CN101497518A - 掺入化学石膏的混凝土及其配制方法 - Google Patents
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Abstract
掺入化学石膏的混凝土及其配制方法。掺入化学石膏的混凝土是由折干的化学石膏替代混凝土配合比中部分水泥，加水泥、砂子、石子、水拌合而成，化学石膏∶水泥的重量百分比＝1～15∶99～85，二者之和为100。将化学石膏废渣用于混凝土拌合，配制成高性能混凝土，化学石膏有缓凝作用能提高混凝土的抗渗、抗冻性能及抗压强度。适宜於夏季炎热地区的混凝土施工。
Description
一、所属技术领域：
本发明涉及利用工业废渣化学石膏，替代混凝土配合比中的部分水泥，和/或粉煤灰配制混凝土，属於建筑材料领域。
二、背景技术
随着国家经济建设的发展，基础设施和民用住宅建筑需要使用大量混凝土。传统的混凝土是由水泥、砂、石、水拌合而成，我国目前配制高性能混凝土采用“双掺”技术，除了使用传统的这四大组份外，还掺入混凝土外加剂，如萘系和聚羧酸系高效减水剂等，和掺合料，如矿物外加剂—粉煤灰、硅灰、磨细矿渣等。化学石膏是化学工业或其它工业产生的工业废渣，主要有磷石膏、排烟脱硫石膏、盐石膏、氟石膏、碱石膏等，其中以磷石膏和排烟脱硫石膏的排放量最大。磷石膏是磷酸盐矿与硫酸反应生产湿法磷酸过程所产生的副产物，其一般成分以wt％计为：化合水：14.0～20.0，CaO 28.0～35.0，SO2 40.0～44.0，SiO2 8～12，Al2O3 0.1～0.3，Fe2O30.07～0.12，P2O5 0.8～1.4，F 0.2～0.6，CaO、SO3、化合水三者结合成的CASO4·2H2O 80～96；排烟脱硫石膏是火力发电厂或其它工厂锅炉煤或重油燃烧产生的烟气中的SO2用石灰或石灰石吸收转变为CASO4·2H2O为主的废渣，其成份以wt％计为CASO4·2H2O 80～96，附着水10～20。这些废渣长期大量堆放，占用土地，其中的有害化合物P2O5，氟化物还会随雨水溶入水体或土地，污染环境；废渣利用率低，我国磷石膏渣仅10％左右，排烟脱硫石膏基本未利用。近年我国对磷石膏的利用研究逐步开展，CN200710066231·2磷石膏缓凝高效减水剂的制备方法，以磷石膏废渣为原料，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，达到并高于国标要求≥12％，终凝时间可达24h以上，仍保持抗压强度比≥120％，可以替代节约水泥5％。CN200710066331·5建筑石膏和矿物外加剂及其制备方法，在工业废渣化学石膏中配入改性剂改性处理，可以得到建筑石膏，混凝土石膏掺合料、混凝土石膏复合掺合料产品，为化学石膏类工业废渣找到了利用途径。
三、发明内容
1、发明目的：改进高强高性能混凝土的配制方法，将工业废渣化学石膏应用于混凝土拌合，替代部分水泥和/或粉煤灰，改善混凝土性能，节约水泥及粉煤灰。
5、发明的技术方案：发明的技术构思是将工业废渣化学石膏作为拌合混凝土的一个组分稍作处理就直接替代部分水泥和/或粉煤灰或其他胶凝材料，替代部分水泥用量，并能同时改善混凝土性能。发明的具体步骤是：1、掺入化学石膏的混凝土，以工业废渣化学石膏作为替代部分水泥的组分，其替代比是：(1)掺入磷石膏替代部分水泥，水泥用量与磷石膏用量的比例以重量百分比计为水泥：折干磷石膏＝85～99：1～15，二者之和为100，磷石膏中CASO4·2H2O以重量百分比计为80～96wt％；(2)掺入排烟脱硫石膏替代部分水泥，水泥用量与排烟脱硫石膏用量的比例以重量百分比计为水泥：折干排烟脱硫石膏＝85～99：1～15，二者之和为100，排烟脱硫石膏中CASO4·2H2O含量为80～96wt％；其他类化学石膏的替代比可以类推。2、掺入化学石膏的混凝土的配制方法：(1)化学石膏的备料，取堆场经自然风干的化学石膏，除去表面异物，取样于温度45±5℃干燥1h，测出附着水水分含量，磨细至粒度<2.5mm备用；(2)拌合混凝土，按国标、行标要求的混凝土配合比，将水泥及替代水泥的折干化学石膏按替代配比加入，按配合比加入砂子、石子、水及外加剂，拌合成混凝土。化学石膏CASO4·2H2O的掺入使拌合物和易性改善使水泥熟料矿物中的铝酸钙与石膏生成新的钙矾石——水化硫铝酸钙结晶，此类柱状或针状结晶及CASO4·2H2O的柱状结晶经用扫描电镜分析发明的混凝土试块中发现，它能使混凝土的孔结构细化，延缓凝结时间，抗压强度比提高20～50％，提高抗冻性能，抗渗标号>S30，节约替代水泥1～75％。同时，由於将磷石膏掺入混凝土中后，磷石膏中的少量有害化合物如P2O5、氟化物等与水泥中的水化产物碱性化合物作用，凝结固化於混凝土中。
