朱效荣  1970出生,教授、研究员级高级工程师,北京城建集团高级顾问,冀东发展集团首席科学家。
       技术成果
 
 
低碱膨胀剂的研究及应用
 

总  目  录

 

一、DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用鉴定大纲

二、DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用工作报告

三、DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用技术报告

四、DEA砼低碱膨胀剂的研究企业标准

五、DEA砼低碱膨胀剂的研究检测报告

六、DEA砼低碱膨胀剂的工程应用证明

七、国内外同类技术比较

八、科技情报查新报告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用鉴定大纲

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司

 

 

 

 

 

DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用鉴定大纲

一、 鉴定项目名称

DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用

二、 鉴定形式及组织鉴定单位

1. 鉴定形式:专家评议

2. 组织鉴定单位:

三、 鉴定内容

通过审查技术文件,对本成果技术水平的先进性与实用性及质量指标,应用前景做出评价。

四、 会议审查技术文件

1、DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用鉴定大纲

2、DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用工作报告

3、DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用技术报告

4、DEA砼低碱膨胀剂的研究企业标准

5、DEA砼低碱膨胀剂的研究检测报告

6、DEA砼低碱膨胀剂的工程应用证明

7、国内外同类技术比较

8、科技情报查新报告

五、 鉴定会议程序

1、 通过鉴定委员会名单。

2、 由鉴定委员会组织鉴定,通过鉴定大纲。

3、 由课题组介绍该课题的工作、研究及应用报告。

4、 文件审查与评价。

5、 鉴定委员会提出意见。

6、 鉴定委员会通过鉴定意见并签名。

7、 会议结束。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用工作报告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司

 

 

 

 

DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用工作报告

 

一.DEA砼低碱膨胀剂研究及应用立项的目的及研究内容

1. 低碱膨胀剂研究及应用立项的目的

   普通水泥混凝土是目前使用最广泛的建筑材料,它具有工程造价低,强度高等优点。但是,普通水泥混凝土的致命弱点是易产生干缩开裂,往往因此产生渗漏,而导致钢筋锈蚀影响砼的使用功能和使用寿命。为解决这一难题,国内外工程界学者在材料、设计和施工技术三个方面进行大量的研究工作。在材料方面一致认为,在普通水泥混凝土中掺入一定量的微膨胀组份用以补偿混凝土水化过程中产生的收缩,是解决这一难题的一条有效途径,这一技术成果已在工程上得到了普遍应用,取得了一定成果。但随着人们对混凝土碱骨料反应的日益重视,北京建委于1999年3月1日对混凝土膨胀剂做出了相应的规定,即在北京地区使用的混凝土膨胀剂含碱量不得大于0.75%,膨胀指标不变。一些厂家采用优选材料和改变比例的方法,使掺量,含碱量和膨胀率指标勉强达到或接近行业要求后继续使用。而真正通过改变材系,实现产品换代,保证上述三个指标完全符合要求的产品还未见到,所以尽快研制一种高效、低碱、低掺量的新型膨胀剂非常必要。在这种条件下本公司于2000年年初立项进行新型低碱膨胀剂的研究

2. 低碱膨胀剂研究的具体内容

(1) 本研究通过大量试验优选了原材料,采用碱离子含量低的石灰石、矾土、石膏、高岭石作为原材料。

(2)研究了DEA砼低碱膨胀剂生产工艺制度、工艺原理、工艺流程,找出了最佳工艺参数。

(3)研究了DEA砼低碱膨胀剂碱含量控制的配比方案并应用

    按照上述的研究思路,我们经过试验室试验后进行工业化生产,并对所生产的500吨DEA砼新型低碱膨胀剂进行大量的实验分析,经权威机构检测评定后应用于设计中有抗渗要求的国家重点工程施工。

 

二、低碱膨胀剂研究的技术路线及工艺流程

1  技术路线

本项目研究的技术路线就是从原材料入手,选择低碱含量高膨胀值且膨胀值较稳定的原材料,进行适当的匹配,采用合理的生产工艺制度,生产出低碱低掺量的优质混凝土膨胀剂。

2  工艺制度及工艺流程

本项目研究的具体工艺制度及工艺流程如下

 

膨胀剂熟料的制备:采用低碱含量的钒土、石灰石、和石膏制备而成

                             ↓

DEA砼低碱膨胀剂原材料比例的确定

                             ↓

影响DEA砼膨胀剂性能因素的研究

                              ↓

DEA砼低碱膨胀剂主要物理力学指标测试

                              ↓

DEA砼低碱膨胀剂的工程应用

 

 

三、低碱膨胀剂的研制过程和结果

本次研究主要分为三个阶段,第一阶段进行原材料的选择,我们通过综合分析和计算,初步确定了以石灰石、矾石、高岭石、硬石膏为主的原材料方向,并根据我们对这些原材料的化学分析确定了原材料供应商。第二阶段为试验室研究阶段,我们在试验室烧制出了熟料小样品,检测了各矿物组成含量,并按国家建材行业标准进行了配方试验,经优化后选择出了工业生产配方。第三阶段为工业化生产阶段,我们根据试验室试验结果,在回转窑内烧制出膨胀熟料,然后用球磨机生产出500吨低碱膨胀剂,经本单位多次自检和上级主管部门多次抽检达到了研制目标,全部应用于工程施工,取得了良好的效果。标志着低碱膨胀剂研制的成功。

四 、结论

1  在本公司领导及行业主管部门的大力支持下,采用我公司研究人员提出的控制碱含量的生产工艺和技术路线可以生产出质量稳定、性能优异的DEA砼低碱膨胀剂,各项技术指标均满足本企业质量标准优于JC476-98的要求。

