专利名称：利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂， 属于无机非金属材料及环境保护技术领域。
(二) 背景技术-
混凝土的开裂一直是混凝土工程应用中难以解决的问题。普通硅酸盐水泥混 凝土，因其材料特性很容易出现裂缝，导致钢筋锈蚀、渗漏等，从而降低结构物 的耐久性，影响整体工作性能。为了弥补普通硅酸盐水泥混凝土的这一缺陷，目 前最常用且被有关专家认为最有效的方法是在混凝土中加入膨胀剂，引入适当 的膨胀组分使混凝土在硬化过程中产生适度膨胀达到补偿收縮，以消除或减少混 凝土的干縮开裂。不仅如此，还可以通过调整膨胀剂的配方，适当加大膨胀能， 将其应用于自应力混凝土结构。
膨胀剂有许多品种，如中岩CSA、 U型膨胀剂、中岩ZY、 FEA、日本Denka 等，大多数品种以钙矾石为膨胀源，属于硫铝酸钙类膨胀剂，它们由于采用高品 位的矿物原料、生产工艺技术复杂和高温煅烧难度较大等原因，生产成本普遍较 高。因此，在不降低产品质量的前提下，高附加值地利用工业废渣研制低成本的 混凝土膨胀剂，无疑具有广阔的工程应用和市场前景。
利用固体废弃物，如高钙粉煤灰、工业废石膏、钢渣等，减少生产混凝土膨 胀剂所需的资源和能源消耗，不仅是发展混凝土膨胀剂的一个重要途径，也是发 展循环经济和构建节约型社会的根本。
(三)
发明内容
本发明的目的就是利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀 剂，以解决水泥或混凝土的干縮开裂问题，以达到补偿水泥或混凝土收縮的目的。
该硫铝酸钙类膨胀剂是由以下两种组分混合而成,组分A的生料包括可解析 出铝离子的工业废弃物、可溶性的氧化钙化合物、可溶性的硫酸盐化合物，经水 化、煅烧后形成组分A，组分A含铝相中钙离子、铝离子和硫酸根离子的摩尔比为Ca2、爿/3+: S(942—=3: 2: 0-1;组分B提供生成钙矾石所需的硫酸盐。下面详 细介绍本发明的技术方案。 '
1、 本发明一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂，
它包括两种组分组分A和组分B。其中，组分A占总质量的50%-70%，组分B 占总质量的25%-55%。
(1) 组分A由三种成分即下列成分一、二、三构成
① 成分一占组分A生料总质量的30-50%,其为可解析出铝离子的工业废弃 物，即粉煤灰、矿渣、钢渣、煤矸石、赤泥渣等含硅铝酸盐成分的工业废渣中的 一种或多种组合，也可以是含硅铝酸盐成分的天然材料，即含活性氧化铝、铝酸 盐的工业废渣或天然材料；
② 成分二占组分A生料总质量的0-25%，为磷石膏、氟石膏、脱硫石膏等
含有硫酸钙的工业废渣中的一种或多种组合，或天然石膏；
③ 成分三占组分A生料总质量的40-60。/a，其为可溶性的氧化钙化合物可 为生石灰、熟石灰、电石渣中的一种或多种组合；
(2) 组分B为可溶性的硫酸盐化合物即磷石膏、氟石膏、脱硫石膏等含有 硫酸钙的工业废渣中的一种或多种组合，或天然石膏，磨细至比表面积为
200-500 nf/kg。
2、 本发明一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂， 其制造方法包含生料配制、水化反应、煅烧脱水和混合粉磨四个步骤；其中将组 分A中的三种成分于常温下按一定比例加水混合，而后进行蒸汽养护并定期研 磨，以水为介质，原料水化生成水化硅酸钙(CSH)、水化铝酸钙(C3J//6)、 低硫型水化硫铝酸钙(AFm)几种水化产物的组合，再经煅烧脱水形成水化物脱 水相，这成为硫铝酸钙类膨胀剂的组分A。添加组分B， 二者按适当比例混合后 制成硫铝酸钙类膨胀剂；硫铝酸钙类膨胀剂掺加到水泥或混凝土中，以水为介质 发生化学反应生成膨胀性的物质一钙矾石，产生膨胀，达到补偿水泥或混凝土收 縮的目的。
本发明一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂的制
造方法，依序按照以下步骤进行
(1)生料配制将组分A中的三种原材料成分按前述比例在常温下称量，按水固质量比5 10: l在原料中加入水后拌合均匀；
(2) 水化反应将拌合均匀后的三种原料成分放入养护箱经过4小时 10
天的5o-iocrc蒸汽养护，养护期间可以通过利用球磨机定时研磨等辅助手段提
高原料水化反应速率，水化产物包括水化硅酸钙(CSH)、水化铝酸钙(C3^//6)、 低硫型水化硫铝酸钙(AFm)几种水化产物的组合；
(3) 煅烧脱水把水化后的产物烘干、粗磨后，在400-90(TC的高温下煅 烧0.5-l小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积200-500 mVkg，得到组分A;
