專利名稱：：一種混凝土高效膨脹劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種混凝土高效膨脹劑及其制備方法，屬于廢渣利用
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：磷礦企業(yè)在生產(chǎn)重鈣、過磷酸鈣等磷化工產(chǎn)品過程中排放了大量的粉狀固體廢棄物一-磷石膏，既占用耕地，又污染環(huán)境，一直是磷化工企業(yè)比較頭痛而亟待解決的問題。隨著我國(guó)磷化工產(chǎn)品量的日益增長(zhǎng)，磷石膏年排放量已達(dá)到800萬噸。因此，加快對(duì)磷石膏的開發(fā)利用已迫在眉睫。磷石膏的主要成分為二水石膏，并含有一定量的P205、F及放射性鐳(Ra-226)等危害人體健康及生物生長(zhǎng)的有害物質(zhì)，任意排放和堆積磷石膏，不僅占用大量土地、污染環(huán)境，而且會(huì)給生態(tài)帶來危害。因此，如何綜合利用工業(yè)廢棄物一-磷石膏，變廢為寶、保護(hù)資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)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(guó)就已開展了對(duì)磷石膏的綜合應(yīng)用，并在用磷石膏生產(chǎn)高強(qiáng)建筑石膏、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、制取復(fù)合肥等方面取得一定的成效。混凝土膨脹劑是目前應(yīng)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(dá)30萬噸，市場(chǎng)前景良好?，F(xiàn)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(chǎng)需求量的增加以及政府出于安全對(duì)一些存在安全隱患的石膏礦進(jìn)行封礦，導(dǎo)致天然硬石膏價(jià)格持續(xù)上漲，給膨脹劑生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的成本壓力。因此，利用磷石膏研制膨脹劑，關(guān)系著廣大膨脹劑生產(chǎn)企業(yè)的生存與發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土高效膨脹劑及其制備方法。本發(fā)明利用磷石膏代替天然硬石膏研制混凝土高效膨脹劑，從而實(shí)現(xiàn)了利用廢物，節(jié)省資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的目的。本發(fā)明是這樣構(gòu)成的一種混凝土高效膨脹劑，按照重量百分比計(jì)算它是用5565%煅燒的磷石膏和4535%特制高鋁熟料混合磨細(xì)制成的；所述特制高鋁熟料是由4450%的鋁磯土和5650%的石灰石經(jīng)粉磨、煅燒成的水泥膨脹熟料。按照重量百分比計(jì)算，優(yōu)選的混凝土高效膨脹劑是用60%煅燒的磷石膏和40%特制高鋁熟料混合磨細(xì)制成的。前述磷石膏的煅燒溫度為40075CTC，優(yōu)選為60070CTC。前述的鋁礬土為一級(jí)鋁礬土，其中Al203重量含量》70呢。鋁礬土和石灰石粉磨后的煅燒溫度為1350140(TC。本發(fā)明所述混凝土高效膨脹劑的制備方法為將煅燒11.5小時(shí)后的磷石膏與特制高鋁熟料按比例混合，磨細(xì)至4900孔篩篩余《12%(所對(duì)應(yīng)的比表面積是300350iZ/kg)，即得磷石膏的煅燒在硅炭棒爐或沸騰爐中進(jìn)行；磨細(xì)所用的設(shè)備為球磨機(jī)。特制高鋁熟料的制備方法為將鋁礬土和石灰石按比例混合，粉磨至細(xì)度為4900孔篩篩余《10。/。后制成直徑1015mm的生料料球，再于1350140(TC下煅燒0.5l小時(shí)，即得。所述生料料球的煅燒在回轉(zhuǎn)窯或立波爾窯中進(jìn)行。為了確保本發(fā)明產(chǎn)品的效果，在用磷石膏代替天然硬石膏研制混凝土高效膨脹劑的過程中，申請(qǐng)人進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)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(xué)成份及放射性核素比活度檢驗(yàn)結(jié)果見表l、表2。表l磷石膏的化學(xué)成份(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從該報(bào)告可以看出，磷石膏的放射性指標(biāo)檢測(cè)均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許范圍之內(nèi)，其產(chǎn)銷和使用范圍不受限制。二水石膏在不同溫度條件下分別發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)缺少水蒸氣120.UQ:C.:CaS04'2ftO-f-CaS04'l/2H;0〔p型半水石膏)(干燥條件)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(gè)〔煅蜣石晉)從上述反應(yīng)式可見，要從磷石膏獲得不溶性硬石膏，其煅燒溫度應(yīng)在400750'C范圍內(nèi)將磷石膏放在硅碳棒爐內(nèi)煅燒，其煅燒溫度分別設(shè)定在h(450°C)、T2(550°C)、T3(650°C)和T4(750°C)，恒溫1小時(shí)，以尋找其最佳煅燒溫度，將上述各溫度段煅燒后的磷石膏進(jìn)行X射線衍射分析。