一種混凝土高效膨脹劑及其製備方法
2023-11-10 05:33:27
專利名稱：：一種混凝土高效膨脹劑及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種混凝土高效膨脹劑及其製備方法，屬於廢渣利用
技術領域：
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背景技術：
：磷礦企業在生產重鈣、過磷酸鈣等磷化工產品過程中排放了大量的粉狀固體廢棄物一-磷石膏，既佔用耕地，又汙染環境，一直是磷化工企業比較頭痛而亟待解決的問題。隨著我國磷化工產品量的日益增長，磷石膏年排放量已達到800萬噸。因此，加快對磷石膏的開發利用已迫在眉睫。磷石膏的主要成分為二水石膏，並含有一定量的P205、F及放射性鐳(Ra-226)等危害人體健康及生物生長的有害物質，任意排放和堆積磷石膏，不僅佔用大量土地、汙染環境，而且會給生態帶來危害。因此，如何綜合利用工業廢棄物一-磷石膏，變廢為寶、保護資源、保護生態環境，保障國民經濟的可持續發展，解決磷石膏任意排放所引起的公害問題，越來越受到廣大建材工作者的重視。自七十年代起，我國就已開展了對磷石膏的綜合應用，並在用磷石膏生產高強建築石膏、制硫酸鹽水泥、制石膏板及石膏砌塊、代替天然石膏作水泥緩凝劑、製取複合肥等方面取得一定的成效。混凝土膨脹劑是目前應用最廣、最普遍的防止混凝土開裂及滲漏的混凝土外加劑，其年需要量達30萬噸，市場前景良好。現有混凝土膨脹劑所用的主要原料是天然硬石膏。近年來，隨著膨脹劑市場需求量的增加以及政府出於安全對一些存在安全隱患的石膏礦進行封礦，導致天然硬石膏價格持續上漲，給膨脹劑生產企業帶來巨大的成本壓力。因此，利用磷石膏研製膨脹劑，關係著廣大膨脹劑生產企業的生存與發展。
發明內容本發明的目的在於提供一種混凝土高效膨脹劑及其製備方法。本發明利用磷石膏代替天然硬石膏研製混凝土高效膨脹劑，從而實現了利用廢物，節省資源，保護生態環境，保障國民經濟可持續發展的目的。本發明是這樣構成的一種混凝土高效膨脹劑，按照重量百分比計算它是用5565%煅燒的磷石膏和4535%特製高鋁熟料混合磨細製成的；所述特製高鋁熟料是由4450%的鋁磯土和5650%的石灰石經粉磨、煅燒成的水泥膨脹熟料。按照重量百分比計算，優選的混凝土高效膨脹劑是用60%煅燒的磷石膏和40%特製高鋁熟料混合磨細製成的。前述磷石膏的煅燒溫度為40075CTC，優選為60070CTC。前述的鋁礬土為一級鋁礬土，其中Al203重量含量》70呢。鋁礬土和石灰石粉磨後的煅燒溫度為1350140(TC。本發明所述混凝土高效膨脹劑的製備方法為將煅燒11.5小時後的磷石膏與特製高鋁熟料按比例混合，磨細至4900孔篩篩餘《12%(所對應的比表面積是300350iZ/kg)，即得磷石膏的煅燒在矽炭棒爐或沸騰爐中進行；磨細所用的設備為球磨機。特製高鋁熟料的製備方法為將鋁礬土和石灰石按比例混合，粉磨至細度為4900孔篩篩餘《10。/。後製成直徑1015mm的生料料球，再於1350140(TC下煅燒0.5l小時，即得。所述生料料球的煅燒在迴轉窯或立波爾窯中進行。為了確保本發明產品的效果，在用磷石膏代替天然硬石膏研製混凝土高效膨脹劑的過程中，申請人進行了一系列的試驗研究l.磷石膏的煅燒磷石膏的主要成份為二水石膏(CaS042H20)，其自然含水率在2535%，其化學成份及放射性核素比活度檢驗結果見表l、表2。表l磷石膏的化學成份(％)tableseeoriginaldocumentpage5從該報告可以看出，磷石膏的放射性指標檢測均在國家標準允許範圍之內，其產銷和使用範圍不受限制。二水石膏在不同溫度條件下分別發生如下化學反應缺少水蒸氣120.UQ:C.:CaS04'2ftO-f-CaS04'l/2H;0〔p型半水石膏)(乾燥條件)180190'C;:p-Ca見'l/迅0-^-CaS04'III〔P型脫水半水石晉〕320.鄰.Ql;.:P_CaS04'III-^P_CaS04'II(卩型可溶性硬石膏)4007印.'G:P_CaSCU'II-CaS04'I〔不溶性硬石晉)A解800—11.0.。:C:CaSO,I-⑧+SO,個〔煅蜣石晉)從上述反應式可見，要從磷石膏獲得不溶性硬石膏，其煅燒溫度應在400750'C範圍內將磷石膏放在矽碳棒爐內煅燒，其煅燒溫度分別設定在h(450°C)、T2(550°C)、T3(650°C)和T4(750°C)，恆溫1小時，以尋找其最佳煅燒溫度，將上述各溫度段煅燒後的磷石膏進行X射線衍射分析。