[发明专利]一种水泥混凝土用高效膨胀熟料、其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种水泥混凝土用高效膨胀熟料、其制备方法及其应用。

背景技术

混凝土材料是一种来源广泛、价格低廉的建筑材料，随着混凝土科学技术的发展，混凝土材料在各种建筑工程中的应用也越来越广泛。然而，水泥混凝土由于自身的水化反应及周围环境介质的失水过程，存在着自收缩、干燥收缩和温降收缩，约束条件下易产生收缩开裂，严重影响混凝土的耐久性。水泥混凝土的收缩变形开裂已经为工程界普遍关注，采用膨胀材料补偿水泥混凝土的收缩在理论上也为人们所达成共识。利用膨胀组分在水化过程中产生的体积膨胀补偿水泥基材料的收缩，是减少混凝土结构开裂，提高混凝土结构稳定性的重要措施之一。

目前我国混凝土结构工程中普遍采用以钙矾石为主要膨胀源的硫铝酸钙类膨胀剂。已公开的文献表明，国内大多数膨胀剂生产厂家主要采用以硬石膏提供SO₃，以矾土、地开石等天然矿物提供可溶性Al₂O₃的技术路线，制定不同的生产配方。近年来随着经济的高速发展，过度地开采致使我国铝土矿资源、硬石膏资源日趋匮乏，资源保有储量快速下降，导致膨胀剂生产成本提高。另外，很多企业基于成本考虑，采用价格低廉、Al₂O₃和SO₃含量低的原料，导致膨胀剂的膨胀性能较低。矾土等宝贵的矿产资源过度开采，不利于保护生态环境和资源的节约，有悖于中国可持续发展的战略要求，迫切需要新的替代产品。

公开号CN102219422A的中国专利文献公开了一种利用石灰石和1-5％的铁粉作为原料混合煅烧制备混凝土膨胀剂的方法。此种膨胀剂采用磁铁矿、赤铁矿等冶炼钢铁的自然矿源作为铁粉原料，不利于矿产资源的节约和环境保护；且膨胀剂的膨胀效能基本在水化龄期3d内基本发挥完全、存在膨胀效能低，煅烧温度高等缺点。

公开号CN1139079A的中国专利文献公开了一种采用石灰石、粉煤灰、铁粉和矿化剂作为原料混合煅烧制备膨胀剂的方法。此膨胀剂可有效防止混凝土裂缝产生，但存在膨胀效能低的缺点；采用赤铁矿等自然矿源作为铁粉原料，不利于环境保护。

公开号CN102745933A的中国专利文献公开了一种采用氧化钙熟料、石膏、地开石、粉煤灰和硅灰石粉为原料制备的抗裂膨胀剂。该膨胀剂具有增强、抗渗的效果，但存在膨胀效能低、熟料煅烧温度高的缺点；且大量使用地开石等铝土矿类不可再生的自然资源。

公开号CN102838308A的中国专利文献公开了一种利用石膏、铁粉和焦碳制备混凝土膨胀熟料的方法。焦炭作为重要的化学工业原料，需在950～1050℃条件下高温干馏制得；此种方法使生产过程变的复杂，环节冗余，制备过程能耗高，不利于节能环保。膨胀组分中含有0.5～2.0％的CaS矿物；CaS在潮温的空气中储存或加入水中，易产生H₂S有毒气体，存在危害人体健康等缺点。

公开号CN104671687A的中国专利文献公开了一种石灰石、镁渣、石膏、铁渣和分散灰尘制备混凝土膨胀剂的方法。此种方法的煅烧温度高、能耗高，不利于节能环保。20～40％的镁砂在1300～1700℃下煅烧形成的死烧方镁石膨胀组分，存在后期延迟性膨胀的缺点。

上述膨胀剂都是利用铁粉、粉煤灰、硅灰石粉、焦炭、镁渣和分散灰尘等作为替代原料制备混凝土膨胀剂，普遍存在水化速度快、膨胀效能低；制备能耗高，工艺复杂等问题。因此，亟需对上述问题进行解决，大量利用固体废弃物的同时优化其膨胀效能。

硫铁矿烧渣是硫铁矿制备过程中的副产品，其主要成分为Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂和SO₃等。近几年我国每年用硫铁矿制硫酸约为1400万吨，每生产1吨硫酸要产出0.7～1.0吨的烧渣；全国每年排出超过1000万吨的烧渣，约占化工废物的30％。如不及时处理或处理不当，大量硫铁矿烧渣对当地生态环境造成严重污染，危害人体健康。