X射線衍射結(jié)果表明，在T3(650°C)煅燒的磷石膏，其硬石膏含量達(dá)到96%，而其余幾個(gè)溫度煅燒的硬石膏含量均低于T3(650°C)煅燒的，故選擇磷石膏的煅燒溫度為T3(650°C)。65(TC煅燒后磷石膏的化學(xué)成份如下表3:]<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>2.特制高鋁熟料的制備鋁礬土的主要成分是Al20.3，其中一級(jí)鋁礬土的化學(xué)成分如下表4:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>采用鋁礬土和石灰石共同粉磨、煅燒制備特制高鋁熟料時(shí)，煅燒過程發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)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(jié)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。特制高鋁熟料的化學(xué)成份如下表5:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>3.本發(fā)明膨脹劑的作用原理特制高鋁熟料是在一般高鋁熟料的基礎(chǔ)上，適當(dāng)改變其化學(xué)成份，調(diào)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(chǎn)物-一鈣礬石C;jA3CaS0432H20，其反應(yīng)式如下CA+3CaS0,+2Ca(0H):+30H;0二C^3CaS0,*32&0研究表明，形成鈣礬石后，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(dá)到補(bǔ)償混凝土冷縮和干縮的"雙膨脹"效果，也是補(bǔ)償收縮的理論依據(jù)。反應(yīng)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(jié)晶鈣礬石C3A3CaS0432H20分子式可看出，一個(gè)克分子的鈣礬石需結(jié)合三個(gè)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(duì)雜質(zhì)越少，對(duì)提供膨脹越有利。試驗(yàn)研究表明，用于生產(chǎn)膨脹劑的硬石膏品質(zhì)要求其S03》48y。，Ca0》35，結(jié)晶水《7%。而在T;j(650°C)溫度下煅燒后的磷石膏符合此要求。4.不同溫度煅燒的磷石膏與特制高鋁熟料的配比研究(1)h(450°C)表6<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表6-表9可以看出，60%T3(650°C)煅燒的磷石膏與40%特制高鋁熟料配合的膨脹值最大，強(qiáng)度也比較理想，故選擇該配比。5.本發(fā)明高效膨脹劑產(chǎn)品在混凝土中的配比試驗(yàn)將按本發(fā)明方法所制得的膨脹劑按照088076-1997的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)(1)水泥采用P.O42.5烏江牌普硅水泥；(2)砂子采用符合GB/T14684要求的砂子，細(xì)度模數(shù)為2.62.9的中砂；(3)石子采用符合GB/T14685粒徑為5mm20mm(圓孔篩)石子，采用二級(jí)配，其中5mm10咖占40%，10咖20咖占60%;(4)水采用符合JGJ63的水?；炷僚浜媳热缦卤?0:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在上述混凝土配合比中，內(nèi)摻8%的本發(fā)明高效膨脹劑，其結(jié)果見下表ll:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表ll可看出，在普通混凝土中內(nèi)摻8%的本發(fā)明混凝土高效膨脹劑后，其強(qiáng)度指標(biāo)良好，抗?jié)B指標(biāo)也大大提高。本發(fā)明采用煅燒的磷石膏所制得的混凝土高效膨脹劑與用天然硬石膏制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(fā)明采用煅燒磷石膏替代天然硬石膏制備混凝土高效膨脹劑，所得膨脹劑各項(xiàng)指標(biāo)均符合JC476-2001標(biāo)準(zhǔn)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%)，堿含量為O.40.55%(普通膨脹劑堿含量O.50.7%);既充分利用了工業(yè)廢棄物，變廢為寶，又減少了廢棄物對(duì)耕地的占用和對(duì)環(huán)境的污染，達(dá)到了節(jié)省資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的目的，同時(shí)大大降低了膨脹劑的生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，市場(chǎng)前景良好。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例l:混凝土高效膨脹劑的制備取一級(jí)鋁礬土(Al203含量83。