CN104529215A - 一种磷石膏膨胀剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磷石膏膨胀剂及其制备方法，本发明提供一种磷石膏膨胀剂，包含15-35wt.%的干燥的磷石膏和65-85wt.%的膨胀熟料，其中磷石膏和膨胀熟料混合在一起，所述磷石膏膨胀剂的比表面积为150-250㎡/g，所述磷石膏通过低温干燥后获得，其表面积为300-450㎡/g,所述磷石膏包括：0-1wt.%的水，39.55-50.9wt.%的SO₃，28.05-36.1wt.%的CaO，5.1-9.2wt.%的SO₂，0-0.6wt.%的水溶性P₂O₅，0-0.3wt.%的水溶性氟；所述膨胀熟料比表面积为150-200㎡/g，325目标准筛筛余不大于50%，200目标准筛筛余不大于25%。本发明制备的磷石膏膨胀剂，增加混凝土的保塌性，延长了混凝土的可操作时间并且膨胀率高，强度损失不明显，具有极好的市场应用前景。

Description

一种磷石膏膨胀剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑用膨胀剂领域，尤其涉及一种磷石膏膨胀剂及其制备方法。

背景技术

 随着膨胀剂产品及应用技术的逐渐发展，人们对膨胀熟料及膨胀剂成品原材料的研究越来越深入，但关于磷石膏膨胀剂的专利和文献并不多，磷石膏膨胀剂的相关产品也没有实际应用，现有的关于磷石膏膨胀剂的专利或文献中，磷石膏的处理方式多为水洗、石灰中和以及高温煅烧，此处理方式能耗高，处理成本大，工业化投产可能性不大。

国内市场内，现有的混凝土膨胀剂，大多是硬石膏或脱硫石膏与膨胀熟料混磨制成，比表面积大，微粉含量多，早期水化快，例如《膨胀剂与膨胀混凝土》2007年02期中题目为“利用磷石膏研制混凝土高效膨胀剂”的文章中提到了介绍了利用工业废弃物磷石膏煅烧脱水制取硬石膏,再与特制高铝熟料配合研制混凝土高效膨胀剂。同时随着高性能混凝土的日益普及，为适应其高强度、高流动性及早强性的产品要求，许多水泥生产厂家减小水泥粒径，增大水泥比表面积，加快水泥的水化速率，以增大水泥的早期强度。这两者综合起来，使得目前的膨胀剂加入到混凝土中，使得混凝土的施工性能差，具体体现为早期水化过快，塌损大，凝结时间快，可施工时间短。

磷石膏缓凝性能优于硬石膏：水泥熟料中的C₃A水化速度快，其水化产物溶解度也大，在存在石膏的情况下，最初水化的C₃A与溶解的CaSO₄化合，生成钙矾石，部分钙矾石附着在C₃A表面，阻碍了C₃A的快速水化，从而达到缓凝的目的。磷石膏是二水石膏，与硬石膏相比，二者溶解度差别不大，但二水石膏溶解速度快的多，相同条件下达到溶解平衡，二水石膏只需几分钟，硬石膏多达40天，因此，二水石膏抑制C₃A快速水化的能力比硬石膏强，所以用磷石膏取代硬石膏，会降低C₃A的水化速率，从而延长水泥的凝结时间。此外磷石膏中水溶性P₂O₅和氟化物等主要杂质，随同磷石膏一起溶解并呈酸性，进入水泥浆体之中，与碱性物质发生中和反应，致使溶液无法达到氢氧化钙的饱和或过饱和，推迟了铝酸钙消耗硫酸盐形成钙矾石或单硫型水化硫铝酸盐，阻碍水泥的早期水化进程，延长凝结时间。

另外，试验发现，增大磷石膏比表面积，控制膨胀熟料细度及粒径分布也可以增加延长水泥的凝结时间，提高混凝土的塌损性能，膨胀率和强度。磷石膏比表面积越大，水化速率越快，对水泥早期水化抑制越明显，膨胀熟料比表面积越小，微粉含量越少，在水泥塑性阶段膨胀能的损失越小，有效膨胀率就越大。

