CN101333083A - 一种高性能膨胀性水泥熟料及其制备得到的系列膨胀剂 - Google Patents
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Abstract
一种高性能膨胀性水泥熟料及其制造方法以及系列混凝土膨胀剂及其制造方法。高性能膨胀水泥熟料以石灰石50~90wt%、矾土1~20wt%、石膏5~30wt%,铁粉1~5wt%共同粉磨成生料粉,在回转窑、隧道窑或辊道窑中1250~1400℃煅烧而成;该水泥熟料单独或与硫铝酸钙水泥熟料、铝酸钙水泥熟料、硬石膏、煅烧煤矸石、明矾石、煅烧高岭土、水化热抑制型添加剂等混合并磨细至比表面积200~400m2/kg得到系列混凝土膨胀剂。本发明高性能膨胀水泥熟料是氢氧化钙——水化硫铝酸钙双膨胀源膨胀熟料,膨胀速率快、膨胀效能高,较少使用资源紧缺的矾土,且煅烧温度低,避免死烧氧化钙的问题,安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域,具体涉及一种高性能膨胀性水泥熟料的配制及生产以及以此为基础的和混凝土膨胀剂。
背景技术
国内外制造混凝土膨胀剂一般有两种方法:
一是采用特种水泥熟料(主要是硫铝酸盐水泥熟料和铝酸钙水泥熟料,其中铝酸钙水泥熟料亦称高铝水泥熟料、矾土水泥熟料)和硬石膏按一定比例粉磨,或在其中掺加部分石灰、煅烧明矾石(硫酸铝熟料)、生明矾石、煅烧高岭土(硅铝酸盐)、高铝煤矸石(硅铝酸盐)、地开石等辅助性材料,这类膨胀剂的水化产物是水化硫铝酸钙(钙矾石),基本都是中国生产,如UEA-II、UEA-III、AEA、FEA、HEA、PEA、无碱混凝土膨胀剂、FN-M等等,按照JC476-2001《混凝土膨胀剂》标准检验,掺量10%时,水中7天的限制膨胀率为0.025%~0.055%,当膨胀剂中特种水泥熟料的比例高时,限制膨胀率增大。当掺入明矾石时,会增加膨胀剂的碱(K2O、Na2O)含量。采用这种工艺生产的膨胀剂成本较低,但膨胀能小,不适用于高性能混凝土。
二是采用专用膨胀性熟料生产膨胀剂,如日本生产的如硫铝酸钙系膨胀剂CSA(C4A3S=20%~35%,f-CaSO4=40%~49%,f-CaO=12%~30%,β-C2S=3%~17%,在1250℃~1300℃烧成),采用直接粉磨膨胀熟料,水化产物是水化硫铝酸钙(钙矾石);日本的石灰系膨胀剂CA是采用石灰系膨胀熟料(f-CaO=25%~60%,C3S=50%~70%,少量C3A和C4AF,在1400℃~1600℃烧成),与部分石膏混合粉磨而成,其水化产物是氢氧化钙。中国的UEA-I、CEA、ZY膨胀剂是也是部分采用专用膨胀性熟料制造。其中UEA-I采用CSA膨胀熟料与明矾石和石膏按比例共同粉磨制造,CEA(复合膨胀剂)是采用石灰系膨胀熟料与明矾石和石膏按比例共同粉磨制造,ZY是采用铝酸钙-硫铝酸钙专用熟料(ASC)与硬石膏共同粉磨制造。采用第二种方法生产的膨胀剂性较好,但是CSA熟料需要使用大量资源紧缺的高品质矾土作为原料,石灰系膨胀熟料的煅烧温度很高(1400℃~1600℃),容易产生死烧氧化钙,产生膨胀不安全的隐患。
发明内容
本发明目的之一是提供了一种水化产物是氢氧化钙和水化硫铝酸钙(钙矾石)的双膨胀源高性能膨胀水泥熟料(HCSA)及其制造方法。
本发明另一目的是提供用该熟料(HCSA)制造的高性能混凝土膨胀剂及其制造方法。
本发明中,HCSA高性能膨胀水泥熟料采用石灰石(CaO≥50%)、矾土(Al2O3≥70%)、石膏(S2O3≥48%)和铁粉(Fe2O3≥80%)按比例共同粉磨成生料粉,在回转窑、隧道窑或辊道窑中煅烧,煅烧温度为1250℃~1400℃。HCSA生料配比为(按重量):石灰石50%~90%、矾土1%~20%、石膏5%~30%,铁粉1%~5%。
经以上制造获得的HCSA高性能膨胀水泥熟料主要矿物组成范围(按重量):
C4A3S:5%~15%,
f-CaSO4:10%~35%,
f-CaO=20%~60%,
C3S=10%~25%,
C4AF:5%~20%。
本发明所述的HCSA系列膨胀剂为以下之一。工艺配方(按重量):
