專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用多種工業(yè)廢渣制備的水泥、混凝土膨脹劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，特別是一種利用多種工業(yè)廢渣制備的水泥、混凝土膨脹劑。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的一個(gè)主要缺陷是其在水化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生體積收縮，進(jìn)而在水泥、混凝土制品與結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫、裂紋，抗?jié)B性降低，影響建筑工程的耐久性及外觀(guān)。尤其對(duì)大體積混凝土如三峽大壩等，盡管技術(shù)工作者采用了許多方法試圖解決這些問(wèn)題，但仍不能完全避免裂縫或裂紋的產(chǎn)生。目前，采用水泥、混凝土膨脹劑是治理收縮、裂縫和提高抗?jié)B性最常見(jiàn)的方法，但現(xiàn)有膨脹劑普遍存在使用性能、尤其是后期性能不穩(wěn)定的缺陷。不少采用現(xiàn)有膨脹劑配制的水泥或混凝土制品，滲透性指標(biāo)不能滿(mǎn)足要求，或未能完全消除開(kāi)裂，或只是將開(kāi)裂的程度降低、時(shí)間推遲。其原因一方面可能是膨脹劑的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性不夠或應(yīng)用條件高于實(shí)際能夠控制的水平，另一個(gè)重要原因是現(xiàn)有膨脹劑的材料組分設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步改進(jìn)。具體來(lái)說(shuō)，就是現(xiàn)有膨脹劑的膨脹規(guī)律與水泥的收縮規(guī)律針對(duì)性不強(qiáng)。水泥的收縮值隨齡期逐步增加，但增長(zhǎng)速率逐步降低，因此要求膨脹劑的膨脹性也應(yīng)持續(xù)存在并隨齡期逐步降低，在各齡期的膨脹性既不能過(guò)高產(chǎn)生破壞、也不能過(guò)低無(wú)法補(bǔ)償水泥的收縮?，F(xiàn)有水泥、混凝土膨脹劑大多采用單元或雙元膨脹源，其膨脹性一般發(fā)生在一定時(shí)期范圍，即使采用了多種膨脹源，其各自的膨脹性或者相近、或者有些所謂的膨脹組分并不能發(fā)揮作用。所以，不少現(xiàn)有水泥、混凝土膨脹劑的使用效果不佳。除大體積混凝土外，在墻體等薄壁結(jié)構(gòu)中問(wèn)題也很突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用多種工業(yè)廢渣制備水泥、混凝土的膨脹劑，該膨脹劑能夠?qū)⑵渑蛎浺?guī)律與水泥的收縮規(guī)律協(xié)調(diào)相適應(yīng)，在治理收縮、裂縫和提高抗?jié)B性等方面具有很好的使用性能和穩(wěn)定的后期性能，從而為提高建筑工程的耐久性及外觀(guān)做出貢獻(xiàn)。另外，其制備工藝簡(jiǎn)單，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下多種工業(yè)廢渣制備的水泥、混凝土膨脹劑，其組成包括氟石膏、高鈣粉煤灰和鋼渣粉，并且由以下方法制成的按重量比將氟石膏1-1.5份、高鈣粉煤灰1-1.5份和鋼渣粉1-1.5份，經(jīng)混合、粉磨，得到勃氏比表面積為400-500m2/kg的干粉狀膨脹劑。
本發(fā)明提供的膨脹劑與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下主要優(yōu)點(diǎn)其一.可產(chǎn)生與水泥在不同水化歷程的收縮特性相對(duì)應(yīng)的膨脹規(guī)律，尤其產(chǎn)生抵制水泥水化后期收縮的的微膨脹。
水泥、混凝土膨脹劑分為石膏型或稱(chēng)鈣礬石型、氧化鈣型、鎂氧型、鐵氯型等，主要通過(guò)硫鋁酸鹽、CaO、游離CaO、MgO、鐵粉等在水泥水化過(guò)程中與水或水泥的水化產(chǎn)物反應(yīng)生成膨脹性物質(zhì)。各膨脹性化合物在水泥體系中反應(yīng)產(chǎn)生膨脹的規(guī)律不同，本發(fā)明采用的氟石膏、高鈣粉煤灰和鋼渣粉等多種工業(yè)廢渣中含有較多種上述膨脹源，并且由于不同廢渣的形成熱歷史不同，相同膨脹源化合物在不同廢渣中以不同形式存在，因而相同膨脹源化合物產(chǎn)生的膨脹規(guī)律也有區(qū)別。利用多種膨脹源和相同膨脹源的不同存在形式，復(fù)合形成了與水泥收縮規(guī)律對(duì)應(yīng)性更強(qiáng)的膨脹規(guī)律。
其二.氟石膏、高鈣粉煤灰和鋼渣粉既有各自的膨脹規(guī)律，又相互作用氟石膏對(duì)高鈣粉煤灰和鋼渣粉具有活性激發(fā)作用，對(duì)提高水泥、混凝土強(qiáng)度有利，強(qiáng)度的提高有利于對(duì)水泥收縮的控制；三種不同易磨性的礦物共同粉磨能夠產(chǎn)生連續(xù)的顆粒級(jí)配，使水泥、混凝土結(jié)構(gòu)更加致密；鋼渣粉對(duì)氟石膏和高鈣粉煤灰起助磨作用，能夠提高粉磨效率，增加產(chǎn)品細(xì)度。因此，本膨脹劑在治理收縮、裂縫和提高抗?jié)B性等方面具有很好的使用性能和穩(wěn)定的后期性能，可提高建筑工程的耐久性及外觀(guān)。
其三.具備無(wú)堿、無(wú)Cl離子和高活性，因此，當(dāng)其按照重量比10-15％等量替代水泥，可使各齡期強(qiáng)度提高。
其四.使用效果佳不僅適于作水泥、混凝土的膨脹劑，而且在墻體等薄壁結(jié)構(gòu)中具有很好的使用效果。