3、发明的积极效果：(1)发明为工业废渣化学石膏利用找到一个新的途径，将占地堆放污染环境的废渣资源化加以利用，有利於节能减排，保护环境。(2)所发明的方法非常简便，有利於废渣在建材工业中大量利用。(3)发明对混凝土拌合物的性能及硬化后混凝土性能有改善，产生积极效果：拌合物的和易性改善，延缓凝结时间，提高建筑构件或建筑的抗渗性能、抗冻性能及抗压强度。
四、实施例
结合实施例阐明发明的积极效果：
取废渣堆场存放的磷石膏100Kg，渣中CASO4·2H2O含量为96wt％，除去异物，取样1g，在干燥箱中于温度45±5℃干燥1h，测出附着水，水份含量为15wt％，渣粉碎至粒度<2.5mm备用，按GB8076～1997《混凝土外加剂》国家标准进行混凝土拌合试验，水泥采用石林牌PO52.5，折干磷石膏视为掺合料按替代比等量替代混凝土配合比中的水泥用量，每次拌合量2.5升，按不同掺入量各制试块；
实例1 折干磷石膏渣替代水泥掺入量3wt％；进行抗压强度比及缓凝试验，
实例2 折干磷石膏渣替代水泥掺入量5wt％，进行抗压强度比对比及缓凝试验；
实例3 折干磷石膏渣替代水泥掺入量10wt％，进行抗压强度比对比及缓凝试验；
例1、例2、例3实验结果列于表1；
表1 含磷石膏掺合料的混凝土性能
备注：混凝土外加剂采用萘系高效减水剂
实验结果表明掺入磷石膏的混凝土抗压强度比提高20～65％，凝结时间延缓，磷石膏的掺入替代了水泥3wt％～10wt％。
实例4 折干磷石膏替代水泥掺入量5wt％，进行抗渗试验；
实例5 折干磷石膏替代水泥掺入量10wt％，进行抗渗试验；
例4、例5外加剂采用萘系高效减水剂与引气剂复配，抗渗试验参照DL/T5150·2001电力行业标准《水工混凝土试验规程》进行，试验结果列於表2；
表2 掺入化学石膏混凝土抗渗试验结果
| 编号 | 磷石膏替代水泥量wt％ | 养护龄期d | 外加剂掺量wt％ | 试件表面情况 | 相对渗透系数cm/h | 抗渗标号 |
| 基准 | 0 | 28 | 0 | 采用逐级加压法，起始加压0.2MPa，每8h加压0.1MPa，加压到0.6MPa时3块渗水 | S5 | |
| 例4 | 5 | 28 | 0.6 | 采用一次加压法，加压至0.8MPa时试件均未渗水 | 2.51×10-7 | >S30 |
| 例5 | 10 | 28 | 0.6 | 采用一次加压法，加压至0.8MPa时试件均未渗水 | 2.76×10-7 | >S30 |
实验结果表明，磷石膏替代水泥拌合混凝土抗渗性能提高，抗渗标号>S30。
掺入磷石膏替代水泥和粉煤灰拌合碾压混凝土：
实例6 折干磷石膏渣替代水泥和粉煤灰拌合碾压混凝土试验，替代量为(水泥+粉煤灰)5wt％。
实例7 折干磷石膏渣替代水泥和粉煤灰拌合碾压混凝土试验，替代量为(水泥+粉煤灰)7.5wt％；
例6、例7水泥为广西右江中热52.5水泥，减水剂为糖钙与木钙复配产品代号MTG，对照减水剂代号JLY，是价格较高的超缓凝减水剂。试验温度为30℃，摸拟夏秋季节高温地区施工条件。
例6、例7及对照试验的实验结果列于表3：
表3 掺入磷石膏的碾压混凝土对比实验结果
每方用量 kg/m3 减水剂 磷石膏 VC值 抗压强度 MPa 凝结时间 h∶min
编号
水 水泥 粉煤灰 砂 小石 中石 wt％ kg wt％ 时间 28d 90d 初凝 终凝
基准 135 84 116 874 642 784 MTG0.8 / / 8″ 12.6 14.6 2:08 4:58
例6 127 84 106 864 634 775 MTG0.8 10 5 8″ 14.6 15.9 7:56 14:43
例7 125 84 101 864 635 776 MTG0.8 15 7.5 11″ 16.8 17.4 11:38 18:34