HCSA膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(100%)直接粉磨,细度为:比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-S膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(40%~60%)、硫铝酸钙水泥熟料(20%~30%)、硬石膏(20%~30%)共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-A膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(40%~60%)、铝酸钙水泥熟料(20%~30%)、硬石膏(20%~30%)共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-B膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(10%~70%)、煅烧煤矸石(15%~40%)、硬石膏(15%~50%)共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-C膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(10%~70%)、煅烧高岭土(15%~40%)、硬石膏(15%~50%)共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-D膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(10%~70%)、明矾石(15%~40%)、硬石膏(15%~50%)共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-L膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(80%~95%)与5%~20%水化热抑制型添加剂直接粉磨,细度为:比表面积200m2/kg~400m2/kg。
采用以上技术方案,本发明HCSA高性能膨胀水泥熟料矿物组成合理,是氢氧化钙——水化硫铝酸钙双膨胀源膨胀熟料,膨胀速率快、膨胀效能高,且较少使用资源紧缺的矾土,制造成本降低;制备中由于煅烧温度小于1400℃,故与氧化钙系膨胀熟料相比,没有死烧氧化钙的问题,安全可靠。利用本发明的HCSA高性能膨胀水泥熟料配合其它矿物制成的系列膨胀剂,可以调控混凝土膨胀剂膨胀速率。本发明的系列混凝土膨胀剂可用于配制补偿收缩混凝土、自应力混凝土,可广泛应用于混凝土结构自防水、超长结构连续施工、大体积混凝土抗裂、抑制高掺量混合材混凝土碳化、增加灌注桩混凝土摩阻力,提高其单桩承载力。单独粉磨的HCSA膨胀剂可以作为无声破碎剂使用。在高掺量混合材混凝土中掺加适量的HCSA,能够激发混合材的活性,提高混合材利用效率,具有显著的增强作用。
具体实施方式
本发明中,HCSA高性能膨胀水泥熟料采用石灰石(CaO≥50%)、矾土(Al 2O3≥70%)、石膏(S2O3≥48%)和铁粉(Fe2O3≥80%)按比例共同粉磨成生料粉,在回转窑、隧道窑或辊道窑中煅烧,煅烧温度为1250℃~1400℃。HCSA生料配比为(按重量):石灰石50%~90%、矾土1%~20%、石膏5%~30%,铁粉1%~5%。
经以上制造获得的HCSA高性能膨胀水泥熟料主要矿物组成范围(按重量):
C4A3S:5%~15%,
f-CaSO4:10%~35%,
f-CaO:20%~60%,
C3S:10%~25%,
C4AF:5%~20%。
本发明所述的HCSA系列膨胀剂的原材料和工艺配方如下:
原材料:
HCSA高性能膨胀水泥熟料(本发明),
硫铝酸钙水泥熟料(市售),
铝酸钙水泥熟料(市售),
硬石膏(市售),
煅烧煤矸石(市售),
明矾石(市售),
煅烧高岭土(市售),
水化热抑制型添加剂,硬脂酸钙(市售)。
工艺配方(按重量):
HCSA膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(100%)直接粉磨,细度为:比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-S膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(30%~60%)、硫铝酸钙水泥熟料(15%~30%)、硬石膏(15%~30%)共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-A膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