CN110423033B - 一种混凝土膨胀剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混凝土膨胀剂及其制备方法，该膨胀剂包括原料、配料、催化氧化剂，所述原料、配料、催化氧化剂的重量比为：25～55∶30～75∶0.7～2.6；所述原料为烧结脱硫灰；所述配料包括如下重量份数的原料：钒铁渣52～65、菱镁矿20～25和氧化铝15～23。上述原料经过破碎、混合、高温煅烧等工序制得本发明产品。该膨胀剂可有效补偿混凝土各个龄期产生的收缩，性能好。

Description

一种混凝土膨胀剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及膨胀剂及其制备方法，特别涉及一种混凝土膨胀剂及其制备方法。
背景技术
随着钢铁行业的发展，钢铁企业配套建设烧结烟气脱硫项目已势在必行。现有的脱硫工艺较多，其中，半干法脱硫工艺具有投资低、占地小、耗水少、对设备腐蚀小、副产物为干态、无废水产生、工艺简单等优点，能很好地克服湿法脱硫工艺的一些问题和不足，半干法脱硫工艺已逐渐成为烧结烟气脱硫的主导方向。同时，也带来了脱硫灰的利用问题。
钙基脱硫原理主要是利用石灰与SO2反应生成固态的钙式化合物，因此其混合物的成分有CaSO3、CaSO4、CaCO3以及CaO等。通常在炉内喷钙的干法脱硫工艺中，脱硫产物中的含硫物相既有CaSO4也有CaSO3，另外还有一部分未完全反应的游离CaO。而在喷雾干燥的半干法低温脱硫工艺中，脱硫产物中的含硫物相则以CaCO3为主，CaSO4含量很少，未完全反应的钙元素一般以Ca(OH)2的形式存在。循环流化床烟气脱硫的脱硫产物以亚硫酸钙为主，还包括部分氢氧化钙和硫酸钙，其特性与喷雾干燥技术的脱硫产物相似，主要区别在于产物中的亚硫酸钙比例增大。密相塔干法脱硫灰主要以硫酸钙为主，同时有含量较多的亚硫酸钙以及部分未反应的CaO。
公开号为CN201810858623的中国专利，公开了烧结烟气脱硫灰预处理的方法，回收脱硫灰中的铁粉。现有技术中还对脱硫灰的利用做了大量有益的尝试：如公开号为CN201610155141的中国发明专利申请公开一种烟气脱硫灰改性材料应用于墙体粉刷材料的方法；再如公开号为CN201810228002的中国发明专利申请公开一种脱硫灰自激活固结材料。
为了寻找适合脱硫灰特点的高效便捷的利用形式，提出了将脱硫灰催化氧化制备混凝土膨胀剂的新思路，既有望解决脱硫灰大量堆存带来的问题，又可节约不可再生的自然资源，这无疑将是一项有意义的工作。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供以脱硫灰为原料，通过催化氧化反应制备混凝土膨胀剂。
技术方案：本发明提供一种混凝土膨胀剂，包括原料、配料、催化氧化剂，所述原料、配料、催化氧化剂的重量比为：25～55∶30～75∶0.7～2.6；所述原料为烧结脱硫灰；所述配料包括如下重量份数的原料：钒铁渣52～65、菱镁矿20～25和氧化铝15～23。
钒铁渣、氧化铝、及被氧化的脱硫灰(结脱硫灰)经过高温化合后可生成硫铝酸钙类物质，经水化后体积膨胀，可补偿混凝土早期、中期的收缩；菱镁矿高温煅烧后生成反应活性为慢型的氧化镁，补偿混凝土后期的收缩。
进一步地，所述烧结脱硫灰的成分中，半水亚硫酸钙的质量分数为50～65％，碳酸钙或氢氧化钙的质量分数分别为30～40％。
半水亚硫酸钙在高温氧化后可还原成硫酸钙，与配料中的氧化铝可生成硫铝酸钙物质，经水化后体积膨胀，可补偿混凝土早期、中期的收缩。碳酸钙和氢氧化钙也是对补偿收缩有利的成分。