磷石膏只需低温干燥除掉自由水，降低了磷石膏处理的能耗，节省资源，降低膨胀剂的生产成本，提高其工业可行性，此外低温干燥磷石膏，可以保证其主要缓凝组分二水石膏、有机磷及F等不会脱水或被除去。同时，增大磷石膏的比表面积，可提高磷石膏中二水石膏的溶解速率，从而降低水泥在塑性阶段的水化速率，提高混凝土的保塌性，延长混凝土的操作时间；减小膨胀熟料的比表面积，降低膨胀熟料在混凝土塑性阶段的水化速率，从而降低膨胀能在塑性阶段的损失，提高膨胀剂的膨胀率。本发明制备的磷石膏膨胀剂，缓凝效果明显，延长了混凝土的可操作时间，且膨胀率高，强度无明显损失，成本低廉，具有极好的市场应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷石膏膨胀剂及其制备方法。根据发明的一个方面，本发明提供一种磷石膏膨胀剂，包含15-35wt.%的干燥的磷石膏和65-85wt.%的膨胀熟料，其中磷石膏和膨胀熟料混合在一起，所述磷石膏膨胀剂的比表面积为150-250㎡/g，所述磷石膏通过低温干燥后获得，其表面积为300-450㎡/g,所述磷石膏包括：0-1wt.%的水，39.55-50.9wt.%的SO₃，28.05-36.1wt.%的CaO，5.1-9.2wt.%的SO₂，0-0.6wt.%的水溶性P₂O₅，0-0.3wt.%的水溶性氟；所述膨胀熟料比表面积为150-200㎡/g，325目标准筛筛余不大于50%，200目标准筛筛余不大于25%。

根据本发明的某些具体实施方式，所述磷石膏的干燥方式为：自然晾干或在20-60℃的温度条件下加热干燥。

根据本发明的某些具体实施方式，所述膨胀熟料选自下述熟料中的一种或几种：氧化钙熟料、硫铝熟料和氧化钙-硫铝复合熟料。

根据本发明的某些具体实施方式，所述磷石膏和膨胀熟料混合后磨细或分别磨细后再混合。

根据发明的另一个方面，本发明提供一种制备磷石膏膨胀剂的方法，包括以下步骤：

将低温干燥的磷石膏粉磨至比表面积300-450㎡/g；

将膨胀熟料粉磨至比表面积150-200㎡/g，325目标准筛筛余≤50%，200目标准筛筛余≤25%；

将两者按比例（15-35）：（65-85）混合均匀，混合后磷石膏膨胀剂的比表面积150-250㎡/g。

根据发明的另一个方面，本发明提供一种制备磷石膏膨胀剂的方法，包括以下步骤：

将低温干燥的磷石膏和膨胀熟料按比例（15-35）：（65-85）混合均匀；

将混合在一起的磷石膏和膨胀熟料进行粉磨，粉磨后的磷石膏膨胀剂的比表面积为150-250㎡/g。

本发明的优势在于：

1.磷石膏处理简易方便，无需水洗或煅烧，节约磷石膏处理的资源和降低能耗，节约成本，提高工业生产的可行性

2.磷石膏膨胀剂膨胀率高，强度无明显损失，保塌性能良好，可延长混凝土的开放时间1-1.5h。

上述发明内容非意在描述本发明的每种实施方式的每一个公开实施例。下面结合具体实施方式更具体地举例说明示例性实施例，可以使得本发明的上述和进一步的实施方案的特征和优势更为明显。

具体实施例：

应当理解，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，本领域技术人员能够根据本说明书的教导设想其它各种实施方案并能够对其进行修改。因此，以下的具体实施方式不具有限制性意义。

除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1、2、3、4和5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。在本发明的实施例和对比例中采用的原料及其来源如下：

[1]磷石膏：武汉中东磷业

[2]硬石膏：来自武汉江夏

[3]水泥：华新P.O.42.5

[4]粉煤灰：青山热电厂，II级

[5]矿粉：湖北鑫源S95级

[6]石：乌龙泉碎石

[7]沙：新洲河沙

[8]减水剂：武汉三源FDN减水剂

[9]膨胀熟料：武汉三源。

 实施例1

将磷石膏自然晾晒至含水率≤1%，用球磨机把磷石膏粉磨至比表面积410㎡/g，把氧化钙熟料粉磨至比表面积198㎡/g，325目标准筛筛余49.2% ，200目标准筛筛余23.4% ，取20kg磨细的磷石膏与80kg磨细的氧化钙熟料混合，均化，制得膨胀剂1。

实施例2

将磷石膏35℃干燥至含水率≤1%，用球磨机把磷石膏粉磨至比表面积408㎡/g，把硫铝熟料粉磨至比表面积196㎡/g，325目标准筛筛余49% ，200目标准筛筛余23.2% ，取25kg磨细的磷石膏与75kg磨细的氧化钙熟料混合，均化，制得膨胀剂2。

实施例3

将磷石膏55℃干燥，用球磨机把磷石膏粉磨至比表面积为412㎡/g，把氧化钙-硫铝复合熟料粉磨至比表面积，197㎡/g，325目标准筛筛余49.1% ，200目标准筛筛余23.3%  ，取15kg磨细的磷石膏与85kg磨细的氧化钙熟料混合，均化，得膨胀剂3。