(30%~60%)、铝酸钙水泥熟料(15%~30%)、硬石膏(15%~30%)共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-B膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(10%~60%)、煅烧煤矸石(15%~40%)、硬石膏(15%~50%)共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-C膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(10%~60%)、煅烧高岭土(15%~40%)、硬石膏(15%~50%)共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-D膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(10%~60%)、明矾石(15%~40%)、硬石膏(15%~50%)共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
HCSA-L膨胀剂:HCSA高性能膨胀水泥熟料(80%~95%)与5%~20%水化热抑制型添加剂直接粉磨,细度为:比表面积200m2/kg~400m2/kg。
实施例1:HCSA高性能膨胀水泥熟料的制造
各原料的化学成分见表1,根据设计要求进行配料:
按重量百分比,石灰石72%,矾土8%、石膏17%,铁粉3%。将各原料混合共同粉磨成生料粉,在回转窑中经1250℃煅烧,产物为HCSA熟料,其化学成分见表2,HCSA熟料的计算矿物组成见表3。
表1HCSA高性能膨胀水泥熟料的原料化学成分(%)
原料名称 | Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | TiO2 |
矾土 | 15.31 | 6.05 | 70.68 | 2.07 | 0.97 | 0.12 | - | 1.63 |
石灰石 | 41.70 | 3.56 | 0.57 | 0.34 | 50.18 | 2.26 | - | - |
石膏 | 1.30 | 2.47 | 2.62 | 0.46 | 40.39 | 2.31 | 50.66 | - |
铁粉 | - | 5.00 | 3.00 | 92.0 | 6.18 | 2.94 | - | - |
表2HCSA高性能膨胀水泥熟料的化学成分(%)
Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | TiO2 |
0.45 | 5.28 | 9.63 | 4.74 | 63.12 | 3.09 | 12.57 | 0.19 |
表3HCSA高性能膨胀水泥熟料的矿物组成(%)
C4A3S | f-CaSO4 | C3S | f-CaO | C4AF | CT | MgO |
13.19 | 18.45 | 20.06 | 32.00 | 14.41 | 0.32 | 1.18 |
实施例2:HCSA系列膨胀剂的制造
用实施例1的HCSA高性能膨胀水泥熟料与相应的原材料按表4的比例共同粉磨,得到系列混凝土膨胀剂。
混凝土膨胀剂的物理性能测试:将表4配制的膨胀剂按照现行国家行业标准JC476-2001《混凝土膨胀剂》进行检验,膨胀剂的掺量统一为8wt%,物理性能见表5。
实施例3:系列HCSA高性能膨胀水泥熟料的制造及系列膨胀剂的制造
采用实施例1相同的原料,按表6-1数值改变原料之间的配合比例,得到系列HCSA高性能膨胀水泥熟料。再按实施例2相同方法按表6-2设计配制系列膨胀剂,检测结果列于表6-3。
表6-1HCSA水泥熟料原料配比(重量百分数)
原料 | HCSA1 | HCSA2 | HCSA3 |
石灰石50%~90% | 50 | 90 | 59 |
矾土1%~20% | 20 | 1 | 10 |
石膏5%~30% | 25 | 5 | 30 |
铁粉1%~5% | 5 | 4 | 1 |