2  通过本项目的研究,使我们从能够在保证稳定膨胀值的条件下,实施降低碱含量的技术工艺措施,为生产出优质的低碱膨胀剂,从根本上消除碱骨料反应,提供了技术保障。

3 DEA砼低碱膨胀剂具有低碱(0.28-0.34%),低掺量(6-8%),较高的膨胀能力且稳定性好,低水化热,掺入砼中使砼拌和物坍落度损失较小,混凝土强度不降低,良好的补偿收缩效果及高抗渗防裂性。

4  DEA砼低碱膨胀剂的开发与应用,有效地解决了由于膨胀组分引入混凝土中的碱含量问题。同时,本膨胀剂在混凝土中的掺量最高不超过8%,取得良好的膨胀效果,对降低工程造价极为有利。本产品的推广与应用,可取得良好的经济效益和社会效益。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DEA砼低碱膨胀剂的研究及应用技术报告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司

 

 

 

 

新型低碱膨胀剂的研究及应用报告

 

一、概述

    普通水泥混凝土是目前使用最广泛的建筑材料,它具有工程造价低,强度高等优点。但是,普通水泥混凝土的致命弱点是易产生干缩干裂,往往因此产生渗漏,而导致钢筋锈蚀影响砼的使用功能和寿命。为解决这一问题,国内外工程界学者在材料、设计和施工技术三方面进行了大量的研究工作。在材料方面,一致认为,在普通水泥混凝土中掺入一定量的膨胀组分以补偿混凝土产生的干缩,是解决这一难题的最佳途径,这一技术成果在工程上也得到了普遍应用,取得了一定成果。

    膨胀混凝土的主要特点是:在 养护期间能产生适度的体积膨胀,在有钢筋和邻位约束的情况下,能对钢筋产生一定的张拉应力,而这种反力对混凝土产生压缩作用,因而在混凝土中能产生一定的化学预应力(自应力),由于这种化学预应力的导入改变了混凝土 的应力状态,使它能大致抵消混凝土的干缩和徐变所产生的拉应力,从而达到补偿收缩,提高抗裂抗渗的能力?;炷亮逊斓纳纱蠖嗍峭饨缫蛩氐挠跋焖?。除荷载外,主要是由于失水和降温引起的体积变化,混凝土内部的湿热变化(增减与迁移)。不论何种原因引起的体积变化都能导致裂缝,但最常见的是在限制条件下因 收缩引起的开裂。补偿收缩就是用限制条件下的膨胀来补偿(抵消)这种收缩,从而减免裂缝的产生与发展。但是随着近年来对混凝土耐久性研究的不断深入,提出“碱——骨料反应”是 影响混凝土耐久性主要因素的新观点,这就对膨胀剂的研究提出了新的课题,因为以往的各种膨胀剂中不同程度的含有碱,随着使用年限的推移,混凝土中的碱与活性骨料发生反应,对混凝土结构会产生破坏作用,而影响混凝土的使用寿命。因此研制新型高效、低碱、低掺量膨胀剂是当务之急。

 

 

二、国内外膨涨剂的研究概况

    在六、七 十年代日本最早投入对膨胀剂的研究,日本电气化学公司及日本小野田水泥公司先后开发出硫铝酸盐膨胀剂和石灰系膨胀剂并应用于实际工程中,取得了良好的效果。1983年,日本建筑学会制定了《混凝土膨胀剂品质》标准(JICA6202-1980)和《掺膨胀剂混凝土配合比设计和使用规范》。随后,美国、前苏联、澳大利亚等国也先后开展了膨胀挤的研制与应用,在工程中得到了广泛应用。

    我国对膨胀剂的研究与应用起步较晚,1975年国家建材研究院研究成功CSA膨胀剂;1985年国家建材研究院在自应力水泥科研成果基础上,研制成功石灰系为主的复合膨胀剂和钙矾石系膨胀剂(即U性膨胀剂)并在工程上得到广泛应用。特别是U性膨胀剂,在普通混凝土中掺(8~12)%时,可取得良好的补偿收缩作用有效防止混凝土的干缩开裂。

    我公司通过对U型膨胀剂多年实际工程应用,发现诸多不便之处,比如对养护条件要求苛刻等,特别是近年来由于北京一些工程因碱骨料反应造成破坏而提出碱含量问题。针对这一情况,我公司技术人员通过专心研究,提出了一套能够有效降低膨胀剂中碱含量,同时又能提高膨胀值具有较低掺量的技术,这就是本课题提出的新型低碱膨胀剂,通过多家实际工程应用表明其性能优越。

三、新型DEA砼低碱膨胀剂的研制

(一) 工艺原理

    在混凝土中起膨胀作用的是水化硫铝酸钙 (C3A∙CaSO4∙32H2O)俗称钙矾石(Ettrigite),能在水泥水化阶段产生钙矾石的是无水硫铝酸钙3CaO∙3Al2O3∙CaSO4(C4A3S)。类似于明矾石在水泥水化的碱介质和硫酸盐激发下形成钙矾石的原理。本课题采用K+含量低的高岭石作为原料,在水泥水化的碱介质和硫酸盐激发下生成膨胀组分。C4A3S活性高,多在水化早期形成钙矾石,而水化较慢的高岭石,多在水化中期(7~14)天形成钙矾石,它们形成钙矾石所需要的硫酸盐(CaSO4)是外加进去的,而碱Ca(OH)2是由水泥中C3S、C2S水化提供。由于高岭石形成钙矾石在水化中期,这样钙矾石和C-S-H的形成是相互约制,互相促进的,使得水泥的强度和膨胀发展协调,达到补偿收缩效果。具体水化过程,可以用下图描述:

硅酸盐水泥                                        膨胀剂

  C3S          C2S          Al2O3∙2SiO2     C4A3S    CaO

                          K2Al2(SO4)3Al(OH)3                                                                            

                     +

                      CaSO4

                       ↓

  C—S—H              Ca(OH)2  →C3A∙CaSO4∙32H2O

 

 

 

 

 

 

 

生产工艺流程

 

 

 

 

 

计量        计量       计量        计量       计量

 

 

