[发明专利]一种干法旋窑生产微膨胀早强硅酸盐水泥的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产硅酸盐水泥的方法，尤其是涉及一种干法旋窑生产微膨胀早强硅酸盐水泥的方法。

背景技术

硅酸盐水泥作为最大宗的建筑胶凝材料，其硬化混凝土的体积稳定性已成为混凝土工程技术中的重大课题之一。众所周知，混凝土能承受较高的压应力，而其抗拉强度一般都不超过抗压强度的10%。理论上，在完全约束条件下，混凝土内部产生的拉应力约3MPa至十几MPa（取决于砼的体积变化特性和弹性特性）。所以混凝土受约束时，由于体积变化过大产生的拉应力一旦超过其自身的抗拉强度时，就一定会引起混凝土开裂，产生大量微裂缝。硬化混凝土的体积变化常见情况有干湿缩胀、热胀冷缩、自生体积变形（膨胀或收缩）、碳化收缩、水泥安全性不良、骨料体积稳定性、碱一骨料反应、硫酸盐侵蚀、盐类结晶等，而作为混凝土核心材料的硅酸盐水泥，其自生体积变形和安定性优良与否是最关键问题。

混凝土的自生体积收缩是硅酸盐水泥的主要水化产物硅酸钙水化物的一种基本性质，亦称为化学减缩。混凝土的这一体积收缩变形是不能恢复的，其收缩随砼的龄期延长而增加。使用膨胀水泥或膨胀剂的砼，可以自生体积膨胀，补偿砼自生体积收缩，为解决收缩问题提供了一个很好的途径。

补偿收缩砼所用膨胀水泥与膨胀剂，可大致分成五大类：硫铝酸钙类、氧化钙类、氧化镁类、氧化铁类和铝粉类。目前，最常用的是硫铝酸钙类膨胀水泥或膨胀剂及氧化钙类和氧化镁类膨胀剂。利用硫铝酸钙类、氧化钙类、氧化镁类膨胀剂配制的补偿收缩砼在凝结硬化中能产生自生体积膨胀。这些常用的膨胀剂采用专门焙烧设备和工艺生产，在配制砼时，和水泥一起按比例加入。

相对价廉有效的氧化镁类膨胀剂，其膨胀机理如下：

菱镁矿MgCO₃加热至600℃以上分解成MgO，1000℃以内生成的MgO是微晶质的，遇水易水化，1500－1600℃形成致密晶质的方镁石，不易水化。白云石CaMg(CO₃)₂加热至740℃左右，发生第一次反应分解为游离的氧化镁和碳酸钙，在880℃左右发生第二次反应，相当于碳酸钙分解。

由于部分石灰石含有MgCO₃，硅酸盐水泥熟料系经1450℃左右煅烧而成，因而其中含有2%－4%方镁石（MgO），这种结晶致密的MgO水化成Mg(OH)₂的过程十分缓慢，过量的高温煅烧MgO会产生后期膨胀，致使混凝土结构破坏，因而，国外水泥标准规定水泥熟料中MgO≤4.5%，我国标准现定＜5%。也就是说，水泥中经高温煅烧的MgO通常是有害成份。然而，1000℃以下煅烧的轻质MgO则较易水化，MgO水化生成Mg(OH)₂时体积增加94.1%－123.8%。

原苏联Буцнчков等利用这种膨胀原理，提出以专业设备在800－900℃的温度专门煅烧白云石作膨胀组分，以5%－7%加入到硅酸盐水泥熟料中粉磨成镁质膨胀水泥，配制的混凝土具有0.1%－0.36%的膨胀率。Mehta研究认为，MgO经900－950℃煅烧后粉磨至300－1200μm之间，把这种粉磨方镁石以5%加入到硅酸盐水泥中，可得到要求的膨胀混凝土。南京化工学院亦利用菱镁矿煅烧至900－1000℃，磨制成MgO膨胀剂，以4%－5%掺入水泥中拌制成大体积混凝土。

许多学者认为，MgO水化速度受煅烧温度、粉磨颗粒大小和环境温度影响较大，也即其膨胀稳定难以控制，试验表明，掺5%MgO的水泥砂浆，将养护温度从20℃提高到40℃、60℃，其膨胀稳定期缩短1－2倍。

由于采用专用设备完全焙烧的MgO分解完全，MgO晶体充分发育完全晶体致密，其MgO的水化速度较慢，其膨胀稳定期较长，因此，专门焙烧完全的MgO膨胀剂尚不能用于工业民用建筑。我国水电部门将其应用于大坝岩基础的回填大体积混凝土，混凝土内部温度40－60℃，持续3－6个月，有利于MgO的水化进程，膨胀稳定期在180d左右，其自身体积膨胀50－100μm，达到补偿大体积混凝土冷缩的效果。