CN105819723A

CN105819723A - 一种混凝土膨胀剂的制备方法

Info

Publication number: CN105819723A
Application number: CN201610171564.0A
Authority: CN
Inventors: 刘辉敏; 茹晓红; 肜芳珍
Original assignee: Luoyang Institute of Science and Technology
Current assignee: Hainan Shengkai Building Material Co ltd
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2036-03-24
Also published as: CN105819723B

Abstract

一种混凝土膨胀剂的制备方法，其中，膨胀剂的组成成分的百分比为： 15~20%、β‑C₂S 0~15%、C₄AF 0~15%、MgO 0~5%、CaSO₄ 40~50%、CaO 20~30%，余量为其他元素；制备方法所用的原料中，石油焦脱硫渣和磷石膏的掺加量可达60%左右，因而可充分利用这两种工业废渣，使生产成本降低40%以上；制备的膨胀剂膨胀能高、稳定性好、安全可靠。

Description

一种混凝土膨胀剂的制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土膨胀剂的制备方法。

背景技术

混凝土在浇筑硬化过程中，通常会产生体积收缩现象，由于收缩，混凝土内部会产生裂纹，从而造成其强度、抗渗性、抗冻性和耐久性的下降。在普通混凝土中掺入适量膨胀剂，是工程中应用最为普遍的控制其裂缝产生的方法。

硫铝酸钙-氧化钙类混凝土膨胀剂，具有膨胀能高、稳定性好、安全可靠的特点，是配制高性能补偿收缩混凝土的理想材料。制备硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂的主要原料是石灰石、石膏和铝矾土。然而，由于自然资源的不可再生性，采用工业废渣作为替代原料已成为建材行业发展的趋势。

当热电厂采用循环流化床锅炉烧高硫石油焦时，需对其产生的烟气进行脱硫处理。这样，会从锅炉底部排出以CaSO₄和CaO为主要组分的固体废弃物，称为石油焦脱硫渣。磷石膏是生产磷肥和磷酸时产生的固体废弃物，每生产1吨磷酸约产生4.5~5t磷石膏，其主要组分是CaSO₄·2H₂O。堆放石油焦脱硫渣和磷石膏，不仅占用了大量土地，而且会造成环境污染，因此必须寻求它们的合理利用途径。

发明内容

本发明目的是提供一种混凝土膨胀剂的制备方法，即利用石油焦脱硫渣和磷石膏取代生石灰和天然硬石膏，制备一种膨胀能高、稳定性好的混凝土膨胀剂。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种混凝土膨胀剂的制备方法，膨胀剂的组成成分的百分比为：15~20%、β-C₂S 0~15%、C₄AF 0~15%、MgO 0~5%、CaSO₄40~50%、CaO 20~30%，余量为其他元素，包括以下步骤：

步骤一、取适量石油焦脱硫渣，将其于110±5℃温度下进行烘干，备用；

步骤二、以所述混凝土膨胀剂的组成成分含量为目标配比，计算所要加入的硫铝酸钙水泥熟料、生石灰、硬石膏和步骤一制备的石油焦脱硫渣的量，并按照计算结果称取各物料，备用；

步骤三、将步骤二称取的石油焦脱硫渣和生石灰放入球磨机，加入重量为石油焦脱硫渣和生石灰总重量0.04~0.08%的硬脂酸，然后粉磨至比表面积不低于200m²/kg，1.18mm筛筛余不高于0.5%，制得混合料A，备用；

步骤四、将步骤二称取的硫铝酸钙水泥熟料和硬石膏放入球磨机，粉磨至比表面积不低于200m²/kg，1.18mm筛筛余不高于0.5%，制得混合料B，备用；

步骤五、将制得的混合料A和混合料B混合均匀，即制备成混凝土膨胀剂。

本发明中，硫铝酸钙水泥熟料的组成成分的百分比为： 30~70%、β~C₂S 10~35%、C₄AF 0~10%、CaSO₄ 0~25%。

进一步地，所采用的硬石膏是由工业废渣磷石膏制备而成，制备工艺为：将磷石膏、激活剂、生石灰按照100：1.5：1的重量比进行混合，然后在800~1000℃温度下进行煅烧1~2h，最后冷却至室温。其中，添加的激活剂能够促进结晶水的排出，加快硬石膏的生成过程；添加的生石灰能够嵌合在生成的硬石膏的晶格中，使晶格发生畸变，激发硬石膏的活性。

进一步地，生石灰的有效CaO含量不低于80%；硬石膏的CaSO₄含量不低于80%。

本发明在选取材料时，优先使用石油焦脱硫渣来满足膨胀剂对于CaO和CaSO₄的含量要求，当石油焦脱硫渣的组成无法满足膨胀剂对CaO和CaSO₄的含量要求时，再加入生石灰和硬石膏进行成分调节。