 

 

 

 

                                   计量

 

计量

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       不合格

 

                                        合格

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(二)原材料品质及化学成分

1. 膨胀熟料对原料品质的要求。

     石灰石:CaO≥54%

     矾土:SiO2≤15%       Al2O3≥60%

     二水石膏 :SO3≥40%

2.明矾石:Al2O3 ≥ 20%           SO3  ≥16%

3.硬石膏:SO3  ≥48%

       4.高岭石:Al2O3  ≥42%   SiO2≤ 50% 

      各原材料化学成份分析如下:

               各原材化学分析                       表1

 

原材名称

化学分析

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

石灰石

42

0.28

0.51

0.10

56.03

0.20

 

矾土

13.14

14.27

62.94

2.88

0.45

0.22

 

二水石膏

22

2.84

0.10

0.03

32.10

2.50

41.58

高岭石

2.23

48.4

42.21

0.04

3.52

0.16

 

明矾石

8.87

36.3

20.86

2.54

0.46

0.27

20.83

硬石膏

3.84

0.18

0.81

0.19

41.20

1.62

54.40

   (三)膨胀熟料的制备

    膨胀熟料是采用矾土、石灰石和石膏制备而成的。熟料是由生料粉压成试饼,在小型回转窑内煅烧,逐渐升温到1300℃恒温2h,在空气中自然冷却到常温所得,其化学成分见表2

                膨胀熟料化学成分                       表2

编号

化学成分

Loss

SiO2

Al2 O3

Fe2 O3

CaO

MgO

SO3

K2 O

总和

1

3.68

10.98

7.04

0.96

59.6

2.50

13.97

0.04

98.77

2

1.78

8.30

8.89

0.84

57.1

1.90

18.00

0.06

96.87

3

3.02

7.04

10.53

0.92

55.6

1.78

20.78

0.06

99.73

     通过X—射线衍射分析及岩相分析可知熟料中含以下矿物:

          C4A3S

          f-CaO

          f-CaSO4

          C4AF

          ß-C2S

其矿物含量计算公式如下:

  C4A3S=1.99Al2O3+1.27Fe2O3

  f-CaO=1.70SO3+0.45Al2O3+0.28Fe2O3

  f-CaSO4=CaO-91.875SiO2+1.05Fe2O3+0.55Al2O3+0.78SO3                  

  ß-C2S=2.87SiO2

  C4AF=3.04Fe2O3

 

 

根据上述公式可知熟料中的矿物成分如下:表3

编号

                      矿物组分

C2S

C4AF

C4A3S

f -CaSO4

f -CaO

1

31.51

2.92

12.79

20.85

23.29

2

23.82

2.55

16.62

26.85

21.77

3

20.20

2.80

19.79

30.83

19.47

(四)膨胀剂的制造

    由硅酸盐水泥补偿收缩与钙矾石生成数量的关系可知,为了使水泥获得膨胀,水泥—水系统中必须生成25%以上钙矾石,由化学计算得知,每1%SO3可生成5.23%的钙矾石,那么水泥中具有足够的CaO、Al2O3的情况下,应含有SO3=25/5.23=4.78%方能补偿收缩。这就是设计膨胀剂组份的理论依据。

    1.膨胀熟料及明矾石、高岭石、硬石膏的品质要求及制备过程如上论述到的进行生产、储备。

    2.生产高岭石的活性较低,需要(540~880)℃高温下煅烧形成偏高岭石,偏高岭石的Al-O体系处于无序状态,活性较高,易水化。

    3.配比设计

    (1)由上分析可知SO3含量应大于4.78%,所以膨胀剂中应含有足够的能提供SO3的矿物组分,如明矾石、石膏。

    (2)明矾石、高岭石、石膏的比例:

    明矾石、高岭石在有水泥水化的碱性介质和硫酸盐激发下,发生水化反应的机理如下:

K2SO4·Al2(SO4)2·4Al(OH)3+23Ca(OH)2+11CaSO+2Al2O3.2SiO2+132H2O→5(C3A 3CaSO 32H2O)+2KOH+CaO SiO2

    从理论上讲,要配制高效能的 膨胀剂,明矾石、高岭石、硬石膏的当量比应为1:1:1:1,重量比为4:7:2。

    (3)熟料与明矾石、高岭石、石膏的比例

由式:3CaO·3Al2O3·CaSO4+8CaSO4+6CaO+96H2O——3(C3A 3CaSO 32H2O)

CaSO/CA3S=8         CaO/CA3S=6(克分子)时,即熟料中

CaO:Al2O3:CaSO=3:1:3(克分子)时,膨胀效能最高。因此,熟料与明矾石、高岭石硬石膏的比例应为(4~6):6~4)。

    (4)新型DEA砼低碱膨胀剂的原材料比例

用EK表示熟料,A表示明矾石,G表示硬石膏,S表示高岭石。

 EK:A:G:S=(10~12):(4~5):(5~7):(2~3)

    4.膨胀剂的生产

    (1)配方的选择

根据计算数据,我们对膨胀剂进行了不同配方的研究,膨胀剂的掺量为8%,水泥采用525#普通硅酸盐水泥,砂为混合中砂,细度模数2.7,含泥量小于3%,石子采用碎石,颗粒最大为20cm,试验结果见表4

 

    不同配方膨胀剂试验结果                 表4    

序号

DEA掺量 %

细度

%

凝结时间

h:min

抗压强度

MPa

抗折强度

MPa

限制膨

胀率

初凝

终凝

7d

28d

7d

28d

7d

28d

A

8

7

2:35

4:05

31.0

52.2

5.0

8.1

0.029

0.03

B

8

7

1:45

3:20

29.0

47.8

4.9

7.9

0.010

0.05

C

8

7

2:20

4:10

25.0

45.8

4.7

7.5

0.020

0.05

D

8

7

2:15

3:45

32.0

52.5

5.2

8.0

0.027

0.03

E

8

7

1:20

3:15

27.0

48.2

4.6

6.2

0.150

0.15

    由上表数据可知,所用配方细度、凝结时间、强度均达到国家标准。但强度指标A、D最好,限制膨胀率A、C、D均优于B、E。因此优选A、D作为试生产配方进行优化组合后复配调试。

