一种高性能膨胀性水泥熟料及其制备得到的系列膨胀剂的制作方法

文档序号:1938499阅读:266来源:国知局

专利名称::一种高性能膨胀性水泥熟料及其制备得到的系列膨胀剂的制作方法
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,其中铝酸药水泥熟料亦称高铝水泥熟料、矶土水泥熟料)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—m、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(K20、Na20)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(C4^3^=20%35%,f-CaS04=40%49%,f-CaO=12%30%,C2S=3%17%,在125(TC130(TC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二25X60%,C3S=50%70%,少量C3A和C4AF,在1400。C160(TC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砜石和石膏按比例共同粉磨制造,ZY是采用铝酸钙一硫铝酸钙专用熟料(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(140(TC160(TC),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(Ca0》50%)、矾土(A1203>70%)、石膏(S203》48%)和铁粉(Fe203>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°C1400°C。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)C"3<S:5%15%,f-CaS0"腦35%,f-Ca0=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200m7kg400m7kg。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/kg400m7kg。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/kg400m2/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200m7kg400m7kg。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200m7kg400m7kg。一HCSA—D膨胀剂HCSA高性能膨胀水泥熟料(10^70X)、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200m7kg400mVkg。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200m7kg400m2/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°C,故与氧化钙系膨胀熟料相比,没有死烧氧化钙的何题,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縮混凝土、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(A1203>70%)、石膏(S203>48%)和铁粉(Fe203》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125(TC140(TC。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°丄经以上制造获得的HCSA高性能膨胀水泥熟料主要矿物组成范围(按重量)C"3S:5%15%,f-CaSO"腦35%,f-CaO:20%60%,C3S:腦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200mVkg400mVkg。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200m7kg400m7kg。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200m7kg400m2/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200m7kg400m7kg。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200m7kg400m7kg。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200m7kg400raVkg。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200m7kg400m7kg。实施例l:HCSA高性能膨胀水泥熟料的制造各原料的化学成分见表l,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125(TC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lHCSA高性能膨胀水泥熟料的原料化学成分("/。)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2HCSA高性能膨胀水泥熟料的化学成分(%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3HCSA高性能膨胀水泥熟料的矿物组成(%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>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。表4HCSA系列混凝土膨胀剂的配制(重量百分数)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表5HCSA系列混凝土膨胀剂的物理性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>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l相同的原料,按表6-l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)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>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%的卯%)、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、铝酸钙一硫铝酸钙专用熟料(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140(TC,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縮混凝土、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。在高惨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。10<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表6-3HCSA系列混凝土膨胀剂的物理性能<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>权利要求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Ca0》50X,矾土中Al203>70%,石膏中5203》48%和铁粉中Fe20》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C"3lS:5%15%,f-CaSO"腦350%,f-Ca0=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°C1400°C。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.—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°C1400°C煅烧而成。7.—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/kg400m2/kg;HCSA—S膨胀剂以高性能膨胀水泥熟料4060wt%、硫铝酸钙水泥熟料2030wt%、硬石膏2030wt^共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg400m2/kg;HCSA—A膨胀剂高性能膨胀水泥熟料4060wtX、铝酸钙水泥熟料2030wt%、硬石膏2030wt^共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg400m2/kg;HCSA—B膨胀剂高性能膨胀水泥熟料1070wt%、煅烧煤矸石1540wt%、硬石膏15X50wtX共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg400m2/kg;HCSA—C膨胀剂高性能膨胀水泥熟料1070wt%、煅烧高岭土1540wt%、硬石膏1550机%共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m2/kg400m2/kg;HCSA—D膨胀剂高性能膨胀水泥熟料1070wt%)、明矾石1540wt^、硬石膏1550wt^共同粉磨或单独粉磨再按比例混合,细度为比表面积200m々kg400m2/kg;HCSA—L膨胀剂高性能膨胀水泥熟料8095wt。/。与520wt^水化热抑制型添加剂(硬脂酸钙)直接粉磨,细度为比表面积200mS/kg400n^/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/kg400m2/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/kg400m2/kg再混合均匀。全文摘要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200~400m<sup>2</sup>/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。文档编号C04B7/34GK101333083SQ20081011775公开日2008年12月31日申请日期2008年8月5日优先权日2008年8月5日发明者立刘,勇吴,燕姚,曹淑萍,杨伊静,武旭南,赵顺增,郑万廪申请人:中国建筑材料科学研究总院
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