(4) 混合粉磨将组分B的原料烘干、磨细至比表面积200-500 mVkg，得 到组分B;将质量比为50%-70%组分A和25%-55%组分B均匀混合，便得到用于
水泥或混凝土的膨胀剂。
其中，在步骤(1)中所述的按水固质量比为7 : 1 。 3、本发明的优点
本发明制备的硫铝酸钙类膨胀剂,其优点和达到的功效是它制造成本低、 膨胀率高、强度损失少及与水泥和其他外加剂适应能力强。由于它大量使用可解 析出铝离子废弃物、工业废石膏、电石渣等工业废渣，原料来源广，生产能耗低， 因而可降低成本，节省费用，生产不受地域性限制，生产工艺简单易行,具有较高 的经济效益和环保意义。
具体实施例方式
下面以具体实施例对本发明作进一步的说明。 实施例1
本发明 --种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂，由组
分A和组分B组成，组分A的质量占53.4%，组分B的质量占46.6%。组分A包
括成分一粉煤灰，占组分A的质量比为40呢；成分二磷石膏，占组分A的质
量比为20%;成分三生石灰，占组分A的质量比为40y。。组分B为磷石膏。 本发明一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂的制
造方法,依序按照以下步骤进行
(1) 生料配制将组分A中的三种原材料成分按所述比例要求在常温下称 量，按水固质量比5: l在原料中加入水后拌合均匀；
(2) 水化反应将拌合均匀后的三种原料成分放入养护箱经过5天的80。C蒸汽养护，养护期间可以通过利用球磨机定时研磨以提高原料水化反应速率，水 化产物包括水化硅酸钙、水化铝酸钙、低硫型水化硫铝酸钙几种水化产物的组合;
(3) 煅烧脱水把原料水化后的产物烘干、粗磨后，在450'C的高温下煅 烧0.5小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积300 m7kg，得到组分A;
(4) 混合粉磨将组分B的原料烘干、磨细至比表面积300 mVkg，得到组 分B;将组分A和组分B均匀混合，便得到用于水泥或混凝土的膨胀剂。
所制备的混凝土硫铝酸钙类膨胀剂产品按照混凝土膨胀剂标准JC476-2001 作限制膨胀率试验，水中7d膨胀率〉0. 04%,水中28d膨胀率可超过0. 05%，但小 于0. 07%。
实施例2
本发明 种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂，由组 分A和组分B组成，组分A的质量占70。/。，组分B的质量占30。/。。组分A包括成
分一赤泥，占组分A的质量比为67"/。；成分二磷石膏，占组分A的质量比为 16%;成分三生石灰，占组分A的质量比为17%。组分B为磷石膏。
本发明一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂的制
造方法,依序按照以下步骤进行
(1) 生料配制将组分A中的三种原材料成分按所述比例要求在常温下称 量，按水固质量比10: 1在原料中加入水后拌合均匀；
(2) 水化反应将拌合均匀后的三种原料成分放入养护箱经过5天的90'C
蒸汽养护，养护期间可以通过利用球磨机定时研磨以提高原料水化反应速率，水
化产物包括水化硅酸钙、水化铝酸转、低硫型水化硫铝酸钙几种水化产物的组合；
(3) 煅烧脱水把原料水化后的产物烘干、粗磨后，在50(TC的高温下煅 烧0.5小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积200 m7kg,得到组分A;
(4) 混合粉磨将组分B的原料烘干、磨细至比表面积200 mVkg，得到组 分B;将组分A和组分B均匀混合，便得到用于水泥或混凝土的膨胀剂。
实施例3
本发明 种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂，由组 分A和组分B组成，组分A的质量占63。/。，组分B的质量占37M。组分A包括成
分一钢渣，占组分八的质量比为56%;成分二磷石膏，占组分A的质量比为26%;成分三生石灰，占组分A的质量比为18%。组分B为磷石膏。
本发明一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂的制
造方法，依序按照以下步骤进行
(1) 生料配制将组分A中的三种原材料成分按所述比例要求在常温下称 量，按水固质量比7: l在原料中加入水后拌合均匀；
(2) 水化反应将拌合均匀后的三种原料成分放入养护箱经过7天的9(TC
蒸汽养护，养护期间可以通过利用球磨机定时研磨以提高原料水化反应速率，水 化产物包括水化硅酸钙、水化铝酸钙、低硫型水化硫铝酸钙几种水化产物的组合；