/。)47kg和石灰石53kg，混合，共同粉磨至細(xì)度為4900孔篩篩余《8%后制成直徑4)1015mm的生料料球，在回轉(zhuǎn)窯中于1380。C下煅燒50分鐘，得特制高鋁熟料；取磷石膏，在65(TC下煅燒80分鐘；將煅燒后的磷石膏60kg與特制高鋁熟料40kg混合，用球磨機(jī)磨細(xì)至4900孔篩篩余《10%，即得符合JC476-2001膨脹劑標(biāo)準(zhǔn)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(fā)明的實(shí)施例2:取一級(jí)鋁礬土(Al203含量75。/。)44kg和石灰石56kg，混合，共同粉磨至細(xì)度為4900孔篩篩余<10%后制成小1015mm的生料料球，在立波爾窯中于135(TC下煅燒40分鐘，得特制高鋁熟料；取磷石膏，在60(TC下煅燒70分鐘；將煅燒后的磷石膏65kg與特制高鋁熟料35kg混合，用球磨機(jī)磨細(xì)至4900孔篩篩余<12%，即得符合JC476-2001膨脹劑標(biāo)準(zhǔn)的混凝土高效膨脹劑。本發(fā)明的實(shí)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(xì)度為4900孔篩篩余《10%后制成小1015mm的生料料球，在回轉(zhuǎn)窯中于140(TC下煅燒0.5小時(shí)，得特制高鋁熟料；取磷石膏，在70(TC下煅燒1小時(shí)；將煅燒后的磷石膏60kg與特制高鋁熟料40kg混合，用球磨機(jī)磨細(xì)至4900孔篩篩余《12%，即得符合JC476-2001膨脹劑標(biāo)準(zhǔn)的混凝土高效膨脹劑。本發(fā)明的實(shí)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，得特制高鋁熟料；取磷石膏，在50(TC下煅燒；將煅燒后的磷石膏55kg與特制高鋁熟料45kg混合，磨細(xì)至4900孔篩篩余《12%，即得符合JC476-2001膨脹劑標(biāo)準(zhǔn)的混凝土高效膨脹劑。權(quán)利要求1.一種混凝土高效膨脹劑，其特征在于按照重量百分比計(jì)算它是用55～65％煅燒的磷石膏和45～35％特制高鋁熟料混合磨細(xì)制成的；所述特制高鋁熟料是由44～50％的鋁礬土和56～50％的石灰石經(jīng)粉磨、煅燒成的水泥膨脹熟料。2.按照權(quán)利要求l所述的混凝土高效膨脹劑，其特征在于按照重量百分比計(jì)算，它是用60%煅燒的磷石膏和40%特制高鋁熟料混合磨細(xì)制成的。3.按照權(quán)利要求1或2所述的混凝土高效膨脹劑，其特征在于磷石膏的煅燒溫度為400750。C。4.按照權(quán)利要求3所述的混凝土高效膨脹劑，其特征在于磷石膏的煅燒溫度為60070(TC。5.按照權(quán)利要求1或2所述的混凝土高效膨脹劑，其特征在于所述的鋁礬土為一級(jí)鋁礬土，其中A1203重量含量》70呢。6.按照權(quán)利要求1或2所述的混凝土高效膨脹劑，其特征在于鋁礬土和石灰石粉磨后的煅燒溫度為13501400。C。7.如權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述混凝土高效膨脹劑的制備方法，其特征在于將煅燒11.5小時(shí)后的磷石膏與特制高鋁熟料按比例混合，磨細(xì)至4900孔篩篩余《12%，即得。8.按照權(quán)利要求7所述混凝土高效膨脹劑的制備方法，其特征在于磷石膏的煅燒在硅炭棒爐或沸騰爐中進(jìn)行；磨細(xì)所用的設(shè)備為球磨機(jī)。9.按照權(quán)利要求7所述混凝土高效膨脹劑的制備方法，其特征在于特制高鋁熟料的制備方法為將鋁礬土和石灰石按比例混合，粉磨至細(xì)度為4900孔篩篩余《10。/。后制成直徑1015mm的生料料球，再于1350140(TC下煅燒0.5l小時(shí)，即得。10.按照權(quán)利要求9所述混凝土高效膨脹劑的制備方法，其特征在于:生料料球的煅燒在回轉(zhuǎn)窯或立波爾窯中進(jìn)行。全文摘要本發(fā)明公開了一種混凝土高效膨脹劑及其制備方法，按照重量百分比計(jì)算它是用55～65％煅燒的磷石膏和45～35％特制高鋁熟料混合磨細(xì)制成的；所述特制高鋁熟料是由44～50％的鋁礬土和56～50％的石灰石經(jīng)粉磨、煅燒成的水泥膨脹熟料。本發(fā)明采用煅燒磷石膏替代天然硬石膏制備混凝土高效膨脹劑，所得膨脹劑各項(xiàng)指標(biāo)均符合JC476-2001標(biāo)準(zhǔn)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(yè)廢棄物，變廢為寶，又減少了廢棄物對(duì)耕地的占用和對(duì)環(huán)境的污染，達(dá)到了節(jié)省資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的目的，同時(shí)大大降低了膨脹劑的生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，市場(chǎng)前景良好。文檔編號(hào)B09B3/00GK101607801SQ20091030503公開日2009年12月23日申請(qǐng)日期2009年7月31日優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日發(fā)明者劉光先,吳仁剛,張保如,李曉東,勇王申請(qǐng)人:貴州省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院