一种混凝土用防裂抗渗剂的制作方法 [0002] 混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，广泛应用于建筑领域的方方面面。但 是，由于混凝土、尤其大体积混凝土及高强混凝土等，普遍存在收缩现象，导致混凝土开裂， 混凝土强度、防渗、抗腐蚀等性能降低。而目前市场上使用的补偿收缩混凝土材料存在的 明显缺陷是：混凝土的水化热高，混凝土收缩变形大，普遍存在混凝土开裂、渗漏等现象，同 时，还较大幅度地降低混凝土强度。且国内各种类型的混凝土补偿收缩材料、诸如膨胀剂 等，绝大部分都是利用纯原料进行高温处理，既造成了巨大的能源消耗，又给环境带来了不 同程度地影响。由于产品生产成本高，所以，该类产品的市场销售价格昂贵。 [0003] 此外，国外进口产品虽说具有一定的防裂抗渗性能，但效果均不明显。因此，对于 混凝土建筑，特别是对于大体积混凝土、高强度的混凝土建筑(如水电大坝、军事工程、核电 站、地铁等)，寻找一种能在保证强度的前提下，有效防止混凝土开裂和渗漏，一直是建筑科 技工作者重大研究课题。
[0004] 本发明的目的在于提供一种混凝土用防裂抗渗剂，旨在解决水电大坝、军事工程、 核电站、地铁等特大体积混凝土及高强、高性能混凝土开裂和渗漏问题。 [0005] 本发明的另一目的在于提供一种操作简单易控的混凝土用防裂抗渗剂的制备方 法。
[0006] 本发明的再一目的在于提供一种混凝土用防裂抗渗剂作为混凝土外加剂或混凝 土掺合料的应用。
[0007] 本发明是这样实现的，一种混凝土用防裂抗渗剂，包括如下重量份数的下列组 分：
[0008] 粉煤灰 10-70份； 氟石膏 10-50份； 磷矿渣 10-70份； 氧化镁 5-50份。
[0009] 以及，一种混凝土用防裂抗渗剂的制备方法，包括下述步骤：
[0010] 按照上述混凝土用防裂抗渗剂的配方分别称取各组分；
[0011] 将上述各组分进行球磨、混合处理。
[0012] 本发明提供的上述混凝土用防裂抗渗剂以粉煤灰、氟石膏、磷矿渣和氧化镁为原 料，降低了生产成本；通过四种组分之间相互配合，既满足了混凝土早期水化矿物的需要， 同时降低了水化温度，又有效地延长了混凝土后期膨胀时间，保障了混凝土后期收缩补偿； 此外，磷矿渣和氧化镁的添加，均能有效的与其他组分发生发应，显著提高了混凝土强度， 使得本发明所述混凝土用防裂抗渗剂在制备水电大坝、军事工程、核电工程、地铁工程等特 大体积混凝土以及高强、高性能混凝土时，能在有效提高混凝土强度的情况下，能有效增强 混凝土的防裂、抗渗性能和稳定性能及耐久性能。本实施例提供的混凝土用防裂抗渗剂的 制备方法，成本低廉，工艺简单可控，容易实现产业化发展。




[0013] 图1是本发明实施例提供的混凝土用防裂抗渗剂的制备流程图；
[0014] 图2是本发明实施例提供的混凝土用防裂抗渗剂的工艺流程图。


[0015] 为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016] 常用的混凝土中，一方面，由于水泥用量较大，导致混凝土的水化温度较高、早期 自收缩明显，因此，混凝土收缩变形大、容易开裂；另一方面，由于后期混凝土自由水的挥 发，将进一步导致混凝土的收缩变形。收缩会使混凝土结构产生裂缝，降低混凝土结构的密 实性，影响混凝土的抗渗、抗冻、抗腐蚀等性能。有基于此，本发明实施例提供了一种混凝土 用防裂抗渗剂，包括如下重量份数的下列组分：
[0017] 粉煤灰 10-70份； 氟石膏 10-50份； 磷矿渣 10-70份； 氧化镁 5-50份。
[0018] 具体地，上述混凝土用防裂抗渗剂中，所述粉煤灰是燃煤火电厂排出的主要固体 废物。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤 灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成 河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。因此，有必要对该粉煤灰进 行合理利用，避免其对于环境、人体、生物造成不利影响。