X射線衍射結果表明，在T3(650°C)煅燒的磷石膏，其硬石膏含量達到96%，而其餘幾個溫度煅燒的硬石膏含量均低於T3(650°C)煅燒的，故選擇磷石膏的煅燒溫度為T3(650°C)。65(TC煅燒後磷石膏的化學成份如下表3:]tableseeoriginaldocumentpage62.特製高鋁熟料的製備鋁礬土的主要成分是Al20.3，其中一級鋁礬土的化學成分如下表4:tableseeoriginaldocumentpage6採用鋁礬土和石灰石共同粉磨、煅燒製備特製高鋁熟料時，煅燒過程發生以下化學反應3Al:0,+2CaC0,-CaO'Al:O,+CaO'2Al:0,+2CO:f煅燒形成的水泥膨脹熟料為微紅色燒結料，立升重O.650.9Kg/L。礦物主要成份為CA、CA2以及少量C2AS(鋁方解石)和CT、C2F等。特製高鋁熟料的化學成份如下表5:tableseeoriginaldocumentpage63.本發明膨脹劑的作用原理特製高鋁熟料是在一般高鋁熟料的基礎上，適當改變其化學成份，調整熟料中鋁酸一鈣(CA)和二鋁酸一鈣(CA2)的比例所得。研究表明，CA的水化速度比CA2快23倍，在有CaS04和Ca(0H)2存在的情況下，生成膨脹劑的主要產物-一鈣礬石C;jA3CaS0432H20，其反應式如下CA+3CaS0,+2Ca(0H):+30H;0二C^3CaS0,*32&0研究表明，形成鈣礬石後，體系固相體積增加112.3倍，CA和CA2粒子體積增大13.67倍，CA形成鈣礬石的速度同樣比CA2塊，也即CA提供早期膨脹為主，從而達到補償混凝土冷縮和幹縮的"雙膨脹"效果，也是補償收縮的理論依據。反應式中Ca(OH)2主要靠水泥礦物組成C2S和C3S水化提供。水化C-S+恥0-^CSH+Ca(0H)-水化2C。S+6恥-^2CSH+4Ca〔0H〕而CaS04則是由煅燒磷石膏提供。從膨脹劑結晶鈣礬石C3A3CaS0432H20分子式可看出，一個克分子的鈣礬石需結合三個克分子的CaS04，所以CaS04是不可缺少的組分。CaS04主要由煅燒磷石膏提供，煅燒磷石膏中S03越高，相對雜質越少，對提供膨脹越有利。試驗研究表明，用於生產膨脹劑的硬石膏品質要求其S03》48y。，Ca0》35，結晶水《7%。而在T;j(650°C)溫度下煅燒後的磷石膏符合此要求。4.不同溫度煅燒的磷石膏與特製高鋁熟料的配比研究(1)h(450°C)表6tableseeoriginaldocumentpage8tableseeoriginaldocumentpage9由表6-表9可以看出，60%T3(650°C)煅燒的磷石膏與40%特製高鋁熟料配合的膨脹值最大，強度也比較理想，故選擇該配比。5.本發明高效膨脹劑產品在混凝土中的配比試驗將按本發明方法所製得的膨脹劑按照088076-1997的試驗方法進行試驗(1)水泥採用P.O42.5烏江牌普矽水泥；(2)砂子採用符合GB/T14684要求的砂子，細度模數為2.62.9的中砂；(3)石子採用符合GB/T14685粒徑為5mm20mm(圓孔篩)石子，採用二級配，其中5mm10咖佔40%，10咖20咖佔60%;(4)水採用符合JGJ63的水。混凝土配合比如下表10:tableseeoriginaldocumentpage9在上述混凝土配合比中，內摻8%的本發明高效膨脹劑，其結果見下表ll:tableseeoriginaldocumentpage9從表ll可看出，在普通混凝土中內摻8%的本發明混凝土高效膨脹劑後，其強度指標良好，抗滲指標也大大提高。本發明採用煅燒的磷石膏所製得的混凝土高效膨脹劑與用天然硬石膏製備的混凝土高效膨脹劑在性能上一致，故可以利用煅燒磷石膏替代天然硬石膏。本發明採用煅燒磷石膏替代天然硬石膏製備混凝土高效膨脹劑，所得膨脹劑各項指標均符合JC476-2001標準的要求，7天限制膨脹率》0.025%，膨脹劑摻量為68%(普通膨脹劑摻量1012%)，鹼含量為O.40.55%(普通膨脹劑鹼含量O.50.7%);既充分利用了工業廢棄物，變廢為寶，又減少了廢棄物對耕地的佔用和對環境的汙染，達到了節省資源、保護生態環境、保障國民經濟可持續發展的目的，同時大大降低了膨脹劑的生產成本，經濟效益顯著，市場前景良好。具體實施例方式本發明的實施例l:混凝土高效膨脹劑的製備取一級鋁礬土(Al203含量83。