了氧化鈣類膨脹劑在水泥混凝土塑性階段的水化，隨混凝土中水泥水化放熱溫度升高，UCST聚合物溶解，被包裹的氧化鈣類膨脹劑水化產(chǎn)生膨脹能，提升了傳統(tǒng)氧化鈣類膨脹劑對(duì)混凝土收縮抑制的作用，減少了混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。
【附圖說明】
[0020]圖1:對(duì)比例所用未改性的氧化鈣類膨脹劑I’與實(shí)施例1-3所得的水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑的防潮性對(duì)比。
[0021]圖2:對(duì)比例所用未改性的氧化鈣類膨脹劑2’與實(shí)施例5所得的水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑的水化歷程對(duì)比。
[0022]圖3:對(duì)比例所用氧化鈣類膨脹劑3’與實(shí)施例7所得的水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑的限制膨脹歷程對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了更好的理解本發(fā)明，下列實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步舉例說明，不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的任何形式的限制。氧化鈣膨脹熟料購自江蘇蘇博特新材料股份有限公司，UCST類溫敏性聚合物為自制。
[0024]聚合物通過常規(guī)自由基聚合制備，步驟如下:在0.05mmol/L引發(fā)劑過硫酸銨的去離子水溶液中，加入不同濃度的聚合單體，攪拌溶解后，置于50-70°C的水浴中進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)12-20小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用冰丙酮和水在0°C下對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行沉降純化，以除去殘留單體及其它雜質(zhì)，然后在100°C下干燥樣品至恒重，即制得UCST類溫敏性聚合物，制備的UCST類溫敏性聚合物的UCST通過UV/VIS分光光度計(jì)測(cè)試，因?yàn)橥腹饴首兓菧囟鹊暮瘮?shù)，所以特定濃度的聚合物水凝膠或溶液的UCST定義為測(cè)試樣品的透光率下降到起始值的一半所對(duì)應(yīng)的溫度。
[0025]實(shí)施例1
[0026]稱取質(zhì)量比為999:5的氧化鈣類膨脹熟料與UCST類溫敏性聚合物，混勻后置于電磁式振動(dòng)磨中粉磨0.lmin，過篩得到比表面積為10mVkg的本發(fā)明所述水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑I。
[0027]其中，氧化鈣類膨脹熟料為江蘇蘇博特新材料股份有限公司的HME-1II，UCST類溫敏性聚合物為聚N，N-二甲基(丙烯酰胺丙基)氨基丙磺酸，UCST為20°C。
[0028]實(shí)施例2
[0029]稱取質(zhì)量比為99:1的氧化鈣類膨脹熟料與UCST類溫敏性聚合物，混勻后置于電磁式振動(dòng)磨中粉磨2min，過篩得到比表面積為10mVkg的本發(fā)明所述水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑2。
[0030]其中，氧化鈣類膨脹熟料與實(shí)施例1所用相同，UCST類溫敏性聚合物為聚N，N- 二甲基(丙烯酰胺丙基)氨基丁磺酸，UCST為25°C。
[0031]實(shí)施例3
[0032]稱取質(zhì)量比為98:2的氧化鈣類膨脹熟料與UCST類溫敏性聚合物，混勻后置于電磁式振動(dòng)磨中粉磨2min，過篩得到比表面積為10mVkg的本發(fā)明所述水泥混凝土用改性氧化鈣類膨脹劑3。
[0033]其中，