    (2)配方的调试

我们对A、D配方进行优化组合后,采用调试后的配方生产了一批膨胀剂,经多次测试数据如下:

DEA砼低碱膨胀剂性能检测数据             表5

 

项  目

指标值

实测值

MgO(%)≤

5.0

含水率(%)

3.0

0.5

总碱量(%)

0.75

0.280.34

氯离子(%)

0.05

 

细度

0.08mm筛余(%)

10

7

凝结

 

时间

初凝(min)

45

130

终凝(h)

10

4

抗压强度MPa

7d

25.0

31.0

28d

45.0

52.2

抗折强度MPa

7d

4.5

5.7

28d

6.5

7.6

限制

膨胀

 率%

水中

7d

≥0.025

0.029

28d

≤0.100

0.030

空气中

-7+28d

≥-0.020

-0.018

结果表明,调试后的配方生产的膨胀剂具有碱含量低,膨胀值稳定,早期强度高,后期强度不降低的特点。因此可以作为大批量生产低碱膨胀剂的配方。

(3)DEA砼低碱膨胀剂对两大通用水泥的适应性。

    根据以上研究成果,我们利用自己研制生产的DEA砼低碱膨胀剂对矿渣水泥及普通水泥的适应性进行了试验,结果如下表:

 

DEA对矿渣水泥和普通水泥的适应性试验数据            表6

水泥品种

DEA掺量 %

细度

%

凝结时间

h:min

抗压强度

MPa

抗折强度

MPa

限制膨胀率(%)

水中

空气中

初凝

终凝

7d

28d

7d

28d

7d

28d

-7d +28d

矿渣水泥

6

7

2:40

4:30

33.5

51.5

5.1

8.0

0.027

0.030

-0.013

8

7

2:38

4:20

32.7

53.2

5.4

7.9

0.029

0.030

-0.019

10

7

2:40

4:50

31.6

52.5

5.3

7.8

0.031

0.029

-0.011

普通水泥

6

7

2:46

4:55

32.6

52.7

5.2

7.8

0.030

0.026

-0.013

8

7

2:28

4:25

31.7

51.4

4.9

7.7

0.029

0.027

-0.011

10

7

2:10

4:10

31.5

52.2

5.3

7.9

0.033

0.025

-0.012

由上表可知,DEA砼低碱膨胀剂对矿渣水泥和普通水泥都具有很好的适应性。在不同掺量下均具有理想的强度和膨胀值,具有良好的适应性。DEA的推荐掺量(6~8%。比目前同类产品的掺量低(2~4%。

(五)、膨胀剂的水化

1、 在普通水泥中内掺8%本膨胀剂后,试验结果表明,钙矾石含量较多,它是膨胀相且具有胶凝性质。从X射线分析可知,膨胀剂的主要矿物组成是无水硫铝酸钙(C4A3S)、硫酸铝钾、石膏(CaSO4)和石灰(CaO)、C2S及偏高岭石(Al2O3·2SiO2)这几种矿物在水化反应时主要生成钙矾石。单纯存在于水泥中的游离CaO不足以提供足够的碱性条件,因此水泥中C3S、 C2S的水化提供部分CaOH2 是十分重要的。但是,在水泥中CaOH2 是消极因素,它的胶凝性差。在水压力下易渗透析出来,使水泥石的结构劣化,但是在水泥中掺入膨胀剂后,它将吸收CaOH2 形成钙矾石,优化水泥石结构。

2、 水化机理探讨

在有足够的CaOH2 存在条件下,无水硫铝酸钙反应生成钙矾石:

C4A3S+6Ca(OH2+8CaSO4+96H2O→3C3A·3CaSO4·32H2O

由于明矾石,高岭石本身没有水硬性,它必须在水泥水化的碱介质和硫酸盐激发下才能形成钙矾石,反应如下:

  K2SO4·Al2(SO4)· 4AlOH3+23CaOH2+11CaSO4+2Al2O3

2SiO2+132H2O→5C3A3CaSO4·32H2O+2KOH+SiO2

 

钙矾石的结构分为两种,一种为结晶状钙矾石,一种为凝胶状钙矾石。在水化过程中,凝胶状钙矾石吸水肿胀、结晶状钙矾石对孔隙产生膨胀压力,两者共同作用,使水泥产生体积膨胀,吸水膨胀的驱动力要大一些。在膨胀剂中由于水化快的C4A3S作用生成早期钙矾石矿物,成为水泥石骨架。硬化中期利用水化较慢的明矾石生成钙矾石,由于水化空间限制和C-S-H凝胶的束缚,它大多形成凝胶状钙矾石,起密实作用,它吸水肿胀时,好比一个“弹性体”,能自行调整强度和膨胀关系。所以,水化后期虽然仍有微小膨胀势头,但不会破坏水泥石结构,而且后期强度会持续增长。

(六)膨胀剂的水化热

 在启新525#普硅水泥和琉璃河425#矿渣水泥中掺入8%的本膨胀剂,测定其水化热。由下表可见,在水泥中掺入膨胀剂后,三天水化热比普通水泥稍低,而七天水化热则差不多。

普通水泥物理性能            表9

水泥品种

水泥组分(%)

水化热KJ/kg

PC

膨胀剂

3d

7d

普通525

100

0

70

78

92

8

64

69

矿渣425

100

0

51

60

92

8

42

51

 

四、掺膨胀剂混凝土的水化硬化

 

本膨胀剂是由特制的铝酸盐水泥熟料,天然明矾石,高岭石、硬石膏粉磨而成的,我们对膨胀剂的水化性、水化硬化特性,膨胀机理做了如下探讨:

(一)、实验设计

1. 用膨胀剂与30%水拌成浆体,成型为3.03cm3立方试体分别用X—射线仪分析3、7、28天的水化相。

2. 用92%PC和 8%的膨胀剂和水拌成浆体,成型为3.03cm3 立方试体,对其3、7、14、28天试件进行X—射线分析其水化相。

3. 用100%PC和27%水拌成浆体作平行实验。

(二)膨胀剂的矿物组成

 从上述实验中可得其矿物组成有:

      C4A3S

      f-CaSO4

      f-CaO

      KAl3(SO4)3(OH3

     CaSO4

     CaSO4·2H2O

     β-SiO2

     CaO·2SiO2

(三)膨胀剂的水化相

     纯的膨胀剂的水化相主要有钙矾石,它是膨胀相,水化三天时,CaO已消失,C4A3S随龄期延长逐渐减少说明它们与CaSO4很快形成钙矾石,三天后,主要靠明矾石、高岭石水化形成钙矾石。在CaOH2 充足的情况下,28天后,明矾石、高岭石、石膏和C4A3S存在很少。

五、 低碱含量分析

(一) 原材料分析

1、 明矾石、硬石膏:明矾石在膨胀剂中的作用,很多文献上已做了大量介绍,特别是游宝坤教授的UEA膨胀剂中的资料中已做了大量论述,本文中不做详细论述。

2、 高岭石:[Al 2(Si4O10)(OH8]由于明矾石含有一定的K+离子,提高了膨胀剂中的碱含量,水化过程中生成KOH,寻找一种能部分替代明矾石,生成钙矾石的矿物十分重要。

    本膨胀剂采用熟高岭石(Al2O3·2SiO2 )在540℃高温煅烧后,高岭石脱水形成介稳结构,此时晶格变形很大,Al-O无序性更大,但Si-O层基本保持高岭石的结构,因此,此时的高岭石活性很高,极易反应,其煅烧反应如下:

(二)低碱分析

    要获得低碱膨胀剂,途径就是在水化过程中生产较多的钙矾石,而相对生成较少的KOH。

1. 目前,几种膨胀剂中KOH的含量。从膨胀剂的水化机理:K2SO4 Al2(SO4)3·4AlOH3+13CaH2O+5, , CaSO4+78H2O→3C3A· 3CaSO4· 32H2O+2KOH

从上方程可知,每生成3份钙矾石,就会生成2KOH ,碱含量相对较高。

KOH含量=2KOH/3钙矾石+2KOH)×100%=5%

 碱含量=Na2O+0.658K2O=0+0.658×5%×50%×50%=0.84%

2. 本膨胀剂碱含量分析

K2SO4 Al2(SO4)3 4AlOH3+23CaOH2+11CaSO4+2Al2O3 2SiO2+132H2O→5C3A·3CaSO4·32H2O+2KOH+4CaO ·SiO2

KOH含量=1.35%

碱含量

        =Na2O+0.658K2O=0+0.6458K2O

        =0+0.658×2.7%×50%×50%=0.22%

从计算数据可知本膨胀剂的碱含量比目前产品的碱含量降低了近两倍。掺入混凝土中以后对混凝土的耐久性基本没有什么影响 

其他厂家膨胀剂碱含量                   表10

膨胀剂品种

碱含量(%

标准掺量(%

m3混凝土膨胀剂用量(Kg/m3

m3混凝土膨胀剂带入的碱量(Kg/m3

J

0.9-1.3

12

48

 

AEA

0.57-0.7

10

40

 

UEA

0.5-1.0

12

48

 

FS-

0.5-0.9

10

40

 

DEA

0.28-0.34

8

32

 

 

 

六、影响混凝土膨胀性能的因素

             

(一) 膨胀剂组份的影响

    试验表明,膨胀剂熟料含量越多,其膨胀率越大,这是由于熟料中C4A3S较多时,形成较多的钙矾石,故其膨胀率相对提高。但是,熟料含量较高时膨胀较大,强度的损失也会增加,凝结时间相对而言缩短,所以选择适当熟料含量显得尤为重要。

(二) 熟料矿物组成的影响

    熟料的矿物组成中CaO与C4A3S的含量对水泥强度的影响较大,对膨胀值的影响也较大,因此选用CaO、C4A3S的适当比例很重要,而这些取决于SO3的含量。

(三) 原材料对膨胀性能的影响

1明矾石

    明矾石的品位不同,明矾石中硫铝酸钾的含量越多,形成的钙矾石越多,膨胀性能越好,但明矾石中引入的K+又增加了混凝土中的碱含量,对混凝土的耐久性不利,对其品质要求:Al2O3≥20%    SO3≥16%

2  高岭石

    由于明矾石易引入K+,所以采用适量的高岭石替代明矾石,可有效控制碱含量,对其品质要求Al2O3≥40%、SiO2≥48%

3 石膏

    硬石膏中SO3的含量比二水石膏高(10~15)%,能提供足够的SO3,其膨胀率高,而对强度的影响也不大。有足够的SO3有利于C4A3S在水化时形成明矾石,而在SO3不足的情况下易形成半硫型铝酸钙此物质没有膨胀性能,所以配制膨胀剂应选择硬石膏。

(四) 比表面积对膨胀剂性能的影响

    把相同组分的膨胀剂(本品种)、磨至不同比表面积,以8%掺入普通硅酸盐水泥中,试验表明,膨胀剂的比表面积越大,形成钙矾石的速度越快,膨胀剂消耗在水泥塑性阶段较多,膨胀率较小,补偿收缩的性能较差;比表面积太小,钙矾石形成速度太慢,膨胀率也太大,对其后期强度也不利。试验结果如下表:

        比表面积对膨胀剂性能的影响      表

编号

比表面积m2/kg

膨胀率(%

抗压强度

MPa

抗折强度

MPa

水中

空气中

3d

7d

14d

28d

3d

28d

3d

28d

1

290

0028

0032

0010

0.070

30

53.3

5.6

9.5

2

340

0022

0032

0086

-0012

30.4

53.3

5.5

8.9

3

450

0024

0031

0.068

-0012

29.2

54.1

5.6

8.9

4

550

0025

0030

-0.032

-0026

31.9

56.4

5.9

8.9

  

七、DEA砼低碱膨胀剂对水泥性能的影响

(一) DEA砼低碱膨胀剂对水泥性能的适应性

1.由上面数据可知,在普通硅酸盐水泥中加入8%本膨胀剂后,对水泥稠度和凝结时间影响不大。

2. 在525#普通硅酸盐水泥中掺入膨胀剂产生较大的膨胀,7天可达(3.5~4.6)×10-4mm,14天后仍有膨胀趋势,对补偿收缩有利,对强度影响也不大。

(二)膨胀剂的补偿收缩性能

    掺入膨胀剂产生膨胀,依据混凝土的物理力学特性,膨胀剂的实际意义不仅仅在于它产生体积膨胀,提高混凝土的密实性和抗渗性,而且还在于膨胀剂能在混凝土中导入自应力,以限制膨胀去抵消限制收缩。

自应力值按下列公式计算:

        σ=μ·ES ·Δθ

        式中:σ:自应力值(kg/cm2)

              μ:配筋率

              Δθ:约束膨胀率(%)

               ES :弹性模量

(三)膨胀剂的胀缩性能

由于膨胀剂都有明显的湿胀干缩的性能,为了解决其从空气转入水中的湿胀恢复能力较差的特点,保证膨胀剂水化后形成较多的钙矾石是十分有意义的,因为钙钒石具有吸水肿胀的特性。实验表明本膨胀剂在有足够的水水化的情况下能产生较大的吸水肿胀特性,表8可示:

水泥组分

长向变化率(%)

标准水泥

膨胀剂

水中

空气

水中

3d

7 d

14 d

28 d

14 d

28 d

100

0

0.008

0.011

-0.025

-0.035

-0.010

0.002

92

8

0.027

0.030

0.007

-0.016

-0.018

0.020

90

10

0.033

0.036

0.014

-0.008

0.012

0.015

Al2O3·2SiO2·2H2O 540℃~880℃ Al 2 O3·2SiO2+2H2O

 

八、结论

1  本膨胀剂熟料是由石灰石、矾土、石膏配制而成适当成分的生料在回转窑中经(1250~1300)℃煅烧而成的熟料,这种熟料是属CaO-SiO2-Al2O3-SO3系统,其主要矿物组成为无水硫酸钙、游离石灰和少量硅酸二钙。

2  膨胀剂组分是由偏高岭石、生明矾石、硬石膏及熟料组成,偏高岭石是由高岭石在(540~880)℃煅烧下形成的活性成分。

3  膨胀剂掺入普通水泥中后,C4A3S和明矾石与偏高岭石在CaSO4 、CaOH2相互反应下,形成针柱状钙矾石,由于吸水肿胀和结晶生成,使得水泥石的体积膨胀。

4  由于膨胀源是明矾石及偏高岭石,在水泥中期水化形成的钙矾石,其形成的速度能较好地形成自我调节,使得水泥石的强度和膨胀发展相匹配,不至影响水泥石的强度。

5  在普通水泥中掺入(6~8%的本膨胀剂,就可达到良好的补偿收缩功能,达到抗渗防裂的效果。

6  掺入本膨胀剂以后,不影响水泥的标准稠度用水量,而凝结时间稍快、限制下的强度比普通水泥高(15~20%

7  生产工艺新颖性能良好,与国内外同类产品相比,限制膨胀率高,放在空气中干缩落差较小,补偿收缩效果良好。

8  从上试验分析,本膨胀剂比同类产品的碱含量低近一倍,有效解决了膨胀剂碱含量高的问题,不影响混凝土的耐久性。

9  试点工程应用表明DEA砼低碱膨胀剂对水泥的适应性良好,性能可靠。

10  DEA砼低碱膨胀剂质量达到了国家建材行业标准JC476-98《混凝土膨胀剂》的技术指标,碱含量仅(0.28—0.34)%,比标准规定的0.75%低。 

DEA砼低碱膨胀剂的工程应用及经济分析报告

一、 工程应用概况

本公司生产的DEA砼低碱膨胀剂500吨经质检部门多次抽检,性能指标稳定,质量符合标准JC47698《混凝土膨胀剂》的指标要求,同时也符合《北京城建集团混凝土公司低碱膨胀剂企业标准》。经玛莉蓝国际实业有限责任公司在孔雀家园住宅主体混凝土工程、航空港东北建设局在罗马花园小区住宅混凝土工程、朝阳门220kv地下变电站工程、红山口游泳池工程中的应用,混凝土拆模后光洁、密实、没有可见性裂缝效果良好,用户十分满意,取得了较好的社会经济效益。

 

二、膨胀剂的经济效益分析

    我公司全年可生产的混凝土为80m3以上,其中抗渗混凝土可达20m3,按每方使用50kg计算,每年可使用10000吨,由表10数据可知,可以为公司降低成本234万元,因此,新型低碱膨胀剂的开发与应用,有效地解决了由于膨胀组分引入混凝土中的碱含量问题。同时,本膨胀剂在混凝土中的掺量最高不超过8%,取得好的膨胀效果,对降低工程造价极为有利。随着本产品的推广与应用,一定能取得经济效益和社会效益。

    经济分析表      表11

序号

项目名称

金额(元/吨)

1

原材料成本

200.00

2

运输费

20.00

3

人工工资

15.00

4

包装费

20.00

5

能源动力费

51.00

6

固定资产折旧

20.00

7

税金

36.00

8

管理费

10.00

9

总成本

316.00

10

利润

234.00

11

售价

550.00

 