/。)47kg和石灰石53kg，混合，共同粉磨至細度為4900孔篩篩餘《8%後製成直徑4)1015mm的生料料球，在迴轉窯中於1380。C下煅燒50分鐘，得特製高鋁熟料；取磷石膏，在65(TC下煅燒80分鐘；將煅燒後的磷石膏60kg與特製高鋁熟料40kg混合，用球磨機磨細至4900孔篩篩餘《10%，即得符合JC476-2001膨脹劑標準的混凝土高效膨脹劑，其7天限制膨脹率》0.025%，膨脹劑摻量68%。本發明的實施例2:取一級鋁礬土(Al203含量75。/。)44kg和石灰石56kg，混合，共同粉磨至細度為4900孔篩篩餘<10%後製成小1015mm的生料料球，在立波爾窯中於135(TC下煅燒40分鐘，得特製高鋁熟料；取磷石膏，在60(TC下煅燒70分鐘；將煅燒後的磷石膏65kg與特製高鋁熟料35kg混合，用球磨機磨細至4900孔篩篩餘<12%，即得符合JC476-2001膨脹劑標準的混凝土高效膨脹劑。本發明的實施例3:取鋁礬土(Al203含量70。/。)50kg和石灰石50kg，混合，共同粉磨至細度為4900孔篩篩餘《10%後製成小1015mm的生料料球，在迴轉窯中於140(TC下煅燒0.5小時，得特製高鋁熟料；取磷石膏，在70(TC下煅燒1小時；將煅燒後的磷石膏60kg與特製高鋁熟料40kg混合，用球磨機磨細至4900孔篩篩餘《12%，即得符合JC476-2001膨脹劑標準的混凝土高效膨脹劑。本發明的實施例4:取鋁礬土48kg和石灰石52kg，混合，共同粉磨成生料，在立波爾窯中煅燒，得特製高鋁熟料；取磷石膏，在50(TC下煅燒；將煅燒後的磷石膏55kg與特製高鋁熟料45kg混合，磨細至4900孔篩篩餘《12%，即得符合JC476-2001膨脹劑標準的混凝土高效膨脹劑。權利要求1.一種混凝土高效膨脹劑，其特徵在於按照重量百分比計算它是用55～65％煅燒的磷石膏和45～35％特製高鋁熟料混合磨細製成的；所述特製高鋁熟料是由44～50％的鋁礬土和56～50％的石灰石經粉磨、煅燒成的水泥膨脹熟料。2.按照權利要求l所述的混凝土高效膨脹劑，其特徵在於按照重量百分比計算，它是用60%煅燒的磷石膏和40%特製高鋁熟料混合磨細製成的。3.按照權利要求1或2所述的混凝土高效膨脹劑，其特徵在於磷石膏的煅燒溫度為400750。C。4.按照權利要求3所述的混凝土高效膨脹劑，其特徵在於磷石膏的煅燒溫度為60070(TC。5.按照權利要求1或2所述的混凝土高效膨脹劑，其特徵在於所述的鋁礬土為一級鋁礬土，其中A1203重量含量》70呢。6.按照權利要求1或2所述的混凝土高效膨脹劑，其特徵在於鋁礬土和石灰石粉磨後的煅燒溫度為13501400。C。7.如權利要求l-6中任一項所述混凝土高效膨脹劑的製備方法，其特徵在於將煅燒11.5小時後的磷石膏與特製高鋁熟料按比例混合，磨細至4900孔篩篩餘《12%，即得。8.按照權利要求7所述混凝土高效膨脹劑的製備方法，其特徵在於磷石膏的煅燒在矽炭棒爐或沸騰爐中進行；磨細所用的設備為球磨機。9.按照權利要求7所述混凝土高效膨脹劑的製備方法，其特徵在於特製高鋁熟料的製備方法為將鋁礬土和石灰石按比例混合，粉磨至細度為4900孔篩篩餘《10。/。後製成直徑1015mm的生料料球，再於1350140(TC下煅燒0.5l小時，即得。10.按照權利要求9所述混凝土高效膨脹劑的製備方法，其特徵在於:生料料球的煅燒在迴轉窯或立波爾窯中進行。全文摘要本發明公開了一種混凝土高效膨脹劑及其製備方法，按照重量百分比計算它是用55～65％煅燒的磷石膏和45～35％特製高鋁熟料混合磨細製成的；所述特製高鋁熟料是由44～50％的鋁礬土和56～50％的石灰石經粉磨、煅燒成的水泥膨脹熟料。本發明採用煅燒磷石膏替代天然硬石膏製備混凝土高效膨脹劑，所得膨脹劑各項指標均符合JC476-2001標準的要求，7天限制膨脹率≥0.025％，膨脹劑摻量為6～8％；既充分利用了工業廢棄物，變廢為寶，又減少了廢棄物對耕地的佔用和對環境的汙染，達到了節省資源、保護生態環境、保障國民經濟可持續發展的目的，同時大大降低了膨脹劑的生產成本，經濟效益顯著，市場前景良好。文檔編號B09B3/00GK101607801SQ20091030503公開日2009年12月23日申請日期2009年7月31日優先權日2009年7月31日發明者劉光先,吳仁剛,張保如,李曉東,勇王申請人:貴州省建築材料科學研究設計院