[发明专利]膨胀水泥及其接触制造方法

说明书

本发明涉及一种特种水泥及其制造方法。

目前国内外制造硅酸盐系列膨胀水泥的方法是在通用水泥中加入8～18％的膨胀剂，膨胀剂的主要成份为CA、CA₂、C₄A₃S与CaSO₄。根据中国建筑材料科学研究院编著的《特种水泥的生产及应用》一书介绍，用该方法生产的膨胀硅酸盐水泥存在下列缺陷，即用同一种硅酸盐熟料在比表面积相似的条件下进行比较：①膨胀硅酸盐水泥的强度比硅酸盐水泥降低一个标号；②膨胀硅酸盐水泥的耐硫酸盐浸蚀性能比硅酸盐水泥差；③膨胀硅酸盐水泥的制造成本比硅酸盐水泥每吨高100元左右。

本发明的目的是提供一种膨胀水泥及其接触制造方法，做到强度高、抗硫酸盐浸蚀性能好、制造成本低。

本发明的目的是这样实现的：对申请号为96118342.X的“特种抗硫酸盐水泥及其生产方法”专利进行改进即直接在通用水泥(硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、复合水泥)熟料中加入接触剂KAS0.3％、半水石膏7～14％和适量混合材(矿渣、火山灰、粉煤灰、煤矸石的一种或两种)，即可制造出高强度、高抗硫酸盐浸蚀性能的膨胀水泥。

本发明的理论依据和化学反应的机理如下：

最新研究和实验证明：钙矾石(又名高硫铝酸钙、分子式为3CaO·AI₂O₃·3CaSO₄·30～32H₂O)具有稳定性和膨胀性的特点，在干燥、潮湿、高温、低温等各种恶劣条件下，钙矾石的晶体结构均难以破坏，并且与水泥中的其它水解矿物C-S-H配合能使砼产生较高的强度和膨胀性能。因此，可以控制钙矾石在水泥矿物中的含量而使砼具有膨胀性能和产生自应力，增加砼的密实度，从而增加砼的强度、抗渗和抗硫酸盐浸蚀的能力。

为了避免钙矾石的膨胀能过大导致对砼的破坏作用，除了控制钙矾石的生成量外，同时必须使C₃A转化成钙矾石的膨胀反应控制在砼的塑性阶段与弹性极限强度以内完成。

本发明的原理是在水泥砂浆(或砼)的塑性阶段与弹性极限强度内，利用接触剂K₂O·AI₂O₃循环接触作用，使水泥矿物中的C₃A、C₂AS、CAS₂、CaO与CaSO₄迅速化合完成生成较细钙矾石的化学反应，此过程与“海水浸蚀过程中的硫酸盐浸蚀”的破坏反应相类似。这些在液相中形成的较细的钙矾石晶体分散于砂浆中，互相交替、搭接而构成硬化砂浆的初期骨架。与此同时，砂浆中的水化硅酸盐(C-S-H)和水化铝酸盐(C-A-H)凝胶填充其间，二者硬化使水泥浆体获得初期强度，以后继续水化而形成坚硬的水泥石。

由于液相中CaO的浓度较高(PH≥12)，在生成上述形态水化硫铝酸钙的同时，尚有一部份硫铝酸钙以细针状聚集围绕在砂浆的颗粒表面，呈放射状态，具有膨胀性并产生应力。细针状水化硫铝酸钙能填充水泥浆体中的空隙和破坏毛细管，其应力将被还处于塑性阶段的、同时生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙所吸收。因此，细针状硫铝酸钙的膨胀不但对于砼无破坏作用，相反起着使浆体密实的作用，补偿了砼收缩开裂的缺陷，增加砼的抗渗、抗浸蚀性能和强度，防止外来水份渗入内部。

为什么已有技术制造的膨胀水泥的强度与抗硫酸盐浸蚀能力，在同一种熟料和比表面积相似的条件下相比较时反而不及通用水泥呢？因为已有技术是在熟料中加入8～18％的膨胀剂，在水化、水解转化成钙矾石的过程中，主要是膨胀剂中的CA、CA₂、C₄A₃S参与转化，而熟料和辅料中的C₃A、C₂AS、CAS₂转化成钙矾石的量很少，剩余的量较多，尤其是C₃A是抗硫酸浸蚀极差的物质，因此用已有技术生产的膨胀水泥抗硫酸盐浸蚀能力比通用水泥差。另外，由于所加入的膨胀剂的总体强度比通用水泥低，故用已有技术制造的膨胀水泥的强度也比通用水泥低。