专利名称：：一种混凝土高效膨胀剂及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种混凝土高效膨胀剂及其制备方法，属于废渣利用
技术领域：
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背景技术：
：磷矿企业在生产重钙、过磷酸钙等磷化工产品过程中排放了大量的粉状固体废弃物一-磷石膏，既占用耕地，又污染环境，一直是磷化工企业比较头痛而亟待解决的问题。随着我国磷化工产品量的日益增长，磷石膏年排放量已达到800万吨。因此，加快对磷石膏的开发利用已迫在眉睫。磷石膏的主要成分为二水石膏，并含有一定量的P205、F及放射性镭(Ra-226)等危害人体健康及生物生长的有害物质，任意排放和堆积磷石膏，不仅占用大量土地、污染环境，而且会给生态带来危害。因此，如何综合利用工业废弃物一-磷石膏，变废为宝、保护资源、保护生态环境，保障国民经济的可持续发展，解决磷石膏任意排放所引起的公害问题，越来越受到广大建材工作者的重视。自七十年代起，我国就已开展了对磷石膏的综合应用，并在用磷石膏生产高强建筑石膏、制硫酸盐水泥、制石膏板及石膏砌块、代替天然石膏作水泥缓凝剂、制取复合肥等方面取得一定的成效。混凝土膨胀剂是目前应用最广、最普遍的防止混凝土开裂及渗漏的混凝土外加剂，其年需要量达30万吨，市场前景良好。现有混凝土膨胀剂所用的主要原料是天然硬石膏。近年来，随着膨胀剂市场需求量的增加以及政府出于安全对一些存在安全隐患的石膏矿进行封矿，导致天然硬石膏价格持续上涨，给膨胀剂生产企业带来巨大的成本压力。因此，利用磷石膏研制膨胀剂，关系着广大膨胀剂生产企业的生存与发展。
发明内容本发明的目的在于提供一种混凝土高效膨胀剂及其制备方法。本发明利用磷石膏代替天然硬石膏研制混凝土高效膨胀剂，从而实现了利用废物，节省资源，保护生态环境，保障国民经济可持续发展的目的。本发明是这样构成的一种混凝土高效膨胀剂，按照重量百分比计算它是用5565%煅烧的磷石膏和4535%特制高铝熟料混合磨细制成的；所述特制高铝熟料是由4450%的铝矶土和5650%的石灰石经粉磨、煅烧成的水泥膨胀熟料。按照重量百分比计算，优选的混凝土高效膨胀剂是用60%煅烧的磷石膏和40%特制高铝熟料混合磨细制成的。前述磷石膏的煅烧温度为40075CTC，优选为60070CTC。前述的铝矾土为一级铝矾土，其中Al203重量含量》70呢。铝矾土和石灰石粉磨后的煅烧温度为1350140(TC。本发明所述混凝土高效膨胀剂的制备方法为将煅烧11.5小时后的磷石膏与特制高铝熟料按比例混合，磨细至4900孔筛筛余《12%(所对应的比表面积是300350iZ/kg)，即得磷石膏的煅烧在硅炭棒炉或沸腾炉中进行；磨细所用的设备为球磨机。特制高铝熟料的制备方法为将铝矾土和石灰石按比例混合，粉磨至细度为4900孔筛筛余《10。/。后制成直径1015mm的生料料球，再于1350140(TC下煅烧0.5l小时，即得。所述生料料球的煅烧在回转窑或立波尔窑中进行。为了确保本发明产品的效果，在用磷石膏代替天然硬石膏研制混凝土高效膨胀剂的过程中，申请人进行了一系列的试验研究l.磷石膏的煅烧磷石膏的主要成份为二水石膏(CaS042H20)，其自然含水率在2535%，其化学成份及放射性核素比活度检验结果见表l、表2。表l磷石膏的化学成份(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>从该报告可以看出，磷石膏的放射性指标检测均在国家标准允许范围之内，其产销和使用范围不受限制。二水石膏在不同温度条件下分别发生如下化学反应缺少水蒸气120.UQ:C.:CaS04'2ftO-f-CaS04'l/2H;0〔p型半水石膏)(干燥条件)180190'C;:p-Ca见'l/迅0-^-CaS04'III〔P型脱水半水石晉〕320.邻.Ql;.:P_CaS04'III-^P_CaS04'II(卩型可溶性硬石膏)4007印.'G:P_CaSCU'II-CaS04'I〔不溶性硬石晉)A解800—11.0.。:C:CaSO,I-⑧+SO,个〔煅蜣石晉)从上述反应式可见，要从磷石膏获得不溶性硬石膏，其煅烧温度应在400750'C范围内将磷石膏放在硅碳棒炉内煅烧，其煅烧温度分别设定在h(450°C)、T2(550°C)、T3(650°C)和T4(750°C)，恒温1小时，以寻找其最佳煅烧温度，将上述各温度段煅烧后的磷石膏进行X射线衍射分析。