[0019] 研究发现，所述粉煤灰的主要成分有：Si02、A120 3，其在一定条件下能发生水化作 用，是粉煤灰的主要活性成分。粉煤灰中含有部分疏松多孔的未燃炭粒，该物质是一种惰性 物质，其含量对粉煤灰的活性存在影响，其含量越高，粉煤灰的活性值降低越明显，而该成 分的存在对粉煤灰的压实也不利；此外，过量的Fe 203对粉煤灰的活性也不利。为了充分发 挥上述粉煤灰活性成分的作用，同时防止其他成分如未燃炭粒、Fe 203等对所述粉煤灰的活 性造成影响，本发明实施例中，作为优选实施例，所述粉煤灰的烧失量< 15%，以所述粉煤灰 的总重为100%计，其中，Si02的重量百分含量为30-60%，A1203的重量百分含量为20-40%。 当然，应当理解，所述粉煤灰中还含有除Si02、Al203以外的其他成分。作为具体实施例，所述 混凝土用防裂抗渗剂中粉煤灰的重量份数为10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、 45份、50份、55份、60份、65份、70份等具体重量份数。
[0020] 氟石膏是氟化盐生产过程中产生的废渣，每年我国氟化盐厂排出的氟石膏量非常 高，该工业废渣的存放不仅占用大量耕地，浪费大量建设资金，而且若存放不当，还会污染 环境。合理利用氟石膏可以变废为宝。
[0021] 氟石膏中的主要成分有CaO和S03，其作为主要的活性成分，能与其他组分的成分 发生反应，生成高强度的活性物质，如水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硫酸钙等；此外氟石 膏的添加，还能在一定程度上作为凝结时间调节剂使用。本发明是实施例中，作为优选实施 方式，以所述氟石骨的总重为1〇〇°/。计，CaO的重量百分含量为20-50%，S0 3的重量百分含量 为30-70%。具有该比例成分的氟石膏，能够更好的与其他成分配合，充分发挥各组分的功 能。当然，应当理解，所述氟石膏中还含有除CaO、S0 3#外的其他成分。作为具体实施例， 所述混凝土用防裂抗渗剂中氟石膏的重量份数为10份、15份、20份、25份、30份、35份、40 份、45份、50份等具体重量份数。
[0022] 本发明实施例中，氧化镁采用经高温煅烧菱镁矿粉生产的氧化镁，其氧化镁纯度 为60-100%。防裂抗渗剂中加入氧化镁成分后，一方面，氧化镁作为防裂抗渗剂的主要成分 之一，能有效减轻混凝土前期的水化热，降低收缩变形，另一方面，由于氧化镁具有优秀的 膨胀性能，能高效地延长膨胀时间、调整膨胀速率，有效的补偿混凝土的收缩率，使得混凝 土少收缩或不收缩。作为具体实施例，所述混凝土用防裂抗渗剂中氧化镁的重量份数为5 份、10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份等具体重量份数。
[0023] 研究发现，单独使用MgO作为混凝土用防裂抗渗剂，在MgO等量取代胶凝材料时， 混凝土的抗压强度、劈拉强度、轴拉强度和极限拉伸值均不同程度降低，掺量越高、降幅越 大；而在粉煤灰、氟石膏和氧化镁形成的混合物中掺入磷矿渣作为混凝土防裂抗渗剂使用， 等量取代胶凝材料时，三者能产生协同作用，对混凝土力学性能的提高有明显的增强作用， 混凝土的劈拉强度、轴拉强度均高于掺入粉煤灰、氟石膏和氧化镁形成的混凝土或单独使 用磷矿渣或氧化镁的混凝土，混凝土自生体积变形稳定，混凝土抗压强度显著提高。
[0024] 有鉴于此，本发明实施例采用能与氧化镁互补的粉煤灰、氟石膏、磷矿渣共同组成 混凝土用防裂抗渗剂，能在有效解决上述问题的基础上，充分发挥各组分的优秀性能。
[0025] 本发明实施例中，磷矿渣为磷矿厂利用电炉法制取黄磷时产生的工业废渣，随着 我国黄磷用量的不断加大，所带来的磷渣也越来越多。由于磷矿渣中含有大量能影响动植 物生长、健康的P、F等元素，因此，若不对磷矿渣加以处理或合理利用，将带来环境污染和 危害人体、动植物健康的问题。