对比例1

磷石膏的比表面积为310㎡/g，其余与实施例1相同。

对比例2

磷石膏的比表面积为220㎡/g，其余与实施例1相同。

对比例3

将磷石膏55℃干燥，用球磨机把磷石膏粉磨至比表面积为412㎡/g，把氧化钙-硫铝复合熟料粉磨至比表面积，275㎡/g，325目标准筛筛余37% ，200目标准筛筛余17.6%，取15kg磨细的磷石膏与85kg磨细的氧化钙熟料混合，均化，得膨胀剂。

对比例4

将磷石膏55℃干燥，用球磨机把磷石膏粉磨至比表面积为412㎡/g，把氧化钙-硫铝复合熟料粉磨至比表面积，224㎡/g，325目标准筛筛余42.3%，200目标准筛筛余23%，取15kg磨细的磷石膏与85kg磨细的氧化钙熟料混合，均化，得膨胀剂。

对比例5

用硬石膏取代磷石膏，其余与实施例1相同。

对比例6

用硬石膏取代磷石膏，其余与实施例2相同。

对比例7

用硬石膏取代磷石膏，其余与实施例3相同。

 表1磷石膏与硬石膏化学分析

  表2混凝土配合比

 表3磷石膏膨胀剂混凝土对比试验

 

 表4磷石膏膨胀剂混凝土对比试验

 

表3中对比例1、2表明增大磷石膏比表面积可以延长混凝土的凝结时间，减少混凝土2h塌损，保证混凝土的2h内的施工性能；对比例3、4表明减小膨胀熟料的比表面积可以提高膨胀剂的膨胀率；表4中对比例5、6、7表明用磷石膏取代硬石膏，可以延长混凝土的凝结时间，减少混凝土2h塌损，保证混凝土的2h内的施工性能，同时会增大膨胀剂的膨胀率，且对混凝土强度影响较小。

虽然出于举例说明的目的，上述具体实施方式包含许多具体细节，但本领域普通技术人员应理解，这些细节的许多变型、更改、替代和改变均在权利要求所保护的本发明范围内。因此，具体实施方式中描述的公开内容不对权利要求所保护的本发明施加任何限制。本发明的适当范围应由权利要求书及其适当的法律等同物限定。所有引用的参考文献均以引用的方式全文并入本文中。

Claims (6)

1.一种磷石膏膨胀剂，其特征在于：包含15-35wt.%的干燥的磷石膏和65-85wt.%的膨胀熟料，其中磷石膏和膨胀熟料混合在一起，所述磷石膏膨胀剂的比表面积为150-250㎡/g，所述磷石膏通过低温干燥后获得，其表面积为300-450㎡/g,所述磷石膏包括：0-1wt.%的水，39.55-50.9wt.%的SO₃，28.05-36.1wt.%的CaO，5.1-9.2wt.%的SO₂，0-0.6wt.%的水溶性P₂O₅，0-0.3wt.%的水溶性氟；所述膨胀熟料比表面积为150-200㎡/g，325目标准筛筛余不大于50%，200目标准筛筛余不大于25%。

2.如权利要求1所述的磷石膏膨胀剂，其特征在于：所述磷石膏的干燥方式为：自然晾干或在20-60℃的温度条件下加热干燥。

3.如权利要求1所述的磷石膏膨胀剂，其特征在于：所述膨胀熟料选自下述熟料中的一种或几种：氧化钙熟料、硫铝熟料和氧化钙-硫铝复合熟料。

4.如权利要求1所述的磷石膏膨胀剂，其特征在于：所述磷石膏和膨胀熟料混合后磨细或分别磨细后再混合。

5.一种制备如权利要求1～4所述磷石膏膨胀剂的方法，包括以下步骤：

将低温干燥的磷石膏粉磨至比表面积350-450㎡/g；

将膨胀熟料粉磨至比表面积150-200㎡/g，325目标准筛筛余≤50%，200目标准筛筛余≤25%；

将两者按比例（15-35）：（65-85）混合均匀，混合后磷石膏膨胀剂的比表面积150-250㎡/g。

6.一种制备如权利要求1～4所述磷石膏膨胀剂的方法，包括以下步骤：

将低温干燥的磷石膏和膨胀熟料按比例（15-35）：（65-85）混合均匀；

将混合在一起的磷石膏和膨胀熟料进行粉磨，粉磨后的磷石膏膨胀剂的比表面积为150-250㎡/g。