CN101164954A - 磷石膏缓凝高效减水剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

磷石膏缓凝高效减水剂及其制备方法。以磷石膏工业废渣为原料，加入改性剂改性处理，低温干燥，粉细，加入表面活性剂复配，得到粉状的磷石膏缓凝高效减水剂。将其应用于水泥混凝土或砂浆的拌和过程，可以使其减水率提高，高于国标要求≥12％，终凝时间可达24h以上，仍保持28d抗压强度比≥120％，可以取代节约水泥，降低混凝土和砂浆成本。有利于废物利用，节能减排，保护环境。

Description

磷石膏缓凝高效减水剂的制备方法
一、所属技术领域，本发明涉及利用磷石膏废渣制造混凝土外加剂，其配方及其制备方法，属于建筑材料制造领域。
二、背景技术
缓凝高效减水剂是混凝土外加剂中应用范围很广的一种外加剂，它是兼有缓凝和大幅度减少拌和用水量的外加剂。随基本建设发展，对混凝土的性能提出了更多和更高的要求。高性能的减水剂对水泥具有高的分散作用，能较好的保持混凝土的坍落度。渗入这类外加剂可以使混凝土具有高性能，可以得到高强高性能混凝土。现有缓凝减水剂的主要成分多为高分子聚合物及无机盐。磷石膏渣是湿法磷酸生产中产生的工业废渣，每生产1吨磷酸排出磷石膏渣约4吨。磷石膏的主要成分是CaSO4·2H2O，约占65～96％，以及硅化合物、磷酸盐、其它硫酸盐，此外还含有少量有害化合物如氟化物，游离酸。此类废渣在我国利用率仅10％左右，长期堆放占用土地，浪费土地资源，可溶有害物质还会随降水进入地表水污染环境。近年来，已有人开展利用磷石膏废渣的研究工作，CN1037324发明了“作水泥缓凝剂的磷石膏改性方法”，方法为用磷石膏加入一种天然矿物或工业废渣，经加热、保温，冷却后即可用作水泥生产的缓凝剂，该缓凝剂可以提高水泥的缓凝效果及抗压强度等物理性能。CN 1279219发明了“磷石膏水泥缓凝剂及其制备方法”，该方法是以磷石膏，粉煤灰、钙质材料、活化剂为主要原料，经配料、搅拌、成型、养护等工艺制备的含有活化粉煤灰和二水石膏为主要成分的新型磷石膏水泥缓凝剂。其原料配方范围为：磷石膏30～70％、粉煤灰26～60％、钙质材料4～10％、活化剂0.1～0.5％。该发明可对水泥进行稳定、正常的调凝，还可以提高水泥早期强度、降低水泥成本、提高水泥产量。但是，在现有技术中，还没有将磷石膏改性用于混凝土或砂浆拌合过程，用做混凝土外加剂。
三、发明内容
1、发明的目的是改进磷石膏水泥缓凝剂的配方及制备方法，使其性能提高，减水率提高，缓凝时间延长，用于拌和混凝土取代节约水泥。
2、本发明的技术方案是：发明的构思是将磷石膏经过改性处理后，巧妙处置了废渣中的水溶性氟化物、磷酸盐、硫酸盐杂质，利用磷酸盐和硫酸盐对水泥水化过程产生缓凝作用，制成用于混凝土拌和过程需要的缓凝剂。其具体步骤是：(1)该磷石膏缓凝高效减水剂，由磷石膏废渣、改性剂、普通减水剂混合组成，其特征是初配磷石膏缓凝剂组成的重量％为：折干磷石膏51～98，改性剂2～49，二者之和为100，磷石膏渣中CaSO4·2H2O含量的重量％为65％～96％，此外还含有磷酸盐，硫酸盐及硅酸盐，改性剂为NaCO3、NaHCO3、NaOH、KOH、K2CO3、Na2S、NaHSO3、Na2SO3、CaO、Ca(OH)2中的任选一种；复配磷石膏缓凝普通或高效减水剂组成的重量％为：初配磷石膏缓凝剂80～90，普通减水剂10～20，二者之和为100，普通减水剂为木质素减水剂木钠、木钙、木镁，多元醇系减水剂、糖密、糖钙、纤维素及其衍生物，腐植酸系减水剂黄、黑腐植酸及其盐中的任一种，或初配磷石膏缓凝剂80-95，高效减水剂5～20，二者之和为100，高效减水剂为萘系、蒽系减水剂、三聚氰胺系减水剂，氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系高效减水剂，古马隆系高效减水剂，聚羧酸系减水剂中的一种；(2)磷石膏缓凝高效减水剂的制备方法，包括磷石膏渣加改性剂初配、低温干燥改性处理、粉细、加普通或高效减水剂复配得磷石膏缓凝普通或高效减水剂几个步骤，其特征是：第一步初配磷石膏缓凝剂，将折干水分的磷石膏渣与改性剂按配方比例配好混合好；第二步低温干燥改性，将初配好的磷石膏缓凝剂放入干燥设备，在温度≤400℃条件下干燥改性处理0.2～1h，冷却，其分子结构由CaSO4·2H2O变为CaSO4·(0～0.67)H2O；第三步粉细，将冷却后的改性磷石膏缓凝剂粉细为粒径≤5mm的细粒；第四步复配，将粉细的磷石膏缓凝剂与普通或高效减水剂按磷石膏缓凝普通或高效减水剂的复配配方配好，放入复配机，混合复配0.1～1h，即可以得到磷石膏缓凝普通或高效减水剂产品。该产品应用于水泥混凝土或砂浆拌和，减水率高于国标要求≥12％，缓凝作用使终凝时间达24h以上，仍然保持28d抗凝强度比≥120％，可以节约替代水泥5％。
3、发明的积极效果：(1)本发明为工业废渣磷石膏利用找到一个新方法途径，将占地堆放污染环境的废弃物资源化加以利用，有利于节能减排，保护环境。(2)所发明的制备方法简便易行，只需普通设备即可制造，有利于产品工业化生产。(3)所得产品分阶段和或配方不同，可得到缓凝剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂产品，应用于水泥混凝土和砂浆的拌和过程中，可以满足不同气候条件、不同建筑物、不同构筑物对材料的不同要求。(4)可以替代节约水泥5％，降低建筑成本。
四、实施例
取堆场取回的品位为90％的磷石膏废渣1000kg，在干燥箱中于温度为45±5℃干燥1小时，冷却后，按折干水份，制磷石膏缓凝剂初配料，配比的重量％为磷石膏97％，NaCO33％；混匀后于温度为200℃条件干燥改性处理0.3h，冷却，粉细至粒径为≤5mm，制得磷石膏缓凝剂，取磷石膏缓凝剂及萘系减水剂复配，复配比例的重量％为磷石膏缓凝剂90％，萘系减水剂10％，在复配机复配0.4h混合均匀，即得到磷石膏缓凝高效减水剂成品。
实例1取磷石膏缓凝高效减水剂按水泥的重量％为3％进行拌和混凝土试验，产品质量为一等品，检测结果列入表1。
实例2取磷石膏缓凝高效减水剂按水泥用量的重量％为5％进行拌入混凝土试验，产品质量为一等品，检测结果列入表1。
表1  缓凝高效减水剂混凝土试验检测结果
编号   掺量％   坍落度mm   减水度％   凝结时间h:min        抗压强度MPa      抗压强度比％
  初凝   终凝  3d  7d  28d  3d  7d  28d
标准   0   80   7:15   10:30  19.8  29.7  38.0
例1   3   80   17.5   8:15   11:20  37.6  51.5  63.7  157  158  134
例2   5   80   18.0   12:45   17:00  35.5  50.7  62.5  179  170  164
实例3混凝土泵送剂试验：
取磷石膏缓凝减水剂，萘系高效减水剂、引气剂按重量百分比为90∶9.9∶0.1比例配成混凝土泵送剂，取磷石膏泵送剂按水泥用量的重量百分比为5％配入混凝土中制成混凝土泵送剂进行实验，产品质量为一等品，检测结果列入表2。
表2  磷石膏缓凝高效减水剂混凝土泵送剂实验结果
编号 掺量％ 扩展度 坍落度mm 含气量％       凝结时间h:min 抗压强度MPa 抗压强度比％
0min 30min 60min 初凝 终凝 3d 7d 28d 3d 7d 28d
标准   0     100   9:30  14:10  20.3  35.7  47.0
例3   5   550     220    170    145   2   20:55  25:25  20.7  39.2  54.7  102  110  116