 

DEA砼低碱膨胀剂质量保证体系

 

混凝土外加剂是现代混凝土材料的重要组分,少量的外加剂对混凝土质量的影响很大。因此,混凝土外加剂的质量是决定混凝土质量的重要决定因素之一。生产优质的混凝土外加剂必须建立健全的质量保证体系。本公司在生产中除了保证产品达到国家建材行业标准《混凝土膨胀剂(JC4761998)》规定的指标外,还必须满足本企业制定的《北京城建集团混凝土公司低碱膨胀剂企业标准》。生产过程严格执行各项规章制度,严把质量关,保证产品质量的稳定、可靠。从原材料进厂复检,到生产过程中的质量控制,直到成品的检验都设专人负责。为提高企业的信誉,保证产品质量,在管理和生产控制中,严格执行原材料不符合标准要求不能进入生产车间,不合格的产品绝不出厂等规章制度。

1、 原材料进厂复检

各种原材料尽量固定厂家,避免由于供货厂家变化引起的原材料质量差异或波动。各种原材料进厂之前要提供合格证或必要的检测报告。同时,测试膨胀剂组分的化学成分。测试增强组分的混凝土±1天强度,满足技术要求的原材料可进厂入库,对于不同批号的产品要分别堆放,原材料库房设有专人保管,建立库存台帐,不合格的原材料或失效变质的原材料不得入库。

2、 生产过程控制

专职技术人员严格按照生产工艺要求指挥生产,严格按照生产工艺要求的配方准确计量、投料,认真,认真按工艺要求执行操作规程,确?;炝暇?。随时做好生产记录,产品合格后进入成品库。

3、 成品出厂检验

我厂对膨胀剂产品定期自检,自检主要项目为碱含量、自由膨胀剂、限制膨胀率、抗渗标号等,同时,也定期在北京市工程质量检测中心检测,合格产品方可出厂。

4、质量保证体系

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DEA砼低碱膨胀剂的研究

企业标准

 

                                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司

 

                                    QB/PZJ

 

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司企业技术标准

                            QB/PZJ001-2000

 

 

 

 

低  碱 膨  胀 剂

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   2000-10-8发布                                         2000-12-1实施

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司发布

                   

           

                 

 

 

 

 

 

前  言

l 本标准由公司标准化委员会提出

 

l 本标准由公司技术部归口

 

l 本标准起草单位

 

l 北京城建集团有限责任公司混凝土分公司技术部、科研所

 

l 本标准起草人:路来军、朱效荣、孙辉

 

l 本标准由公司技术部负责解释

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目  录

1. 总则

 

2. 引用标准

 

3. 定义

 

4. 技术要求

 

5. 检验方法

 

6. 检验规则

 

7. 包装标志、运输和储存

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                              

 

 

 

 

 

 

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司企业技术标准

                               

低碱膨胀剂                      QB/PZJ001-2000 

        

1、 范围     ,

    本标准规定了用于水泥混凝土的混凝土膨胀剂的定义、技术要求、试验方法、检验规则及包装、标志、运输和储存。                  

本标准适用于低碱混凝土膨胀剂,也适用于复合混凝土膨胀剂 

 

下列标准所包括的条文,通过在本标准中引用而构成本标准的条文。

GB/T176-1996  水泥化学分析方法

                   GB177-1985  水泥胶砂强度检验方法

                  GB178-1977  水泥强度试验用标准砂  

              GB1345-1991  水泥细度检验方法(0.08mm方孔筛析法)

                   GB1346-1989  水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法

                   GB/T2419-1994  水泥胶砂流动度测定方法

              GB8074-1987  水泥比表面积测定方法(勃氏法)

GB8076-1997  混凝土外加剂

              GB12573-1990  水泥取样方法 

              JC/T420-1991  水泥原料的化学分析方法

              JC473-1996  混凝土泵送剂

              JC475-1996 混凝土防冻剂

JGJ63-1989  混凝土拌合用水标准

3、 定义

低碱膨胀剂是指与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石,使混凝土产生膨胀的外加剂。 

4、 技术要求

表一 混凝土低碱膨胀剂性能指标

 

项  目

指标值

MgO(%)≤

1.0

含水率(%)

1.0

总碱量(%)

0.4

氯离子(%)

0.05

 

细度

0.08mm筛余(%)

10

凝结

 

时间

初凝(min)

45

终凝(h)

10

抗压强度MPa

7d

25.0

28d

45.0

抗折强度MPa

7d

4.5

28d

6.5

限制

膨胀

 率%

水中

7d

≥0.025

28d

≤0.100

空气中

-7+28d

≥-0.020

4.1  低碱膨胀剂的限制膨胀率、抗压强度和抗折强度指标应符合表1的规定。其它性能指标应符合相关的混凝土化学外加剂标准的规定。                                                                  

5   试验方法

5.1  化学成分
5.1.1 氧化镁、含水率、总碱量

    按GB/T 176进行。     

5.1.2 氯离子 

按JC/T 420进行。  

5.2  物理性能

5.2.1试验材料

5.2.1.1 水泥

采用基准水泥或C3A含量6%~8%,总碱量(Na2O+0.685K2O)    

不大于1%的熟料和石膏(G)、矿渣共同磨制的525号普通硅酸盐水泥。

5.21.2 标准砂

符合GB 178要求。

5.2.1.3  

符合JGJ 63要求。

5.2.2  细度

5.2.2.1  比表面积

按GB 8074进行。

5.2.2.2  细度        

按GB 1345进行。

  5.2.3  凝结时间

    按GB 1346进行。

5.2.4  限制膨胀率

按本标准附录A进行。

5.2.5  抗压强度与抗折强度

     按GB 177进行。

     每成型三条试体需称量的材料及用量如表2。

抗压强度与抗折强度材料用量表

材料

代号

用量

基准水泥与低碱混凝土膨胀剂总量

C+E

540

标准砂g

S

1350

拌和水g

W

238

注:1.E/(C+E)=K    S/(C+E)=2.5   W/(C+E)=0.44;

