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论我国混凝土膨胀剂的发展新方向

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论我国混凝土膨胀剂的发展新方向

发布日期:2017-10-12 作者: 点击:

混凝土膨胀剂是在膨胀水泥基础上发展而来的一种混凝土外加剂,在现场掺入硅酸盐水泥中可拌制成膨胀混凝土,其主要功能是能提高混凝土的抗裂防渗性能和耐久性。

日本是最先开发膨胀剂的国家。1962年,日本大成建筑技术研究所购置了美国A.Klein的K型膨胀水泥的专利,在此基础上研制成功硫铝酸钙膨胀剂(CSA),其膨胀源主要是钙矾石(C3A·3CaSO  4·32H2O)。1970年,日本小野田水泥公司研发成功石灰系膨胀剂,其膨胀源主要是Ca(OH)2。在水泥中掺入这两种膨胀剂(等量取代水泥重量)8%~10%可拌制成补偿收缩混凝土,内掺15%~20%可拌制成自应力混凝土。

我国是在1975年开始研制膨胀剂,中国建筑材料科学研究总院游宝坤等研制成功类似日本CSA硫铝酸钙膨胀剂,与日本电融法的区别是,采用回转窑烧结法制成CSA熟料,粉磨至比面积为(200-300)m  2/kg而成膨胀剂。由于当时建筑市场需求量很小,没有投入生产。1979年,安徽省建科院在我院明矾石膨胀水泥基础上,研制成功明矾石膨胀剂,但由于它的膨胀效能低,含碱量高,后来被淘汰。1988年后,中国建筑材料科学研究总院先后研制成功UEA、AEA和CEA三种膨胀剂,在水泥中内掺10%~12%可拌制成补偿收缩混凝土。随后,同济大学、长江科学院、山东省建科院和浙江大学等先后也研制成功硫铝酸钙类膨胀剂。但是,主导产品是UEA、AEA膨胀剂,生产厂家有30个,占国内总销量的80%左右。

1992年,我国制定了《混凝土膨胀剂》(JC476)建材行业标准,统一了实验方法和技术指标。随后,在1998年到2001年对该标准进行了修改。通过了对膨胀剂的更新换代,尤其是HSCA和ZY两种高效膨胀剂的出现,以及大规模的工程实践,2009年,国家颁布实施两项本行业的核心标准:一是首部产品国家标准GB23439-2009《混凝土膨胀剂》,二是我国首部补偿收缩混凝土应用技术标准JGJ/T178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》。这两项标准对规范和提高我国膨胀剂质量和膨胀剂混凝土的应用技术水平具有重要作用。  

从膨胀剂生产规模来看,2008年我国膨胀剂销量达到100万吨左右,而日本膨胀剂销量在6吨~8吨。由于新标准的实施和用户对膨胀剂的质量重视,前些年充斥建筑市场的假冒伪劣膨胀剂大为减少,山寨厂大多垮台,膨胀剂生产供应逐渐集中在几个有信誉的大企业中,这是本行业健康发展的可喜现象。  

2008年以前,我国生产膨胀剂,其膨胀源大多是水化硫铝酸钙(钙矾石)。由各种CaO、Al  2O3、SO3来源形成的钙矾石都可能引起水泥石膨胀。CaO由硅酸盐水泥水化提供,SO3由硬石膏提供,通过改变活性Al2O3来源,如铝酸钙(高铝水泥熟料)、硫铝酸钙(硫铝水泥熟料)、明矾石、高铝烧矸石、煅烧高岭土(地开石)、高铝粉煤灰等,配制不同的品牌膨胀剂。很多企业基于成本考虑,大多采用价格较低的含Al2O3矿物原料,因此膨胀剂的膨胀能较小。这种无熟料的膨胀剂会遭淘汰,而含有高铝熟料的膨胀剂受到工程界欢迎。不管怎样,这些膨胀剂掺入水泥中,都是以形成水化硫铝酸钙作为膨胀源,由于当时我国混凝土技术水平有待提高,所以硫铝酸钙类膨胀剂成为安全产品。

众所周知,目前在我国商品混凝土中,掺入30%~50%矿物掺合料成为趋势。矿渣粉和粉煤灰等掺合料在水化过程中吸收水泥中的Ca(OH)  2,一些水泥生产企业在生产水泥过程中就掺入了大量的混合材,也要吸收了Ca(OH)2才能形成次生C-S-H。因此,混凝土就存在“贫钙”或“缺钙”潜在的问题。从长远来看,胶凝材料持续水化,混凝土中的氢氧化钙会进一步降低,钢筋锈蚀风险增大,这些问题会降低钢筋混凝土的结构耐久性,所以引起了工程界的关注和忧虑。基于我国商品混凝土的技术变化,膨胀剂种类也能适应这种变化,才可生存发展。2008年在上海年会上,我们就提出了CaO为主要膨胀源的膨胀剂应该是今后膨胀剂的发展方向,得到众多学者的赞同。

但是必须指出,不是用一般生石灰做原料,而是用特殊原料,经过高温煅烧的含CaO较多的专用膨胀熟料做原料。2014年初,中国建材联合会组织了由中国建筑材料科学研究总院等单位共同承担的《双膨胀高性能混凝土膨胀剂制备与应用技术》项目的鉴定。该膨胀熟料是用石灰石、石膏和铝矾土配制成生料,在新型干法回转窑煅烧而成,其矿物组成:f-CaO 40%~50%,CaSO415%~25%,2%~12%。用该熟料和其他原料粉磨而成的膨胀剂,其膨胀率比现行标准高3~4倍,这种以Ca(OH)  2和C3A·3CaSO4·32H2O为双膨胀源的新型HCSA膨胀剂标志着我国膨胀剂行业技术水平又上了一个新台阶,达到国际领先水平。

(摘自《中国混凝土外加剂网》等,编入时有改动)


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