Claims (2)

1.磷石膏缓凝高效减水剂，由磷石膏废渣、改性剂、普通或高效减水剂混合组成，其特征是：
1.1初配磷石膏缓凝剂组成的重量％：
折干磷石膏渣51～98
改性剂      2～49
二者之和为100，
磷石膏渣中CaSO4·2H2O含量的重量％为65％～96％，此外还含有磷酸盐及其它硫酸盐及硅酸盐，改性剂为NaCO3、NaHCO3、NaOH、KOH、K2CO3、Na2S、NaHSO3、Na2SO3、CaO、Ca(OH)2中的任选一种；
1.2复配磷石膏缓凝高效减水剂组成的重量％：
初配磷石膏缓凝剂  80～90
普通减水剂        10～20
二者之和为100，
普通减水剂为木质素减水剂木钠、木钙、木镁，多元醇系减水剂糖蜜、糖钙、纤维素及其衍生物，腐植酸系减水剂黄、黑腐植酸及其盐中的任一种；或：
初配磷石膏缓凝剂 80～95
高效减水剂       5～20
二者之和为100，
高效减水剂为萘系、蒽系减水剂、三聚氰胺系减水剂，氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系高效减水剂，古马隆系高效减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种；
2.权利要求1所述的磷石膏缓凝高效减水剂的制备方法，包括加改性剂初配、低温干燥改性处理、粉细、加普通或高效减水剂配得磷石膏缓凝普通或高效减水剂几个步骤，其特征是：
2.1初配磷石膏缓凝剂：将折干水份磷石膏渣与改性剂按所需配方比例配好混合好；
2.2低温干燥改性：将配合好的初配磷石膏缓凝剂放入干燥设备中，在温度≤400℃干燥改性处理0.2～1h，冷却，改性后，其分子结构由CaSO4·2H2O变为CaSO4·(0～0.67)H2O；
2.3粉细：将冷却后的改性处理产物粉细为粒径≤5mm的细粒，得到磷石膏缓凝剂；
2.4复配：将粉细的磷石膏缓凝剂与普通或高效减水剂按磷石膏缓凝高效减水剂的复配配方配好，放入复配机，混合复配0.1～1h，即可以得到磷石膏缓凝普通或高效减水剂产品，应用于水泥混凝土及砂浆的拌和，减水率高于国标要求≥12％，缓凝作用使终凝时间达24h以上，仍然保持28d抗凝强度比≥120％，可节约替代水泥约5％。
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