[0026] 所述磷矿渣主要成分为：CaO、Si02、P20 5、A1203、Fe203等，一方面，磷矿渣作为防裂 抗渗剂的主要成分之一，能有效减轻混凝土前期的水化热；另一方面，由于磷矿渣中CaO含 量较高，其能与粉煤灰、氟石膏组分中的Si0 2、A1203、S03等相互作用，生成相应的水化硅酸 钙、水化铝酸钙、水化硫酸钙等物质。由于钙含量的显著增加，本发明实施例所述防裂抗渗 剂中的水合物也相应增加，因此，能显著增加防裂抗渗剂的强度，从而弥补了氧化镁的添加 导致的混凝土强度的降低。因此，促使防裂抗渗剂在混凝土中产生显著的增强作用。加入 氧化镁和磷矿渣后的防裂抗渗剂，其强度活性指数能达到60%以上。本发明实施例防裂抗 渗剂中，为了平衡所述磷矿渣在上述两方面的功能，作为优选实施例，以所述磷矿渣的总重 为100%计，其中，Si02的重量百分含量为20-40%，Α1 203的重量百分含量为2-10%，Ca0的重 量百分含量为30-60%。当然，应当理解，所述磷矿渣中还含有除CaO、Si0 2、A1203以外的其 他成分。作为具体实施例，所述混凝土用防裂抗渗剂中磷矿渣的重量份数为10份、15份、20 份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份等具体重量份数。
[0027] 本发明实施例中，由于四种组分都经过高温煅烧，且四种组分中均含有主要活性 成分和低活性成分。其主要活性成分能在水化硬化时起反应，并生成具有较高强度的水化 硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫酸钙及方镁石等多种水化矿物；而低活性成分也能在常温下 缓慢生成水化矿物。所述抗裂防渗剂加入到混凝土中后，由于水化矿物如水化硅酸钙、水 化铝酸钙、水化硫酸钙及方镁石等均能与混凝土中的水泥水化时析出的氢氧化钙凝胶发生 反应，生成不同的不溶于水的多种水化矿物，从而显著增强混凝土的密实性、稳定性和混凝 土的抗裂性、抗渗性及耐久性。四种组分的有效结合，使得混凝土中活性成分进行优势互 补和合理有效重组，这样，既满足了混凝土早期水化矿物的需要，又保障了混凝土后期收缩 补偿和强度的增长，能够在有效的保证混凝土强度的基础上，提高防裂抗渗性能，为确保上 述效果的实现，作为优选实施例，使用本发明实施例所述防裂抗渗剂时，混凝土初凝时间差 彡90min，混凝土在水中7d的限制膨胀率为0. 010%?0. 025%，混凝土在空气中21d的限制 膨胀率> -〇. 010%，混凝土 28d的抗压强度比> 90%。
[0028] 作为优选实施例，为了更好地达到上述效果，本发明实施例中，以混凝土用防裂抗 渗剂的总重为100%计，MgO的重量百分含量彡5%，S03的重量百分含量彡30%，Si02的重量 百分含量< 55%，A1203的重量百分含量< 30%，CaO的重量百分含量< 20%，Fe203的重量百 分含量< 5%。
[0029] 混凝土用防裂抗渗剂的粒径越小，其比表面积相应越大。由于常用水泥的比表面 积约为300m2/kg左右，当防裂抗渗剂的比表面积比水泥细时，将有利于填充混凝土中的水 泥粒径缝隙，增强密实度；此外，防裂抗渗剂的比表面积的大小直接影响其水化进程，比表 面积越大水化越快，反之则越慢。本发明实施例中，有效控制水化时间或膨胀速率，除通过 合理调配防裂抗渗剂的组分外，合理的比表面积的控制也是防裂抗渗剂技术要求关键所 在。有鉴于此，作为另一个优选实施例，所述混凝土用防裂抗渗剂的比表面积> 400m2/kg、 粒径要求80 μ m筛筛余< 1. 0%。
[0030] 本发明实施例所述防裂抗渗剂，可以降低水泥水化热，减缓水化进程，减少水泥放 热量，延迟放热峰值出现时间，还可以使混凝土水泥放热更加平缓，使水泥性能发生改变。 因为所述防裂抗渗剂还具有微膨胀特性，因此，将所述防裂抗渗剂加入高热水泥中，可使水 泥改性为中热微膨胀水泥；将所述防裂抗渗剂加入中热水泥中，可使水泥改性为低热微膨 胀水泥。
[0031] 本发明实施例所述防裂抗渗剂取代部分水泥后，混凝土强度仍然能够满足设计要 求。因此，在大体积混凝土中，如大坝工程、国防工程、军事工程、核电工程、地铁工程、机场 跑道工程、公路工程、铁路工程、桥梁工程、隧道工程、工业与民用建筑工程、水利电力工程、 地下(水下）隐蔽建筑，可以大幅度降低混凝土的水泥用量，从而降低水泥水化热，提高混凝 土防裂抗渗性能，进一步满足其更高的防渗、防腐蚀、稳定性和耐久性要求。本发明的混凝 土用防裂抗渗剂，可根据确定的用量直接掺入水泥混凝土中，与水泥、水以及砂、石等均匀 拌合使用。