(3) 煅烧脱水把原料水化后的产物烘干、粗磨后，在50(TC的高温下煅 烧40min，将煅烧后的产物磨细至比表面积400 nf/kg,得到组分A;
(4) 混合粉磨将组分B的原料烘干、磨细至比表面积400 m7kg，得到组 分B;将组分A和组分B均匀混合，便得到用于水泥或混凝土的膨胀剂。
实施例4
本发明一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂，由组 分A和组分B组成，组分A的质量占63y。，组分B的质量占37W。组分A包括成
分一赤泥渣，占组分A的质量比为50y。；成分二脱硫石膏，占组分A的质量
比为25%;成分三生石灰，占组分A的质量比为25。/。。组分B为脱硫石膏。 本发明 种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂的制
造方法,依序按照以下步骤进行
(1) 生料配制将组分A中的三种原材料成分按所述比例要求在常温下称 量，按水固质量比5: l在原料中加入水后拌合均匀；
(2) 水化反应将拌合均匀后的三种原料成分放入养护箱经过2天的95。C
蒸汽养护，水化产物包括水化硅酸钙、水化铝酸钙、低硫型水化硫铝酸钙几种水
化产物的组合；
(3) 煅烧脱水把原料水化后的产物烘干、粗磨后，在60(TC的高温下煅 烧1小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积500 m7kg，得到组分A;
(4) 混合粉磨将组分B的原料烘干、磨细至比表面积500 nf/kg，得到组 分B;将组分A和组分B均匀混合，便得到用于水泥或混凝土的膨胀剂。
实施例5本发明一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂，由组 分A和组分B组成，组分A的质量占70。/。，组分B的质量占30y。。组分A包括成
分一煤矸石，占组分A的质量比为42呢；成分二氟石膏，占组分A的质量比
为16%;成分三电石渣，占组分A的质量比为42。/。。组分B为氟石膏。
本发明 -种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂的制
造方法,依序按照以下步骤进行
(1) 生料配制将组分A中的三种原材料成分按所述比例要求在常温下称 量，按水固质量比10: l在原料中加入水后拌合均匀；
(2) 水化反应将拌合均匀后的三种原料成分放入养护箱经过1天的100 'C蒸汽养护，水化产物包括水化硅酸钙、水化铝酸钙、低硫型水化硫铝酸钙几种 水化产物的组合；
(3) 煅烧脱水把原料水化后的产物烘干、粗磨后，在30(TC的高温下煅
烧1小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积500 m7kg,得到组分A;
(4) 混合粉磨将组分B的原料烘干、磨细至比表面积500itf/kg，得到组 分B;将组分A和组分B均匀混合，便得到用于水泥或混凝土的膨胀剂。
实施例6
本发明 一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂，由组 分A和组分B组成，组分A的质量占65X，组分B的质量占35y。。组分A包括成
分一粉煤灰和钢渣，分别占组分六的质量比为20%和37%;成分二磷石膏，
占组分A的质量比为26M;成分三生石灰，占组分A的质量比为17%。组分B 为磷石膏。
本发明-种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂的制
造方法,依序按照以下步骤进行
(1) 生料配制将组分A中的三种原材料成分按所述比例要求在常温下称 量，按水固质量比10: l在原料中加入水后拌合均匀；
(2) 水化反应将拌合均匀后的三种原料成分放入养护箱经过10天的80 'C蒸汽养护，养护期间可以通过利用球磨机定时研磨以提高原料水化反应速率， 水化产物包括水化硅酸钙、水化铝酸钙、低硫型水化硫铝酸钙几种水化产物的组(3) 煅烧脱水把原料水化后的产物烘干、粗磨后，在85(TC的高温下煅 烧0. 5小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积200 mVkg，得到组分A;
(4) 混合粉磨将组分B的原料烘干、磨细至比表面积200 mVkg，得到组 分B;将组分A和组分B均匀混合，便得到用于水泥或混凝土的膨胀剂。