进一步地，所述钒铁渣中氧化钙含量大于60％、小于100％。所述菱镁矿中氧化镁含量大于80％、小于100％。
进一步地，所述催化氧化剂为氧化镍、氧化铜、氧化锰中的一种或几种的组合。可在高温富氧条件下促进亚硫酸钙氧化为硫酸钙。
进一步地，其含有如下质量分数的成分：CaO占13％～25％，3CaO·3Al2O3·CaSO4占25％～65％，MgO占18％～24％。上述几种成分共同组成膨胀剂的膨胀源。
一种混凝土膨胀剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料和配料分别破碎，再经球磨机粉磨，将粉磨后的原料和配料装入振筛机，筛选出粒径＜1.18mm的粉状原料和配料；
(2)将原料、配料、催化氧化剂按比例混合均匀，加入无水乙醇，在1.5～4MPa压力下压实成型，晾干；
(3)将步骤(2)制得的试样在富氧条件下煅烧，煅烧温度为1250-1350℃，煅烧时间为0.5-1.2h；
(4)将步骤(3)制得的试样取出极冷，破碎粉磨过1.18mm方孔筛，得混凝土膨胀剂。
有益效果：本发明可有效补偿混凝土各个龄期产生的收缩，膨胀性能好。且可利用工业生产中难以利用的脱硫灰，有利于环境保护。
具体实施方式
实施例1
称取粉状原料和配料：烧结脱硫灰35份，配料63.5份，其中钒铁渣占52％，菱镁矿占25％，氧化铝占23％，再称取氧化镍1.5份，将上述原料分别粉碎后，再经球磨，之后装入振筛机，筛选出粒径＜1.18mm的粉状原料和配料，加入适量无水乙醇，混合搅拌均匀，装入Φ25mm的压片模具中，在2MPa压力下压实成型，晾干。将制得的试样在在富氧条件下煅烧，煅烧温度为1250℃，煅烧时间为0.5h。煅烧完成后将试样取出极冷，破碎粉磨过1.18mm方孔筛，得混凝土膨胀剂。
实施例2
称取粉状原料和配料：烧结脱硫灰35份，配料63.5份，其中钒铁渣占65％，菱镁矿占20％，氧化铝占15％，再称取氧化镍1.5份，将上述原料分别粉碎后，再经球磨，之后装入振筛机，筛选出粒径＜1.18mm的粉状原料和配料，加入适量无水乙醇，混合搅拌均匀，装入Φ25mm的压片模具中，在2MPa压力下压实成型，晾干。将制得的试样在在富氧条件下煅烧，煅烧温度为1250℃，煅烧时间为0.5h。煅烧完成后将试样取出极冷，破碎粉磨过1.18mm方孔筛，得混凝土膨胀剂。
实施例3
称取粉状原料和配料：烧结脱硫灰35份，配料63.5份，其中钒铁渣占52％，菱镁矿占25％，氧化铝占20％，再称取氧化镍1.5份，将上述原料分别粉碎后，再经球磨，之后装入振筛机，筛选出粒径＜1.18mm的粉状原料和配料，加入适量无水乙醇，混合搅拌均匀，装入Φ25mm的压片模具中，在2MPa压力下压实成型，晾干。将制得的试样在在富氧条件下煅烧，煅烧温度为1250℃，煅烧时间为0.5h。煅烧完成后将试样取出极冷，破碎粉磨过1.18mm方孔筛，得混凝土膨胀剂。
实施例4
称取粉状原料和配料：烧结脱硫灰35份，配料63.5份，其中钒铁渣占55％，菱镁矿占25％，氧化铝占20％，再称取氧化镍1.5份，将上述原料分别粉碎后，再经球磨，之后装入振筛机，筛选出粒径＜1.18mm的粉状原料和配料，加入适量无水乙醇，混合搅拌均匀，装入Φ25mm的压片模具中，在3MPa压力下压实成型，晾干。将制得的试样在在富氧条件下煅烧，煅烧温度为1300℃，煅烧时间为1h。煅烧完成后将试样取出极冷，破碎粉磨过1.18mm方孔筛，得混凝土膨胀剂。
实施例5
称取粉状原料和配料：烧结脱硫灰35份，配料30份，其中钒铁渣占55％，菱镁矿占25％，氧化铝占20％，再称取氧化镍1.5份，将上述原料分别粉碎后，再经球磨，之后装入振筛机，筛选出粒径＜1.18mm的粉状原料和配料，加入适量无水乙醇，混合搅拌均匀，装入Φ25mm的压片模具中，在4MPa压力下压实成型，晾干。将制得的试样在在富氧条件下煅烧，煅烧温度为1350℃，煅烧时间为1h。煅烧完成后将试样取出极冷，破碎粉磨过1.18mm方孔筛，得混凝土膨胀剂。