本发明中的为无水硫铝酸钙，β-C₂S为硅酸二钙，硅酸二钙的水化产物为水化硅酸钙和氢氧化钙，铁铝酸四钙的水化过程进行的较快，对混凝土制品的凝结硬化、强度均具有促进作用；生石灰能够提高混凝土的碱度，加快混凝土的稠化和硬化。

优选的，本发明采用P₂O₅含量不大于1%的磷石膏，以避免膨胀剂在存放过程中的凝结。

有益效果：1、本发明制备的膨胀剂中，石油焦脱硫渣中高含量的CaO，在加水搅拌时会产生大量水化热，因而可缩短混凝土制品的凝结时间。

2、本发明制备的混凝土膨胀剂所用原料中，石油焦脱硫渣和磷石膏的掺加量可达60%左右，因而可充分利用这两种工业废弃物，使生产成本降低40%以上。制备的膨胀剂膨胀能高、稳定性好、安全可靠。除硬石膏外，其余制备过程无需煅烧，工艺简单，成本降低40%以上。

3、本发明利用磷石膏煅烧生成硬石膏，在800~1000℃高温作用下，磷石膏表面的P⁵⁺会取代S⁶⁺，进而造成磷酸根阴离子空位，使CaSO₄活性增加，在该膨胀剂使用时，提高了混凝土的流动性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的一种混凝土膨胀剂的制备方法作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种混凝土膨胀剂的制备方法，制备的膨胀剂的组成成分的百分比为：15~20%、β-C₂S 0~15%、C₄AF 0~15%、MgO 0~5%、CaSO₄ 40~50%、CaO 20~30%，余量为其他元素，所述其他元素是加入的原料中含有的微量杂质元素，这些元素不会对膨胀剂的性能构成影响。

其中，本发明所述将硫铝酸钙水泥熟料、石油焦脱硫渣、生石灰和硬石膏按照满足硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂配方需要的比例分别称量，是指所配制的最终混合料能够满足该膨胀剂的组成范围。本发明所述的比例，如果没有特殊说明，均为重量百分比。本发明中，优先使用石油焦脱硫渣来满足膨胀剂对于CaO和CaSO₄的含量要求，当石油焦脱硫渣的组成无法满足膨胀剂对CaO和CaSO₄的含量要求时，再加入生石灰和硬石膏进行成分调节。

其中，硫铝酸钙水泥熟料的组成成分的百分比为： 30~70%、β-C₂S 10~35%、C₄AF 0~10%、CaSO₄ 0~25%。生石灰的有效CaO含量不低于80%；硬石膏的CaSO₄含量不低于80%。

本发明的原料的组成（%）如下表1所示：

表1 原料的组成（%）

实施例1

一种混凝土膨胀剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、取适量石油焦脱硫渣，将其于115℃温度下进行烘干，备用；

步骤二、取样进行化验分析测得其组成成分含量，然后以表2中混凝土膨胀剂的组成成分含量为目标配比，计算所要加入的硫铝酸钙水泥熟料、生石灰、硬石膏和步骤一制备的石油焦脱硫渣的量，并按照计算结果称取各物料，备用；其中，硫铝酸钙水泥熟料、石油焦脱硫渣、生石灰和硬石膏的重量比为30：25：15：30。

步骤三、将步骤二称取的石油焦脱硫渣和生石灰放入球磨机，加入重量为石油焦脱硫渣和生石灰总重量0.08%的硬脂酸，然后粉磨至比表面积为255m²/kg，1.18mm筛筛余0.2%，制得混合料A，备用；

步骤四、将步骤二称取的硫铝酸钙水泥熟料和硬石膏放入球磨机，粉磨至比表面积为282m²/kg，1.18mm筛筛余0.3%，制得混合料B，备用；

其中，所采用硬石膏的制备工艺为：将磷石膏、激活剂、生石灰按照100：1.5：1的重量比进行混合，然后在800~1000℃温度下进行煅烧1h，最后冷却至室温。

所制备膨胀剂的组成见表2所示。在42.5MPa的硅酸盐水泥中掺入其质量10%的该膨胀剂，按照GB23439-2009《混凝土膨胀剂》进行检测，结果见表3所示。

实施例2

一种混凝土膨胀剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、取适量石油焦脱硫渣，将其于105℃温度下进行烘干，备用；

