[发明专利]低热微膨胀复合水泥及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种低热、微膨胀复合水泥及其制备方法。

背景技术

混凝土是一种使用最广泛的建筑材料。混凝土在硬化产生强度的过程中会因为水泥水化或水分向外界环境的散失等原因产生各种收缩，如自收缩、干燥收缩、温降收缩等。在约束条件下，收缩将产生拉应力，当拉应力超过混凝土材料的抗拉极限时将导致混凝土材料开裂，从而影响混凝土建筑结构的使用寿命与安全。随着我国经济社会的发展，基础设施建设的需求持续增大，大批重大基础设施建设工程如水利大坝、桥梁、隧道、高速铁路等正在或者建设。这些重大工程中需要使用大量的大体积混凝土。温降收缩引起混凝土材料的开裂是大体积混凝土面临的普遍问题，严重危害混凝土结构的耐久性与安全性。防止重大工程中大体积混凝土因温降收缩引起的开裂，确保工程安全性是国家建设的重大需求。

为防止大体积混凝土的开裂，人们常采取冷却混凝土原材料、加冰拌和、埋设冷却水管等传统的温控措施，以降低大体积混凝土温升，减少温降收缩。这些措施对大体积混凝土的防裂具有积极作用，但耗资巨大，影响施工进度，且往往不能完全避免混凝土的开裂。也有研究使用大掺量矿物掺合料如粉煤灰等来减少水泥用量来降低大体积混凝土的水化温升。但是，掺入大量矿物掺合料明显降低混凝土的早期强度。

在混凝土中掺入适量的膨胀剂，利用膨胀剂水化产生的膨胀补偿混凝土材料的收缩是防止混凝土收缩开裂的常用技术手段之一，该技术操作简单，成本相对较低、效果好。目前，市场上的膨胀剂主要有三类，即硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类和氧化钙类。含硫铝酸钙类的膨胀剂以钙矾石(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)作为膨胀源，即膨胀剂在水化过程中形成钙矾石而产生膨胀。此类膨胀剂水化膨胀较快，膨胀主要产生在早期，而对混凝土后期的收缩，特别是大体积混凝土的后期温降收缩却不能够有效补偿。钙矾石在高温(如大于80℃)环境中容易分解脱水，因此含硫铝酸钙类的膨胀剂不得用于长期环境温度为80℃以上的工程，因而限制了其在温升高于80℃的大体积混凝土中的应用。此外，由于钙矾石的形成需大量水，此类膨胀剂在水灰比较低的现代高性能混凝土及难以实施湿养护的混凝土中的膨胀效果也受到影响。氧化钙(CaO)也常用做膨胀剂，其水化生成氢氧化钙(Ca(OH)₂)时产生体积膨胀。氧化钙类膨胀剂膨胀迅速，膨胀主要产生于早期，因而对混凝土后期的收缩补偿效果不明显。

特定条件下制备的MgO在水化过程中产生早—中—后期持续膨胀，可用于补偿大体积混凝土的温降收缩，更好的解决大体积混凝土的开裂问题，且可简化或取消温控措施，节约工程投资，加快施工进度，社会经济效益巨大。氧化镁(MgO)水化生成氢氧化镁(Mg(OH)₂)时产生体积膨胀，该膨胀剂水化膨胀需水量少，能够在低水灰比或湿养护不足的混凝土中使用。此外，氢氧化镁的脱水温度高(约为340℃-490℃)，能够用于大体积混凝土，补偿混凝土的温降收缩。上世纪80年代，开发了用于水工大坝混凝土的高镁水泥，水泥熟料中含有的游离氧化镁，由于熟料煅烧温度高达1450℃，氧化镁的水化活性低，反应很慢，膨胀主要集中在后期，因而对后期温降收缩有明显补偿作用。然而对于规模相对较小的大体积混凝土而言，其温降收缩发生相对较早，因为水泥熟料中氧化镁并不能进行有效补偿，特别是对于发生在早期的自收缩而言，补偿效果更差。另一方面，由于水泥安定性的问题，水泥熟料中氧化镁的含量不能够大于5％，因而往往出现氧化镁含量不够，膨胀不能完全补偿收缩。后来的研究开发了具有不同水化活性的氧化镁，并用作外掺膨胀剂使用，其用量和膨胀性能可以较好控制，但其在混凝土中的分散均匀性较难保证，且增加了搅拌时间。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种低热微膨胀复合水泥及其制备方法，它既能在早期产生膨胀，又能在中后期产生膨胀，同时满足补偿混凝土早期、中后期的收缩，防止混凝土的收缩开裂。同时结合大量工业废渣，减少水泥熟料的用量，降低CO₂排放，提高早期强度。