X射线衍射结果表明，在T3(650°C)煅烧的磷石膏，其硬石膏含量达到96%，而其余几个温度煅烧的硬石膏含量均低于T3(650°C)煅烧的，故选择磷石膏的煅烧温度为T3(650°C)。65(TC煅烧后磷石膏的化学成份如下表3:]<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>2.特制高铝熟料的制备铝矾土的主要成分是Al20.3，其中一级铝矾土的化学成分如下表4:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>采用铝矾土和石灰石共同粉磨、煅烧制备特制高铝熟料时，煅烧过程发生以下化学反应3Al:0,+2CaC0,-CaO'Al:O,+CaO'2Al:0,+2CO:f煅烧形成的水泥膨胀熟料为微红色烧结料，立升重O.650.9Kg/L。矿物主要成份为CA、CA2以及少量C2AS(铝方解石)和CT、C2F等。特制高铝熟料的化学成份如下表5:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>3.本发明膨胀剂的作用原理特制高铝熟料是在一般高铝熟料的基础上，适当改变其化学成份，调整熟料中铝酸一钙(CA)和二铝酸一钙(CA2)的比例所得。研究表明，CA的水化速度比CA2快23倍，在有CaS04和Ca(0H)2存在的情况下，生成膨胀剂的主要产物-一钙矾石C;jA3CaS0432H20，其反应式如下CA+3CaS0,+2Ca(0H):+30H;0二C^3CaS0,*32&0研究表明，形成钙矾石后，体系固相体积增加112.3倍，CA和CA2粒子体积增大13.67倍，CA形成钙矾石的速度同样比CA2块，也即CA提供早期膨胀为主，从而达到补偿混凝土冷縮和干縮的"双膨胀"效果，也是补偿收縮的理论依据。反应式中Ca(OH)2主要靠水泥矿物组成C2S和C3S水化提供。水化C-S+恥0-^CSH+Ca(0H)-水化2C。S+6恥-^2CSH+4Ca〔0H〕而CaS04则是由煅烧磷石膏提供。从膨胀剂结晶钙矾石C3A3CaS0432H20分子式可看出，一个克分子的钙矾石需结合三个克分子的CaS04，所以CaS04是不可缺少的组分。CaS04主要由煅烧磷石膏提供，煅烧磷石膏中S03越高，相对杂质越少，对提供膨胀越有利。试验研究表明，用于生产膨胀剂的硬石膏品质要求其S03》48y。，Ca0》35，结晶水《7%。而在T;j(650°C)温度下煅烧后的磷石膏符合此要求。4.不同温度煅烧的磷石膏与特制高铝熟料的配比研究(1)h(450°C)表6<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表6-表9可以看出，60%T3(650°C)煅烧的磷石膏与40%特制高铝熟料配合的膨胀值最大，强度也比较理想，故选择该配比。5.本发明高效膨胀剂产品在混凝土中的配比试验将按本发明方法所制得的膨胀剂按照088076-1997的试验方法进行试验(1)水泥采用P.O42.5乌江牌普硅水泥；(2)砂子采用符合GB/T14684要求的砂子，细度模数为2.62.9的中砂；(3)石子采用符合GB/T14685粒径为5mm20mm(圆孔筛)石子，采用二级配，其中5mm10咖占40%，10咖20咖占60%;(4)水采用符合JGJ63的水。混凝土配合比如下表10:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在上述混凝土配合比中，内掺8%的本发明高效膨胀剂，其结果见下表ll:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>从表ll可看出，在普通混凝土中内掺8%的本发明混凝土高效膨胀剂后，其强度指标良好，抗渗指标也大大提高。本发明采用煅烧的磷石膏所制得的混凝土高效膨胀剂与用天然硬石膏制备的混凝土高效膨胀剂在性能上一致，故可以利用煅烧磷石膏替代天然硬石膏。本发明采用煅烧磷石膏替代天然硬石膏制备混凝土高效膨胀剂，所得膨胀剂各项指标均符合JC476-2001标准的要求，7天限制膨胀率》0.025%，膨胀剂掺量为68%(普通膨胀剂掺量1012%)，碱含量为O.40.55%(普通膨胀剂碱含量O.50.7%);既充分利用了工业废弃物，变废为宝，又减少了废弃物对耕地的占用和对环境的污染，达到了节省资源、保护生态环境、保障国民经济可持续发展的目的，同时大大降低了膨胀剂的生产成本，经济效益显著，市场前景良好。