CN102390947A - 磷石膏矿物外加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

磷石膏矿物外加剂及其制备方法。磷石膏矿物外加剂由工业废渣磷石膏和改性剂及复配工业废渣粉或矿石粉组成。矿物外加剂母体改性脱水石膏组分的重量％为：干磷石膏渣95～97，改性剂3～5，二者之和为100；矿物外加剂组分的重量％为：热状改性脱水石膏＞50，干冷状磷石膏渣＜50，二者之和为100；复合矿物外加剂组分的重量％为：矿物外加剂51～70，废渣粉或矿石粉30～49，二者之和为100。制备方法为配方混合、改性处理、配矿物外加剂、复配几个步骤。用矿物外加剂拌合混凝土可以节约替代水泥5～15％。为磷石膏类工业废渣找到利用途径。

Description

磷石膏矿物外加剂及其制备方法

一、所属技术领域，本发明涉及利用工业废渣磷石膏制造混凝土矿物外加剂，属于建筑材料制造领域。

二、背景技术

高强高性能混凝土用矿物外加剂是在混凝土搅拌过程中加入的，具有一定细度和活性的用于改善新拌和硬化混凝土性能特别是混凝土工作性能耐久性的某些矿物类的产品。现有的矿物外加剂，俗称掺合料，有磨细或风选筛分粉煤灰、磨细矿渣、磨细天然沸石、磨细石灰石粉或其它石粉、偏高岭土、硅藻土、页岩、锻烧粘土等。

化学石膏渣是工业生产中产生的以含CaSO₄·2H₂O为主要成分的废渣，按来源不同，分为磷石膏、排烟脱硫石膏、盐石膏、氟石膏、碱石膏、苏打石膏等，其中，排放堆积量最大的是磷石膏。磷石膏渣是湿法磷酸生产产生的废渣，每生产1吨磷酸排出磷石膏渣约5吨。磷石膏含CaSO₄·2H₂O 65％-96％，此外还含有其它硫酸盐、磷酸盐、硅化合物、少量有害化合物氟化物、游离酸等。磷石膏渣在我国利用率仅10％左右。此类废渣长期堆放，占据土地资源，还对环境造成污染。近年来，国内开展了利用这类废渣的研究工作，CN1037324发明了“作水泥缓凝剂的磷石膏改性方法”，方法为用磷石膏加入一种天然矿物或工业废渣，经加热，保温，冷却后即可用作水泥生产的缓凝剂。该缓凝剂可以提高水泥的缓凝效果及抗压强度等物理性质，但是还未用于混凝土拌合中用作混凝土外加剂。CN200710066231.2发明了“磷石膏缓凝高效减水剂的制备方法”，以磷石膏工业废渣为原料，加入改性剂改性处理，低温干燥，粉细，加入表面活性剂复配，得到磷石膏缓凝高效减水剂。用于水泥混凝土拌合过程，可以使减水率提高，高于国标要求≥12％，终凝时间达24h以上，仍保持28d抗压强度比≥120％，可以取代节约水泥5％。该发明为磷石膏渣产品应用于水泥混凝土找到新出路，取得积极效果，但是取代节约水泥量还不够高。

三、发明内容

1、发明的目的：是改进高强高性能混凝土矿物外加剂的制备方法，将磷石膏矿物外加剂用于拌合混凝土，取代节约水泥效果明显。

2、发明的技术方案：发明的构思是将经化学反应生成的磷石膏工业废渣，以CaSO₄·2H₂O为主成分，含有游离酸等有害物质，经过改性处理加以利用。具体方案是：(1)磷石膏矿物外加剂，由工业废渣磷石膏和及工业废渣粉或矿石粉组成，共配方是：①磷石膏矿物外加剂母体改性脱水石膏组分的重量％为：干磷石膏渣95～97，改性剂3～5，二者之和为100，磷石膏渣中CaSO₄·2H₂O含量的重量％为65～96，改性剂为NaOH、Na₂O、Na₂CO₃、NaHCO₃、CaO、Ca(OH)₂、AI(OH)₃中的一种或含有上述碱性物的工业废渣中的一种：②磷石膏矿物外加剂组分的重量％为热状改性脱水石膏＞50，干冷状磷石膏渣＜50，二者之和为100；③复合磷石膏矿物外加剂组分的重量％为磷石膏矿物外加剂51～70，工业废渣粉或矿石粉30～49，二者之和为100，工业废渣粉或矿石粉为从粉煤灰、高炉矿渣粉、钢渣粉、石灰石粉、焙烧页岩粉、硅藻土粉中任选一种；(2)磷石膏矿物外加剂的制备方法，包括母体配方混合，改性处理，配磷石膏矿物外加剂，复合磷石膏矿物外加剂配制几个步骤，具体做法是：①母体配方混合：将干磷石膏渣与改性剂按组分配好，混合料的PH值为7～14，放入混合机，混合处理0.1～1h；②改性处理：将混合处理好的配方料放入烘干机中，在温度为200℃～＜300℃条件下，烘干处理0.1～1h，得到化学成分为CaSO₄·0.15～0.6H₂O和CaSO₄的改性脱水石膏；③配磷石膏矿物外加剂：将热状改性脱水石膏与冷状磷石膏渣混合，混合料比例的重量％比为热状改性脱水石膏＞50，干冷状磷石膏渣＜50，二者相加之和为100，在混合机中混合处理0.1～0.5h，即得到混凝土磷石膏矿物外加剂掺合料产品；④复配磷石膏矿物外加剂系列产品：将所得磷石膏矿物外加剂掺合料与工业废渣粉或矿石粉按比例混合，比例的重量％比为矿物外加剂∶废渣粉或矿石粉＝51～70∶30～49，二者之和为100，废渣粉、矿石粉为从粉煤灰、高炉矿渣粉、钢渣粉、石灰石粉、焙烧页岩粉、硅藻土粉中任选一种，粒度为＜0.5mm，混合处理0.1～0.5h，即得到混凝土磷石膏矿物外加剂复合掺合料产品；掺合料及复合掺合料可供不同用途使用，可以替代混凝土配合比中的水泥用量，节约水泥5-15％。本发明的矿物外加剂拌合於混凝土中，微细粉掺入能改善混凝土的孔结构，不仅起填充作用，还参与了水泥的水化反应。半水石膏转化为二水石膏生成新的晶体，并且二水石膏还进一步与水泥熟料矿物中的矿相铝酸钙发生反应，生成水化硫铝酸钙结晶，此类柱状或针状的细小晶体会使水泥混凝土的密实性增强，强度提高，同时水泥水化浆体的孔结构细化又改善了混凝土拌合物的和易性，它的分散润滑作用还可减少混凝土用量。水泥水化反应过程及水泥浆体硬体硬化过程有了这些矿物细粉掺合料的参与，对混凝土早期及后期强度的形成及抗渗性能的提高产生了明显的积极效果。