通过以上实施例可以看出,本发明的优点在于:所述HCSA高性能膨胀水泥熟料矿物组成合理,是氢氧化钙——水化硫铝酸钙双膨胀源膨胀熟料,膨胀速率快(如表5中HCSA水中7d的限制膨胀率为0.087%,即达28d限制膨胀率0.096%的90%)、膨胀效能高(如表5HCSA水中7d的限制膨胀率为0.087%,是标准值的3.48倍);另一方面,与CSA熟料、硫铝酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、铝酸钙-硫铝酸钙专用熟料(ASC)相比,较少使用资源紧缺的矾土,因此可大大降低成本;由于煅烧温度小于1400℃,故与氧化钙系膨胀熟料相比,没有死烧氧化钙的问题,安全可靠。采用本发明的HCSA高性能膨胀水泥熟料,按要求外配适当的市售矿物,制成的系列膨胀剂可以实现调控混凝土膨胀剂膨胀速率的目的(如表5中HCSA-A,水中7d的限制膨胀率为0.050%,是28d限制膨胀率0.088%的56.8%,与HCSA相比,膨胀速率降低约33.2%)。本发明的系列混凝土膨胀剂可用于配制补偿收缩混凝土、自应力混凝土,可广泛应用于混凝土结构自防水、超长结构连续施工、大体积混凝土抗裂、抑制高掺量混合材混凝土碳化、增加灌注桩混凝土摩阻力,提高其单桩承载力。单独粉磨的HCSA膨胀剂可以作为无声破碎剂使用。在高掺量混合材混凝土中掺加适量的HCSA,能够激发混合材的活性,提高混合材利用效率,具有显著的增强作用。
Claims (9)
1.一种高性能膨胀性水泥熟料,其特征在于,由以下原料按重量百分比混配后煅烧而成:
石灰石50%~90%,
矾土1%~20%,
石膏5%~30%,以及
铁粉1%~5%。
2.根据权利要求1所述高性能膨胀性水泥熟料,其特征在于,对原材料的品质要求为:石灰石中CaO≥50%,矾土中Al2O3≥70%,石膏中S2O3≥48%和铁粉中Fe2O3≥80%。
3.根据权利要求1所述高性能膨胀性水泥熟料,其特征在于,所述熟料的矿物组成范围为:
C4A3S:5%~15%,
f-CaSO4:10%~35%,
f-CaO=20%~60%,
C3S=10%~25%,以及
C4AF:5%~20%。
4.根据权利要求1或2或3所述高性能膨胀性水泥熟料,其特征在于,所述原料煅烧温度为1250℃~1400℃。
5.根据权利要求4所述高性能膨胀性水泥熟料,其特征在于,所述原料在回转窑、隧道窑或辊道窑中煅烧。
6.一种制造权利要求1至3任一所述高性能膨胀性水泥熟料的方法,其特征在于:将所述原料混合共磨后,在回转窑、隧道窑或辊道窑中经1250℃~1400℃煅烧而成。
7.一种用权利要求1至5任一所述水泥熟料制造的高性能混凝土膨胀剂,其特征在于,为下列膨胀剂之一:
HCSA膨胀剂:以高性能膨胀水泥熟料直接粉磨至细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg;
HCSA-S膨胀剂:以高性能膨胀水泥熟料40~60wt%、硫铝酸钙水泥熟料20~30wt%、硬石膏20~30wt%共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg;
HCSA-A膨胀剂:高性能膨胀水泥熟料40~60wt%、铝酸钙水泥熟料20~30wt%、硬石膏20~30wt%共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg;
HCSA-B膨胀剂:高性能膨胀水泥熟料10~70wt%、煅烧煤矸石15~40wt%、硬石膏15%~50wt%共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg;
HCSA-C膨胀剂:高性能膨胀水泥熟料10~70wt%、煅烧高岭土15~40wt%、硬石膏15~50wt%共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg;
HCSA-D膨胀剂:高性能膨胀水泥熟料10~70wt%)、明矾石15~40wt%、硬石膏15~50wt%共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg;
HCSA-L膨胀剂:高性能膨胀水泥熟料80~95wt%与5~20wt%水化热抑制型添加剂(硬脂酸钙)直接粉磨,细度为比表面积200m2/kg~400m2/kg。
8.权利要求7所述高性能混凝土膨胀剂的制造方法,其特征在于,将各组分按比例混合后共同粉磨至比表面积200m2/kg~400m2/kg。
9.权利要求7所述高性能混凝土膨胀剂的制造方法,其特征在于,将各组分单独粉磨至比表面积200m2/kg~400m2/kg再混合均匀。
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