对照 127.6 84 116 864 634 775 JLY1.2 / / 8″ 13.4 15.8 14:36 24:14
试验结果表明磷石膏渣掺入碾压混凝土，可以替代现有混凝土配方中的掺合料粉煤灰，替代量为水泥+粉煤灰之和的5wt％及7.5wt％，节省了粉煤灰用量；磷石膏有缓凝作用，延缓了凝结时间；可以起到替代价格较贵的超缓凝减水剂的作用，适合气候炎热地区施工使用。
掺入排烟脱硫石膏替代水泥拌合混凝土试验：
取堆场排烟脱硫石膏替代水泥拌合混凝土试验
取堆场存放的排烟脱硫石膏25kg，除去异物，渣中CASO4·2H2O含量为90wt％，取1g样品，在干燥箱中温度45±5℃干燥1h，测出附着水水份含量为10wt％，渣粉碎至粒度<2.5mm备用；按GB8076～1997《混凝土外加剂》国家标准进行混凝土拌合试验，水泥采用石林牌PO 52.5，减水剂采用萘系高效减水剂，折干排烟脱硫石膏视为掺合料按替代比等量替代混凝土配合比中的水泥用量，拌合量25升，按不同掺入量各制试块进行试验。
实例8 排烟脱硫石膏替代水泥掺入量5wt％，进行抗压强度比及缓凝试验；
实例9 排烟脱硫石膏替代水泥掺入量10wt％，进行抗压强度比及缓凝试验；
例8、例9试验结果列于表4。
表4 含排烟脱硫石膏掺合料的混凝土性能
试验结果表明掺入排烟脱硫石膏可以等量替代节约水泥5及10wt％，抗压强度比提高36％及25％，凝结时间延缓。
Claims (2)
1、掺入化学石膏的混凝土，以工业废渣化学石膏作为替代部分水泥的组分，拌合混凝土，其特征是：
1.1 掺入磷石膏的混凝土配合比中磷石膏替代部分水泥，水泥用量与磷石膏用量的比例以重量百分比计为：
水泥：85～99
折干磷石膏：1～15
二者之和为100，
磷石膏中CASO4·2H2O含量为80～96wt％；
1.2 掺入排烟脱硫石膏的混凝土配合比中排烟脱硫石膏替代部分水泥，水泥用量与排烟脱硫石膏用量的比例以重量百分比计为：
水泥：85～99
折干排烟脱硫石膏：1～15
二者之和为100，
排烟脱硫石膏中CASO4·2H2O含量为80～96wt％；
2、掺入化学石膏的混凝土的配制方法，其特征是：
2.1 化学石膏的备料，取自然风干的化学石膏，除去表面异物，取样于温度45±5℃干燥1h，测出附着水水份含量，磨细至粒度<2.5mm备用；
2.2 拌合混凝土，按相关国标、行标要求的混凝土配合比，将水泥及替代水泥和/或粉煤灰的折干化学石膏按替代配比加入，按配合比加入砂子、石子、水及外加剂，拌合成混凝土，化学石膏CASO4·2H2O的掺入使水泥熟料矿物中的铝酸钙与石膏生成新的钙矾石—水化硫铝酸钙结晶，此类柱状或针状结晶及CASO4·2H2O的柱状结晶使混凝土的孔结构细化，抗压强度比提高20～65％，抗渗标号>S30，能节约替代水泥1～15wt％。
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| CNA2009100941930A CN101497518A (zh) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | 掺入化学石膏的混凝土及其配制方法 |
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| CN103755248A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-04-30 | 北京化工大学 | 一种磷石膏混凝土及其制备方法 |
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2009
- 2009-03-12 CN CNA2009100941930A patent/CN101497518A/zh active Pending
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| CN103755248B (zh) * | 2013-12-23 | 2016-01-20 | 北京化工大学 | 一种磷石膏混凝土及其制备方法 |
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