[0032] 本发明实施例提供的防裂抗渗剂，采用工业废渣粉煤灰、氟石膏、氧化镁和磷矿渣 作为组分，充分利用工业废渣作为再生资源使其变废为宝，既解决了粉煤灰、氟石膏和磷矿 渣的排放对环境所造成的污染，又降低了生产成本，更重要的是氧化镁和磷矿渣减少了混 凝土的水化热、热能膨胀性，可使混凝土达到微膨胀或不收缩或少收缩，改善混凝土的耐高 温性能、减轻颗粒分离和析水现象、减少混凝土的收缩和开裂以及抑制杂散电流对混凝土 中钢筋的腐蚀，有利于提高混凝土防裂、抗渗、抗冻能力；同时，所述混凝土防裂抗渗剂中 磷矿渣的添加，弥补了氧化镁的添加造成的强度降低，有效地提高了混凝土的强度，使其活 度指数达到60%以上。此外，本发明实施例所述防裂抗渗剂还能改善混凝土的和易性和可 泵性，增强混凝土粘聚性、包裹性，使混凝土不离析，坍落度无损失，混凝土保持良好的保水 性能，混凝土的力学性能、变形性能以及耐久性能显著提高，满足水电大坝、军事工程、核电 站、地铁等特大体积混凝土的防裂抗渗要求。
[0033] 本发明实施例所述混凝土用防裂抗渗剂，可以通过下述方法制备获得。
[0034] 相应地，本发明实施例还提供了一种混凝土用防裂抗渗剂的制备方法，包括下述 步骤：
[0035] S01.按照上述的混凝土用防裂抗渗剂的配方分别称取各组分；
[0036] S02.将上述各组分进行球磨、混合处理。
[0037] 具体地，上述步骤S01中混凝土用防裂抗渗剂的配方以及配方中的各组分优选含 量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。
[0038] 上述步骤S02中，将所述称取的各组分进行球磨、混合处理。将各组分进行球磨处 理的设备不受限制，本领域内常用的球磨机均可用于本发明实施例。作为优选实施例，经球 磨处理后的物料，其粒径要求80 μ m筛筛余< 1. 0%。所述球磨、混合处理的时间可以根据实 际生产条件进行灵活的调整，只要各组分球磨、混合充分即可，如混合的设备可以是混料罐 等。在上述球磨、混合时，可以将物料进行吸尘处理，减少物料粉尘，并将其经排气口排出并 回收。在具体实施例中，可将经球磨、混合后的混料经高压输送机输送至成品库，形成混凝 土用防裂抗渗剂成品，如附图2所示。
[0039] 本发明实施例提供的混凝土用防裂抗渗剂的制备方法，只需将各组分进行球磨、 混合处理即可，其制备工艺简单，易控，生产效率高。
[0040] 本发明实施例还提供了混凝土用防裂抗渗剂作为混凝土外加剂或混凝土掺合料 的应用。
[0041] 作为优选实施例，当混凝土用防裂抗渗剂作为混凝土外加剂应用时，以胶凝材用 量的总重为100%计算，所述防裂抗渗剂占胶凝材总重的重量百分含量为10-15% ;当混凝土 用防裂抗渗剂作为混凝土掺合料应用时，以胶凝材用量的总重为100%计算，所述防裂抗渗 剂占胶凝材总重的重量百分含量为10-60%。
[0042] 实施例1
[0043] 一种混凝土用防裂抗渗剂，包括如下重量份数的下列组分：
[0044] 粉煤灰 20份; 氟石膏 30份； 磷矿渣 20份； 氧化镁 30份。
[0045] 上述混凝土用防裂抗渗剂的制备方法，包括下述步骤：
[0046] S11.按照上述的混凝土用防裂抗渗剂的配方分别称取各组分；
[0047] S12.将上述各组分进行球磨、混合处理。
[0048] 实施例2
[0049] 一种混凝土用防裂抗渗剂，包括如下重量份数的下列组分：
[0050] 粉煤灰 40份； 氟石嘗 30份； 磷矿渣 25份； 氧化镁 5份。
[0051] 上述混凝土用防裂抗渗剂的制备方法，包括下述步骤：
[0052] S21.按照上述的混凝土用防裂抗渗剂的配方分别称取各组分；
[0053] S22.将上述各组分进行球磨、混合处理。
[0054] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。