本发明以含铝的废弃物、可溶性的氧化钙、可溶性的硫酸盐化合物为原料， 基于脱水相技术制备出具有潜在膨胀性的膨胀剂，适用于添加入水泥及混凝土中 使用。由于原料大部来源于工业废渣，处理过程的温度范围控制在90(TC以下， 可有效降低成本，而且通过控制水化物的组成、煅烧脱水温度和膨胀剂的掺量可 以扩大本产品的应用空间，经试验验证确实能达到本发明的目的。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围， 凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的简单修饰，皆应在本发明专利 涵盖范围之列。
权利要求
1、一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂，其特征在于它是由组分A和组分B组成，其中，组分A占总质量的50％-70％，组分B占总质量的25％-55％；所述组分A是由下列成分一、二、三构成①成分一占组分A生料总质量的30-50％，其为可解析出铝离子的工业废弃物，即粉煤灰、矿渣、钢渣、煤矸石、赤泥渣这些含硅铝酸盐成分的工业废渣中的一种或多种组合，也可以是含硅铝酸盐成分的天然材料，即含活性氧化铝、铝酸盐的工业废渣或天然材料；②成分二占组分A生料总质量的0-25％，其为磷石膏、氟石膏、脱硫石膏这些含有硫酸钙的工业废渣中的一种或多种组合，或天然石膏；③成分三占组分A生料总质量的40-60％，其为可溶性的氧化钙化合物为生石灰、熟石灰、电石渣中的一种或多种组合；所述组分B为可溶性的硫酸盐化合物即磷石膏、氟石膏、脱硫石膏中含有硫酸钙的工业废渣中的一种或多种组合，或天然石膏，磨细至比表面积为200-500m2/kg。2、根据权利要求1所述的利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂的制造方法，其特征在于它是依序按照以下步骤进行(1)生料配制将组分A中的三种原材料成分按所述比例要求在常温下称量，按水固质量比5～10∶1在原料中加入水后拌合均匀；(2)水化反应将拌合均匀后的三种原料成分放入养护箱经过4小时～10天的50-100℃蒸汽养护，养护期间可以通过利用球磨机定时研磨之辅助手段以提高原料水化反应速率，水化产物包括水化硅酸钙、水化铝酸钙、低硫型水化硫铝酸钙几种水化产物的组合；(3)煅烧脱水把原料水化后的产物烘干、粗磨后，在400-900℃的高温下煅烧0.5-1小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积200-500m2/kg，得到组分A；(4)混合粉磨将组分B的原料烘干、磨细至比表面积200-500m2/kg，得到组分B；将质量比为50％-70％组分A和25％-55％组分B均匀混合，便得到用于水泥或混凝土的膨胀剂。
2、 根据权利要求1所述的利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂的制造方法，其特征在于它是依序按照以下步骤进行(1) 生料配制将组分A中的三种原材料成分按所述比例要求在常温下称 量，按水固质量比5 10: l在原料中加入水后拌合均匀；(2) 水化反应将拌合均匀后的三种原料成分放入养护箱经过4小时 10天的5o-iocrc蒸汽养护，养护期间可以通过利用球磨机定时研磨之辅助手段以 提高原料水化反应速率，水化产物包括水化硅酸钙、水化铝酸钙、低硫型水化硫铝酸钙几种水化产物的组合；(3) 煅烧脱水把原料水化后的产物烘干、粗磨后，在400-90(TC的高温 下煅烧0.5-l小时，将煅烧后的产物磨细至比表面积200-500 m7kg，得到组分A;(4)混合粉磨将组分B的原料烘干、磨细至比表面积200-500 m7kg，得 到组分B;将质量比为50%-70%组分A和25%-55%组分B均匀混合，便得到用于 水泥或混凝土的膨胀剂。
3.根据权利要求2所述的利用工业废渣制备用于水泥或混凝土硫铝酸钙类 膨胀剂的方法，其特征在于在步骤(1)中所述的按水固质量比为7 : 1 。
全文摘要
一种利用工业废渣制备用于水泥或混凝土的硫铝酸钙类膨胀剂，由组分A、B组成。组分A原料包括三部分，即粉煤灰等含铝成分的一种或多种组合；磷石膏、氟石膏等含有硫酸钙的一种或多种组合；生或熟石灰、电石渣等的一种或多种组合。组分B包括磷石膏、氟石膏等含有硫酸钙的一种或多种组合。其制法包括生料配制、水化反应、煅烧脱水和混合粉磨四个步骤。所述方法配制的膨胀剂原料来源广、低能耗、价格低廉，试验证明该膨胀剂的膨胀性能良好，可变废为宝，具有重要的环保意义。
文档编号C04B22/14GK101423355SQ20081022713
公开日2009年5月6日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者李战国, 牛晨亮, 邓晓轩, 新 黄 申请人:北京航空航天大学