3、发明的积极效果：(1)本发明为磷石膏渣工业废渣及粉煤灰、钢渣粉等工业废渣的利用找到了新途径，将废物资源化利用，有利于环境保护。(2)所发明的制备方法简单易行，易于工业化生产；(3)特别是将磷石膏渣粉直接与热状改性脱水石膏按一定比例配合为矿物外加剂掺合料有利于节约能源。(4)拌合混凝土可以节约替代水泥5％～15％。

四、实施例

实例1、取堆场所存磷石膏废渣4kg，渣中CaSO₄·2H₂O含量的重量％为96，取1g样品预先在干燥箱中于温度为45±5℃干燥1小时，冷却，测出附着水，然后按干磷石膏渣∶CaO的重量％比＝95∶5，二者之和为100配方，在混合机中混合处理0.1h后，放入烘干机，在温度为200℃改性处理1h，得成分为CaSO₄·(0.15～0.6)H₂O和CaSO₄混合物的改性脱水石膏，将热状改性脱水石膏与干冷状磷石膏渣按重量％比为60∶40比例，二者之和为100，充分利用余热混合，即制得混凝土磷石膏矿物外加剂掺合料1号产品；

实例2、取混凝土磷石膏矿物外加剂1号产品与粉煤灰按重量％比为60∶40，二者之和为100的比例混合0.5h，即复配为混凝土磷石膏矿物外加剂复合掺合料产品1。

实例3、取所制得的混凝土矿物外加剂1号产品与磨细为粒度0.4mm的钢渣粉按重量％比＝70∶30，二者之和为100的比例混合，即配成高强高性能混凝土磷石膏矿物外加剂复合掺合料产品2。

表1矿物外加剂掺合料混凝土性能表

注：按CB8076-1997《混凝土外加剂》国标进行试验。

表2矿物外加剂掺合料泵送混凝土性能试验

注：依照建材行业标准JC473-201《混凝土泵送剂》进行试验。

表3矿物外加剂掺合料混凝土抗渗试验

注：抗渗试验参照DL/T5150-2001电力行业标准《水工混凝土试验规程》进行。

Claims (2)

1.磷石膏矿物外加剂，由工业废渣磷石膏和改性剂及工业废渣粉或矿石粉组成，其特征是：

1.1磷石膏矿物外加剂母体改性脱水石膏组分的重量％为：

干磷石膏渣      95～97

改性剂          3～5

二者之和为100，

磷石膏渣中CaSO₄·2H₂O含量的重量％为65～96，改性剂为NaOH、Na₂O、Na₂CO₃、NaHCO₃、CaO、Ca(OH)₂、AI(OH)₃中的一种或含有上述碱性物的工业废渣中的一种：

1.2磷石膏矿物外加剂，由热状改性脱水石膏和磷石膏渣组成，其特征是：

1.2.1磷石膏矿物外加剂组分的重量％为：

热状改性脱水石膏  ＞50

干冷状磷石膏渣    ＜50

二者之和为100，

1.2.2复合磷石膏矿物外加剂组分的重量％为：

磷石膏矿物外加剂    51～70

工业废渣粉或矿石粉  30～49

二者之和为100，

工业废渣粉或矿石粉为从粉煤灰、高炉矿渣粉、钢渣粉、石灰石粉、焙烧页岩粉，硅藻土粉中任选一种：

2.权利要求1所述的磷石膏矿物外加剂的制备方法，包括母体配方混合，改性处理，配磷石膏矿物外加剂、复合磷石膏矿物外加剂配制步骤，其特征是：

2.1母体配方混合：将干磷石膏渣与改性剂，按组分配方配好，混合料的PH值为7～14，放入混合机，混合处理0.1～0.5h；

2.2改性处理：将混合处理好的配方料放入烘干机中，在温度为200℃～＜300℃条件下，烘干处理0.1～1h，得到化学成分转变为CaSO₄·0.15～0.6H₂O和CaSO₄的改性脱水石膏；

2.3配磷石膏矿物外加剂，将改性处理后的热状改性脱水石膏与干冷状磷石膏渣按配方配合好，在混合机中混合处理0.1～0.5h，进行热交换，即得到混凝土矿物外加剂俗称掺合料产品；

2.4复合磷石膏矿物外加剂配制，将矿物外加剂与工业废渣粉按配方比例混合，在混合机中，混合处理0.1～0.5h，即得到混凝土复合磷石膏矿物外加剂俗称复合掺合料产品；掺合料及复合掺合料产品，供需要不同及施工环境不同的混凝土使用，替代混凝土配合比中的水泥用量，节约水泥5～15％。