[發明專利]一種鋼管混凝土專用高效膨脹劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811651772.6
• 申請日: 2018-12-31
• 公開（公告）號: CN111377629B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 陸安群;田倩;王育江;王瑞;徐文;王文彬;穆松
• 申請（專利權）人: 江蘇蘇博特新材料股份有限公司;鎮江蘇博特新材料有限公司
• 主分類號: C04B18/14
• 分類號: C04B18/14;E04B1/30
• 代理公司: 南京材智匯知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32449
• 代理人: 喬淑媛

本發明公開了一種鋼管混凝土專用高效膨脹劑及其制備方法和應用。本發明所述鋼管混凝土專用高效膨脹劑由白云石提供鈣、鎂源，利用鋼渣、硫鐵礦燒渣固體廢棄物中Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃和SO₃，低溫煅燒制備所得。本發明所述的高效膨脹熟料兼具氫氧化鈣、鈣礬石、氫氧化鐵和氫氧化鎂4種膨脹源的優點，具有歷程調控、全過程補償鋼管混凝土收縮的作用；且含有水硬性膠凝組分具有提升混凝土強度的作用。采用鋼渣、硫鐵礦燒渣等廢渣替代礬土、硬石膏等不可再生資源制備鋼管混凝土專用膨脹材料，對于節約資源、保護生態環境具有重要意義。

技術領域

本發明屬于建筑材料混凝土外加劑技術領域，具體涉及一種鋼管混凝土專用高效抗裂劑及其制備方法和應用。

背景技術

混凝土與鋼是構成現代建筑結構的兩種最重要的建筑材料。鋼管混凝土(Concrete Filled Steel Tube)是鋼管內填充混凝土而成的鋼—混凝土組合結構。鋼管內的混凝土受到鋼管的側向約束處于三維受力狀態，抑制脆性破壞，提高了抗壓強度；同時克服鋼結構易局部屈曲的缺點，使鋼管混凝土結構在整體力學性能上有極大優勢。

由于這些獨特的優勢，決定了鋼管混凝土在各種結構工程中的應用，如建筑結構、橋梁結構、海洋構造物、防護結構物、輸變電塔架等。我國在鋼管混凝土研究和應用上取得了令人矚目的成就，如建成跨徑超過400m的怒江大橋、云桂鐵路南盤江大橋。鋼管混凝土澆筑后，內部填充的混凝土與外部鋼管壁是直接粘接的。但由于混凝土自身的收縮變形(主要是自收縮、溫度收縮)及徐變，隨著時間的推移，混凝土與鋼管壁極易產生嚴重的脫空、脫黏問題。

鋼管與其核心混凝土間的協同互補作用是鋼管混凝土具有的一系列突出優點的根本所在。鋼管混凝土澆筑后是否脫空直接影響到構筑物的承載力和鋼管混凝土的復合彈性模量，從而影響到構筑物的安全性及能否正常工作。如何補償或抑制核心混凝土的收縮變形及徐變，防止混凝土-鋼管界面損失(脫空、脫黏)，成為工程界關注的熱點。

利用膨脹組分在水化過程中產生的體積膨脹補償混凝土的收縮，是防止鋼管與核心混凝土脫空，提高鋼管混凝土的結構穩定性的重要措施之一。目前鋼管混凝土拱橋等結構的高性能混凝土膨脹劑常采用低堿型高效UEA膨脹劑和HCSA高性能膨脹劑，但氧化鈣類及硫鋁酸鈣類膨脹劑的膨脹效能基本在水化齡期3d內基本發揮完全，無法補償核心混凝土后期的自收縮、溫降收縮及徐變引起的收縮。如何制備全過程的補償核心混凝土收縮的鋼管混凝土專用膨脹劑，是建筑材料領域亟需解決的問題。

公開號CN 1772692A的中國專利公開了一種封閉混凝土高能延遲膨脹劑及其制備方法。此種膨脹劑是由硫鋁酸鹽水泥熟料、鋼渣、CaO、MgO、硬石膏、多孔礦粉和多孔材料混合而成。該膨脹劑能夠獲得一定膨脹量的延遲性膨脹，補償混凝土的后期收縮。但該膨脹劑的摻量達到10～18％，遠超補償收縮混凝土應用技術規程中的6～10％的建議摻量。且該膨脹劑中含有10～20％的多孔礦粉及多孔材料。多孔礦粉及多孔材料吸附大量的水分，雖能給膨脹劑的水化提供反應水，但嚴重影響混凝土的工作性，不利于澆筑期的核心混凝土與鋼管殼密實，易引起混凝土澆筑期脫空。多孔材料的粒徑范圍為5～9mm，鋼渣的比表面積在400～500m²/kg，其余組分的比表面面積≥280m²/kg，此幾種材料粒度和密度存在較大差異，復配后的此種膨脹劑在存放過程中極易發生分層現象。

公開號CN 107827389A的中國專利公開了一種持續穩定膨脹型膨脹劑的制備方法。此種膨脹劑由較高活性的偏高嶺土、鋼渣、硬石膏、改性硫鋁酸鹽水泥、硅酸鈉溶液、硅烷偶聯劑、丙酮、氫氧化鎂及氧化鈣制備而成。該膨脹劑的自制偏高嶺土、鋼渣和硬石膏粉體需在沼液中發酵5～7天，發酵過程中鋼渣中的游離CaO及MgO會反應生成Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，降低膨脹劑的膨脹效能；氫氧化鎂的溶解度極低，加入氫氧化鎂并不能加強其膨脹性能；且其制備工藝手段復雜，需消耗大量能源。