本發(fā)明提供的制備膨脹劑的方法，還具有工藝簡(jiǎn)單、容易操作、易于推廣和適于工業(yè)化生產(chǎn)的諸多優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種利用多種工業(yè)廢渣制備的水泥、混凝土膨脹劑，按重量比將氟石膏1-1.5份、高鈣粉煤灰1-1.5份和鋼渣粉1-1.5份(例如表1)，經(jīng)混合、粉磨，得到勃氏比表面積為400-500m2/kg的干粉狀膨脹劑。
上述氟石膏可采用氫氟酸生產(chǎn)工業(yè)的副產(chǎn)品，預(yù)先經(jīng)烘干并篩選為粒徑為0-3mm的顆粒及粉料混合體。高鈣粉煤灰可采用增鈣燃燒工藝的電廠(chǎng)經(jīng)電收塵得到的勃氏比表面積300-600m2/kg、CaO重量含量為10-45％、其中游離CaO重量含量為5-10％的煤灰。鋼渣粉可采用由淺盤(pán)水淬工藝處理的轉(zhuǎn)爐鋼渣，在經(jīng)若干次水噴淋并飽水浸泡6-8天后，將其從渣池中取出，經(jīng)自然堆放至水份重量含量低于15％，再經(jīng)破碎、篩選、烘干和粉磨工序，并在各工序前進(jìn)行除鐵工藝制成的勃氏比表面積為300-600m2/kg、游離CaO重量含量為2-6％、MgO重量含量為4-8％的干粉。
上述3種工業(yè)廢渣中的CaO、游離CaO、MgO、SO3的含量顯著影響膨脹性和活性，實(shí)際含量與其形成工業(yè)的生產(chǎn)配方及加工工藝有關(guān)。當(dāng)電廠(chǎng)根據(jù)燃煤品質(zhì)和鍋爐燃燒工況的變化調(diào)整增鈣材料時(shí)，高鈣粉煤灰中的CaO及游離CaO含量會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)；游離CaO大部分存在于高鈣粉煤灰中的大顆粒中，當(dāng)與另兩種工業(yè)廢渣混磨后的含量會(huì)降低2-5％。采用淺盤(pán)水淬工藝處理的轉(zhuǎn)爐鋼渣含有適量的游離CaO、以微晶態(tài)方鎂石存在的MgO和其它活性組份，選用飽水浸泡7天的轉(zhuǎn)爐鋼渣，能夠在水泥、混凝土中產(chǎn)生有效的膨脹作用，而一般淺盤(pán)水淬工藝處理鋼渣的飽水浸泡時(shí)間為2周以上，這時(shí)得到的鋼渣具有較好的體積穩(wěn)定性，適合生產(chǎn)混凝土摻和料或水泥混合材，但已經(jīng)失去了膨脹性。平爐鋼渣中因游離CaO和MgO含量過(guò)高，膨脹性不宜控制，所以不適合作建筑材料。采用本發(fā)明方法應(yīng)按照要求控制原材料中的關(guān)鍵成分含量。
本發(fā)明制備的膨脹劑，其產(chǎn)生膨脹的途徑分別是(1)氟石膏中的石膏與高鈣粉煤灰、混凝土配制時(shí)摻入的粉煤灰中的氧化鋁反應(yīng)生成鈣礬石AFt，產(chǎn)生膨脹；(2)高鈣粉煤灰、鋼渣粉中的游離CaO在水泥、混凝土的結(jié)構(gòu)建立之后水化生成羥鈣石Ca(OH)2，產(chǎn)生體積膨脹；(3)鋼渣所含MgO中的極少部分以方鎂石形式存在，在水泥體系水化后期水化生成水鎂石Mg(OH)2，產(chǎn)生體積膨脹。不同膨脹發(fā)生的時(shí)間順序依次為鈣礬石AFt膨脹、羥鈣石Ca(OH)2膨脹、水鎂石MgO膨脹，其中因?yàn)楦哜}粉煤灰與鋼渣粉中游離CaO的形成溫度及在各溫度環(huán)境的停留時(shí)間等熱歷史不同，CaO的“死燒”狀態(tài)有所區(qū)別，所以?xún)煞N游離CaO產(chǎn)生膨脹的時(shí)間也有一定差異。按照各種膨脹源的膨脹特性設(shè)計(jì)的復(fù)合膨脹劑，形成了持續(xù)的、與水泥收縮規(guī)律對(duì)應(yīng)性良好的膨脹規(guī)律。
下面，比較一下本膨脹劑與現(xiàn)有產(chǎn)品的應(yīng)用效果。
采用表1中方案3制備出比表面積為450m2/kg的本膨脹劑(稱(chēng)為WHU型)，同時(shí)采用市售UEA型、CAS型膨脹劑做混凝土對(duì)比實(shí)驗(yàn)，均內(nèi)摻12％；水泥分別采用42.5P.S和32.5P.S，采用二級(jí)粉煤灰和萘系高效減水劑(UNF-5)；混凝土自由線(xiàn)性膨脹率實(shí)驗(yàn)參照GBJ50119進(jìn)行，試樣尺寸為100×100×515mm棱柱體，成型3天后拆模，移入養(yǎng)護(hù)室，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，分別浸泡在的水中和標(biāo)準(zhǔn)霧氣中養(yǎng)護(hù)，水養(yǎng)護(hù)試樣在14天后移入干空氣中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。根據(jù)不同強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)的混凝土配合比分別見(jiàn)表2、表3，相應(yīng)的力學(xué)性能、收縮性能結(jié)果分別見(jiàn)表4、表5。
從表4和表5和應(yīng)用結(jié)果可以看出，3種膨脹劑應(yīng)用在C30和C40混凝土中均能夠滿(mǎn)足JC476-2001對(duì)水泥、混凝土膨脹劑的要求，即內(nèi)摻后強(qiáng)度不降低、水養(yǎng)試樣14天膨脹率大于1.5×10-4、28天膨脹率不大于10×10-4以及空氣養(yǎng)護(hù)試樣28天膨脹率大于-2.0×10-4等，但采用本發(fā)明生產(chǎn)的WHU型膨脹劑存在明顯的增強(qiáng)作用和更合理的膨脹規(guī)律，其膨脹性在初期沒(méi)有另兩種大，而是持續(xù)地穩(wěn)定產(chǎn)生，與水泥收縮相對(duì)應(yīng)。實(shí)際上，另兩種雖然在28天基本保持了零收縮，但到60天時(shí)已經(jīng)顯示出一定的收縮即負(fù)膨脹，到90天時(shí)的收縮率達(dá)到2.0×10-4以上，WHU膨脹劑在28天仍保持著微膨脹，到60天和90天時(shí)趨近零收縮。顯然，WHU膨脹劑對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性更有利，可以更有效地提高混凝土的抗?jié)B性。
表1 本膨脹劑的配方(重量比，單位份)