具体实施例方式本发明的实施例l:混凝土高效膨胀剂的制备取一级铝矾土(Al203含量83。/。)47kg和石灰石53kg，混合，共同粉磨至细度为4900孔筛筛余《8%后制成直径4)1015mm的生料料球，在回转窑中于1380。C下煅烧50分钟，得特制高铝熟料；取磷石膏，在65(TC下煅烧80分钟；将煅烧后的磷石膏60kg与特制高铝熟料40kg混合，用球磨机磨细至4900孔筛筛余《10%，即得符合JC476-2001膨胀剂标准的混凝土高效膨胀剂，其7天限制膨胀率》0.025%，膨胀剂掺量68%。本发明的实施例2:取一级铝矾土(Al203含量75。/。)44kg和石灰石56kg，混合，共同粉磨至细度为4900孔筛筛余<10%后制成小1015mm的生料料球，在立波尔窑中于135(TC下煅烧40分钟，得特制高铝熟料；取磷石膏，在60(TC下煅烧70分钟；将煅烧后的磷石膏65kg与特制高铝熟料35kg混合，用球磨机磨细至4900孔筛筛余<12%，即得符合JC476-2001膨胀剂标准的混凝土高效膨胀剂。本发明的实施例3:取铝矾土(Al203含量70。/。)50kg和石灰石50kg，混合，共同粉磨至细度为4900孔筛筛余《10%后制成小1015mm的生料料球，在回转窑中于140(TC下煅烧0.5小时，得特制高铝熟料；取磷石膏，在70(TC下煅烧1小时；将煅烧后的磷石膏60kg与特制高铝熟料40kg混合，用球磨机磨细至4900孔筛筛余《12%，即得符合JC476-2001膨胀剂标准的混凝土高效膨胀剂。本发明的实施例4:取铝矾土48kg和石灰石52kg，混合，共同粉磨成生料，在立波尔窑中煅烧，得特制高铝熟料；取磷石膏，在50(TC下煅烧；将煅烧后的磷石膏55kg与特制高铝熟料45kg混合，磨细至4900孔筛筛余《12%，即得符合JC476-2001膨胀剂标准的混凝土高效膨胀剂。权利要求1.一种混凝土高效膨胀剂，其特征在于按照重量百分比计算它是用55～65％煅烧的磷石膏和45～35％特制高铝熟料混合磨细制成的；所述特制高铝熟料是由44～50％的铝矾土和56～50％的石灰石经粉磨、煅烧成的水泥膨胀熟料。2.按照权利要求l所述的混凝土高效膨胀剂，其特征在于按照重量百分比计算，它是用60%煅烧的磷石膏和40%特制高铝熟料混合磨细制成的。3.按照权利要求1或2所述的混凝土高效膨胀剂，其特征在于磷石膏的煅烧温度为400750。C。4.按照权利要求3所述的混凝土高效膨胀剂，其特征在于磷石膏的煅烧温度为60070(TC。5.按照权利要求1或2所述的混凝土高效膨胀剂，其特征在于所述的铝矾土为一级铝矾土，其中A1203重量含量》70呢。6.按照权利要求1或2所述的混凝土高效膨胀剂，其特征在于铝矾土和石灰石粉磨后的煅烧温度为13501400。C。7.如权利要求l-6中任一项所述混凝土高效膨胀剂的制备方法，其特征在于将煅烧11.5小时后的磷石膏与特制高铝熟料按比例混合，磨细至4900孔筛筛余《12%，即得。8.按照权利要求7所述混凝土高效膨胀剂的制备方法，其特征在于磷石膏的煅烧在硅炭棒炉或沸腾炉中进行；磨细所用的设备为球磨机。9.按照权利要求7所述混凝土高效膨胀剂的制备方法，其特征在于特制高铝熟料的制备方法为将铝矾土和石灰石按比例混合，粉磨至细度为4900孔筛筛余《10。/。后制成直径1015mm的生料料球，再于1350140(TC下煅烧0.5l小时，即得。10.按照权利要求9所述混凝土高效膨胀剂的制备方法，其特征在于:生料料球的煅烧在回转窑或立波尔窑中进行。全文摘要本发明公开了一种混凝土高效膨胀剂及其制备方法，按照重量百分比计算它是用55～65％煅烧的磷石膏和45～35％特制高铝熟料混合磨细制成的；所述特制高铝熟料是由44～50％的铝矾土和56～50％的石灰石经粉磨、煅烧成的水泥膨胀熟料。本发明采用煅烧磷石膏替代天然硬石膏制备混凝土高效膨胀剂，所得膨胀剂各项指标均符合JC476-2001标准的要求，7天限制膨胀率≥0.025％，膨胀剂掺量为6～8％；既充分利用了工业废弃物，变废为宝，又减少了废弃物对耕地的占用和对环境的污染，达到了节省资源、保护生态环境、保障国民经济可持续发展的目的，同时大大降低了膨胀剂的生产成本，经济效益显著，市场前景良好。文档编号B09B3/00GK101607801SQ20091030503公开日2009年12月23日申请日期2009年7月31日优先权日2009年7月31日发明者刘光先,吴仁刚,张保如,李晓东,勇王申请人:贵州省建筑材料科学研究设计院