步骤二、以表2中混凝土膨胀剂的组成成分含量为目标配比，计算所要加入的硫铝酸钙水泥熟料、硬石膏和步骤一制备的石油焦脱硫渣的量，并按照计算结果称取各物料，备用；其中，硫铝酸钙水泥熟料、石油焦脱硫渣和硬石膏的重量比为30：60：10。

步骤三、将步骤二称取的石油焦脱硫渣放入球磨机，加入重量为石油焦脱硫渣和生石灰总重量0.04%的硬脂酸，然后粉磨至比表面积为276m²/kg，1.18mm筛筛余0.2%，制得混合料A，备用；

步骤四、将步骤二称取的硫铝酸钙水泥熟料和硬石膏放入球磨机，粉磨至比表面积为290m²/kg，1.18mm筛筛余0.2%，制得混合料B，备用；

其中，所采用硬石膏的制备工艺为：将磷石膏、激活剂、生石灰按照100：1.5：1的重量比进行混合，然后在800~1000℃温度下进行煅烧1.5h，最后冷却至室温。

实施例3

一种混凝土膨胀剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤二、以表2中混凝土膨胀剂的组成成分含量为目标配比，计算所要加入的硫铝酸钙水泥熟料、生石灰、硬石膏和步骤一制备的石油焦脱硫渣的量，并按照计算结果称取各物料，备用；其中，硫铝酸钙水泥熟料、石油焦脱硫渣、生石灰和硬石膏的重量比为28：42：10：20。

步骤三、将步骤二称取的石油焦脱硫渣和生石灰放入球磨机，加入重量为石油焦脱硫渣和生石灰总重量0.06%的硬脂酸，然后粉磨至比表面积为287m²/kg，1.18mm筛筛余0.2%，制得混合料A，备用；

步骤四、将步骤二称取的硫铝酸钙水泥熟料和硬石膏放入球磨机，粉磨至比表面积为305m²/kg，1.18mm筛筛余0.2%，制得混合料B，备用；

实施例4

一种混凝土膨胀剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤二、以表2中混凝土膨胀剂的组成成分含量为目标配比，计算所要加入的硫铝酸钙水泥熟料、生石灰、硬石膏和步骤一制备的石油焦脱硫渣的量，并按照计算结果称取各物料，备用；其中，硫铝酸钙水泥熟料、石油焦脱硫渣、生石灰和硬石膏的重量比为28：50：5：17。

步骤三、将步骤二称取的石油焦脱硫渣和生石灰放入球磨机，加入重量为石油焦脱硫渣和生石灰总重量0.05%的硬脂酸，然后粉磨至比表面积为264m²/kg，1.18mm筛筛余0.3%，制得混合料A，备用；

步骤四、将步骤二称取的硫铝酸钙水泥熟料和硬石膏放入球磨机，粉磨至比表面积为297m²/kg，1.18mm筛筛余0.2%，制得混合料B，备用；

其中，所采用硬石膏的制备工艺为：将磷石膏、激活剂、生石灰按照100：1.5：1的重量比进行混合，然后在800~1000℃温度下煅烧2h，最后冷却至室温。

表2 膨胀剂的组成（%）

表3 膨胀剂的物料性能

根据表3可知，以上所制备硫铝酸钙-氧化钙类混凝土膨胀剂均符合GB 23439-2009《混凝土膨胀剂》所提出的技术要求。与专利ZL201110083404.8相比，利用本发明混凝土膨胀剂所配制水泥具有较长的初凝时间和较短的终凝时间，便于施工；同时具有较高的膨胀率和抗压强度。本发明利用石油焦脱硫渣和磷石膏制备混凝土膨胀剂，不局限于实施例所表述的范围。

Claims

1.一种混凝土膨胀剂的制备方法，膨胀剂的组成成分的百分比为： 15~20%、β-C₂S 0~15%、C₄AF 0~15%、MgO 0~5%、CaSO₄ 40~50%、CaO 20~30%，余量为其他元素，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于：硫铝酸钙水泥熟料的组成成分的百分比为： 30~70%、β-C₂S 10~35%、C₄AF 0~10%、CaSO₄ 0~25%。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于：所采用的硬石膏是由工业废渣磷石膏制备而成，制备工艺为：将磷石膏、激活剂、生石灰按照100：1.5：1的重量比进行混合，然后在800~1000℃温度下进行煅烧1~2h，最后冷却至室温。

4.根据权利要求1或3所述的一种混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于：生石灰的有效CaO含量不低于80%；硬石膏的CaSO₄含量不低于80%。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于：优先使用石油焦脱硫渣来满足膨胀剂对于CaO和CaSO₄的含量要求，当石油焦脱硫渣的组成无法满足膨胀剂对CaO和CaSO₄的含量要求时，再加入生石灰和硬石膏进行成分调节。