表2 采用不同膨脹劑的C30混凝土配合比(水泥采用32.5P.S)

表3 采用不同膨脹劑的C40混凝土配合比(水泥采用42.5P.S)

表4 不同膨脹劑對(duì)C30混凝土收縮性能的影響

表5 不同膨脹劑對(duì)C40混凝土收縮性能的影響

權(quán)利要求
1.一種利用多種工業(yè)廢渣制備的水泥、混凝土膨脹劑，其特征在于膨脹劑的組成包括氟石膏、高鈣粉煤灰和鋼渣粉，并且由以下方法制成的按重量比將氟石膏1-1.5份、高鈣粉煤灰1-1.5份和鋼渣粉1-1.5份，經(jīng)混合、粉磨，得到勃氏比表面積為400-500m2/kg的干粉狀膨脹劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹劑，其特征是氟石膏是氫氟酸生產(chǎn)工業(yè)的副產(chǎn)品，預(yù)先經(jīng)烘干并篩選為粒徑為0-3mm的顆粒及粉料混合體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹劑，其特征是高鈣粉煤灰是采用增鈣燃燒工藝的電廠(chǎng)經(jīng)電收塵得到的煤灰。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膨脹劑，其特征是高鈣粉煤灰是勃氏比表面積300-600m2/kg、CaO重量含量為10-45％、其中游離CaO重量含量為5-10％的煤灰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹劑，其特征是鋼渣粉是由采用淺盤(pán)水淬工藝處理的轉(zhuǎn)爐鋼渣，在經(jīng)若干次水噴淋并飽水浸泡6-8天后，將其從渣池中取出，經(jīng)自然堆放至水份重量含量低于15％，再經(jīng)破碎、篩選、烘干和粉磨工序，并在各工序前進(jìn)行除鐵工藝制成的干粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膨脹劑，其特征是鋼渣粉是勃氏比表面積為300-600m2/kg、游離CaO重量含量為2-6％、MgO重量含量為4-8％的干粉。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用多種工業(yè)廢渣制備的水泥、混凝土膨脹劑，其組成包括氟石膏、高鈣粉煤灰和鋼渣粉，并且由以下方法制成的按重量比將氟石膏1－1.5份、高鈣粉煤灰1－1.5份和鋼渣粉1－1.5份，經(jīng)混合、粉磨，得到勃氏比表面積為400－500m
文檔編號(hào)C04B22/08GK1603272SQ200410060910
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月27日
發(fā)明者馬保國(guó), 朱洪波, 白建飛, 高小建, 胡利民 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)