2.检验低碱混凝土膨胀剂,规定K=12%,  也允许K<12%,但生产厂在产品说明书中,应对检验限制膨胀率、抗压强度与抗折强度规定统一的K值;

3.低碱混凝土膨胀剂的拌和水两7是水泥砂浆流动度为140mm±5mm

时的用水量。

 

5.2.6  水泥砂流动度

   按GB/T 2419进行

5 检验规则

6.1  批量取样

6.1.1  日产量超过120t时,以不超过120t为一批量,不足120t时,应以不超过日产量为一批量。

6.1.2  每一批量为一取样单位,取样方法按GB 12573进行。取样应具有代表性,可连续取,也可从20个以上不同部位等量样品,总量不小于10Kg。

6.2  试样及留样

每一批量取得的试样应充分混匀,分为两等份:一份由生产厂按本标准第六章规定的方法进行出厂检验,一份从产品出厂之日起密封保存三个月,供作仲裁检验时使用。

6.3  检验分类

6.3.1 检验细度、凝结时间、水中7d的限制膨胀率、抗压强度和抗折强度。

6.3.2  型式检验

     型式检验项目包括表1性能指标。有下列情况之一者,应进行型式检验:

a) 新产品或老产品转厂生产的试制鉴定;

b) 正式生产后,如材料、工艺有较大改变,可能影响产品性能时;

c) 正常生产时,每半年至少进行一次检验;

d) 产品停产后,恢复生产时;

e) 出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时;

f) 国家质量监督机构提出进行型式检验要求时。

6.4  判定规则

经检验,产品各项性能均符合表1规定指标,判为合格品;若有一项指标不符合本标准要求时,则判为不合格品,不合格品不得出厂。

6.5 试验报告

试验报告内容应包括本标准出厂检验与型式检验项目。

生产厂应在产品发出之日起12d寄发出厂检验报告和型式检验报告;28d强度数值,应在产品发出之日起32d内补报。

6.6  仲裁检验

若用户对产品质量提出疑问,生产厂可用同一批量的封存样交由国家指定的剩级以上质量监督检验机构进行仲裁检验。如用户要求现场取样,应事先在供货合同中规定,由用户和生产单位人员于现场共同取样。

6 包装、标志、运输与储存

7.1  包装

产品可以袋装或散装。袋装时须用潮的包装袋。袋装产品每袋净重50Kg,且不少于标志重量的98%。随机抽取20袋,产品总重量不得少于1000Kg。其它包装形式由供需双方协商确定。

7.2  标志

包装袋上应清楚标明:产品名称、类别、批号、生产厂名及严防受潮等字样。

散装时应提交与袋装标志相同内容的卡片。

7.3  运输与储存

产品在运输与储存时,不得受潮和混入杂物,不同种类的产品应分别堆放,不得混杂。

    产品储存期为六个月,过期应重新进行物理性能检验。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DEA砼低碱膨胀剂的研究

检测报告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DEA砼低碱膨胀剂的研究

工程应用证明

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

国内外同类技术比较

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司

 

 

 

 

 

 

 

 

国内外同类技术比较

 

 

 

一  国内膨胀剂研究概况

混凝土在水化硬化后由于自身的体积缩减,会形成部分的结构缺陷,导致混凝土的抗渗性、护筋性以及耐久性指标。工程界采用掺加膨胀剂的办法解决这一技术问题,取得了良好的效果。但是经过几十年的使用,许多混凝土都出现了不同程度的破毁,经过专家现场鉴定,碱集料反应是引起这一破毁的主要原因。应次国内混凝土业界开始了低碱含量膨胀剂的研制工作,并于1998年制定了行的膨胀剂行业标准。JC476——1998《混凝土膨胀剂》,对碱含量进行了限制,使之不超过0.75%。

目前国内低碱膨胀剂的研究状况如下,安徽合肥研制成功的J性低碱明矾石膨胀剂,碱含量(0.91.3%,掺量(812%;国家建材院研究的AEA低碱复合膨胀剂,碱含量(0.570.70%,掺量(812%;建材院研究的UEA-H低碱膨胀剂,碱含量(0.501.0%,掺量(812%;水力部研究的FS-Ⅲ低碱膨胀剂,碱含量(0.5—0.9)%,掺量(8—12)% 从碱含量来看,现有的低碱膨胀剂碱量控制在0.5%以上,掺量一般控制在(812%。价格一般在650元/吨。

二  DEA低碱膨胀剂的主要技术指标及优势

 

我公司生产的低碱膨胀剂与以上各型号低碱膨胀剂相比,碱含量控制在(0.28—0.34)%,掺量控制在(6—8)%,经过工程大量应用,性能主要表现在低碱低掺量,可等量取代水泥,混凝土拌合物和易性好,混凝土强度不降低,低水化热,防渗抗裂,补偿收缩效果好,特别适宜用于混凝土结构自防水工程。且价格为550元/吨,比以上各厂家低将近100元/吨,具有明显的市场优势。

 

三  结论

本公司研制生产的低碱膨胀剂与国内同行业比有以下几个方面的优势:

1  碱含量在国内是最低的,对采用这种膨胀剂配制的混凝土而言碱含量特别低,可以有效的预防碱集料反应的发生。

2  掺量低,能够有效的减少膨胀剂的运输量,减少膨胀剂在混凝土中的成本份额,最终降低混凝土的生产成本,提高混凝土企业的经济效益。

3  对水泥的适应性好,在工程应用中便于大面积推广。

4  质量稳定,价格低廉,有利于建设和施工单位降低建筑成本,从经济效益方面看具有很大的市场潜力。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DEA砼低碱膨胀剂的研究

科技情报查新报告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

北京城建集团有限责任公司混凝土分公司

 

 

 

 

 
 

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