对比例6
称取粉状原料和配料：烧结脱硫灰25份，配料74.3份，其中钒铁渣占60％，菱镁矿占25％，氧化铝占15％，再称取氧化镍0.7份，将上述原料分别粉碎后，再经球磨，之后装入振筛机，筛选出粒径＜1.18mm的粉状原料和配料，加入适量无水乙醇，混合搅拌均匀，装入Φ25mm的压片模具中，在2MPa压力下压实成型，晾干。将制得的试样在在富氧条件下煅烧，煅烧温度为1250℃，煅烧时间为0.5h。煅烧完成后将试样取出极冷，破碎粉磨过1.18mm方孔筛，得混凝土膨胀剂。
对比例7
称取粉状原料和配料：烧结脱硫灰55份，配料42.4份，其中钒铁渣占60％，菱镁矿占25％，氧化铝占15％，再称取氧化镍2.6份，将上述原料分别粉碎后，再经球磨，之后装入振筛机，筛选出粒径＜1.18mm的粉状原料和配料，加入适量无水乙醇，混合搅拌均匀，装入Φ25mm的压片模具中，在2MPa压力下压实成型，晾干。将制得的试样在在富氧条件下煅烧，煅烧温度为1250℃，煅烧时间为0.5h。煅烧完成后将试样取出极冷，破碎粉磨过1.18mm方孔筛，得混凝土膨胀剂。
对比例
采购市售的混凝土膨胀剂作为对比例，采用GB/T 23439-2017《混凝土膨胀剂》进行同样的性能测试。
上述对比例与实施例按GB/T 23439-2017《混凝土膨胀剂》测试，结果如表1所示：
表1测试结果一览表
Figure BDA0002162847010000041
本发明混凝土膨胀剂不含钠盐，不会引起混凝土碱骨料反应，耐久性良好，膨胀性能稳定，强度持续上升。在混凝土中掺入8％-12％的膨胀剂，可拌制成补偿收缩混凝土，大大提高了混凝土结构的抗裂防水能力，可取消外防水作业，，解决脱硫灰大量堆存带来的问题，又可节约不可再生的自然资源。

Claims (4)

1.一种混凝土膨胀剂，其特征在于：包括原料、配料、催化氧化剂，所述原料、配料、催化氧化剂的重量比为：25～55：30～75：0.7～2.6；所述原料为烧结脱硫灰；所述配料包括如下重量份数的原料：钒铁渣52～65、菱镁矿20～25和氧化铝15～23；
所述烧结脱硫灰的成分中，半水亚硫酸钙的质量分数为50～65%，碳酸钙或氢氧化钙的质量分数为30～40%；
所述钒铁渣中氧化钙含量大于60%且小于100%。
2.根据权利要求1所述的混凝土膨胀剂，其特征在于：所述催化氧化剂为氧化镍、氧化铜、氧化锰中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的混凝土膨胀剂，其特征在于：其含有如下质量分数的成分：CaO占13%～25%，3CaO•3Al2O3•CaSO4占25%～65%，MgO占18%～24%。
4.权利要求1-3任一项所述的混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将原料和配料分别破碎，再经球磨机粉磨，将粉磨后的原料和配料装入振筛机，筛选出粒径＜1.18mm的粉状原料和配料；
（2）将原料、配料、催化氧化剂按比例混合均匀，加入无水乙醇，在1.5～4MPa压力下压实成型，晾干；
（3）将步骤（2）制得的试样在富氧条件下煅烧，煅烧温度为1250-1350℃，煅烧时间为0.5-1.2h；
（4）将步骤（3）制得的试样取出急冷，破碎粉磨过1.18mm方孔筛，得混凝土膨胀剂。
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