CN103951302A

CN103951302A - 一种多用途高钙膨胀熟料及其制备方法

Info

Publication number: CN103951302A
Application number: CN201410147273.9A
Authority: CN
Inventors: 李乃珍; 谢敬坦; 王保全; 蒋玉昆; 张志征
Original assignee: SHIJIAZHUANG GONGNENG BUILDING MATERIALS Co Ltd
Current assignee: SHIJIAZHUANG GONGNENG BUILDING MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2014-07-30

Abstract

本发明涉及一种多用途高钙膨胀熟料，其包括以下重量百分比矿物含量：fCaO75%-84%，C₃S8—12％和C₄AF8—13％。本发明所提供的多用途高钙膨胀熟料既可用于制造高效无声破碎剂，又可用于制造混凝土收缩可以得到完全补偿的混凝土膨胀剂高端产品。本发明另一方面还提供了上述多用途高钙膨胀熟料的制备过程。

Description

一种多用途高钙膨胀熟料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种膨胀熟料，具体涉及一种多用途高钙膨胀熟料及其制备方法。

背景技术

高钙膨胀熟料是一种无机材料，按其矿物组成与用途，目前多采用两个途径进行生产。其中一个途径是生产专门用于制造无声破碎剂的熟料，要求具有高膨胀应力，所含矿物包括fCaO、C₃S、C₄AF、C₃A，所用生料一般为石灰石、铁矿石、粘土。另一个途径是生产专门用于制造混凝土膨胀剂的熟料，膨胀应力显著降低，所含矿物包括fCaO、C₂S、C₂F、C₄A₃ 、fCaSO4，所用生料为石灰石、铝矾土、石膏。目前高钙膨胀熟料存在以下方面的不足，产品化学成分波动大，资源浪费，用途单一，无法同时满足用于制备无声破碎剂和制造混凝土膨胀剂，并且质量稳定性差，贮存期间易风化变质，难以定型与商品化。

由于高效无声破碎剂属高能材料，在一定程度上可取代***，用于贵重石材开采、城市拆迁与混凝土构筑物拆除，安全环保。大体积、大面积、大长度的混凝土工程防裂、抗渗要求很高，需要制造高性能的混凝土膨胀剂，以提高混凝土收缩的补偿效率。国内外市场对制造上述两类产品所需熟料的需求呈快速上升之势，国内外年用量约150—200万吨，但是，目前的材料状态与实际需求不相适应。迫切需要发明一种高钙膨胀熟料，可以同时满足上述两方面的制造需求，避免或消除原本的缺陷。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种多用途的、性能稳定的高钙膨胀熟料，本发明的目的之二在于提供上述高钙膨胀熟料的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种多用途高钙膨胀熟料，其包括以下重量百分比矿物含量：fCaO 75-84%，C₃S 8—12％和C₄AF 8—13％。

进一步的，其中C₃A的含量为0。

进一步的，所述熟料的结粒状态直径为5—20mm，立升重1400±50g/L。

一种上述多用途膨胀熟料的制备方法，其包括制备高钙膨胀生料，将生料进行煅烧，其中生料的组分为石灰石和铁粉。

进一步的，所述生料由以下质量百分比的组分组成：石灰石95—98％，铁粉2—5％，其中石灰石中CaO≥54%，铁粉中Fe₂O₃≥70%。

进一步的，所述生料中Al₂O₃ 与Fe₂O₃的质量比值≦0.64。

进一步的，所述煅烧温度为1400-1440℃。

进一步的，所述煅烧在回转窑、立窑或隧道窑中进行。

进一步的，所述煅烧中所采用的煤为烟煤，其中灰分的质量百分数≤10％、挥发分的质量百分数为30—35％。

本发明取得的有益效果为：

1、本发明提供的高钙膨胀熟料可以用于制造高等级无声破碎剂。除能生产国家标准规定的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个型号的产品外，还能生产标准以外的高热、高寒地区用超Ⅰ型、超Ⅲ型产品；扩大了产品的应用领域。

2、本发明提供的高钙膨胀熟料可以用于制造全补偿型混凝土膨胀剂，有效补偿混凝土收缩，而生产成功完全补偿收缩的混凝土膨胀剂。

3、实现了高钙膨胀熟料的定型化、规模化、商品化生产，避免和减轻了原来利用两个途径生产时用途单一、浪费资源、工艺落后、不利于环境保护的缺陷。

4、避免和减轻了原来利用两个途径生产时容易造成产品质量不稳、风化变质的状况。

具体实施方式

本申请的发明人经过反复试验和创造性的劳动，成功研制出了可以用于多种用途的高钙膨胀熟及其制备方法。

高钙膨胀熟料应用于其他产品的化学反应机理是，将熟料与辅助原料制造成粉状产品，与水拌合，fCaO水化成Ca(OH)₂，并强烈放热、产生体积膨胀。膨胀的大小与fCaO的绝对含量成正比关系。当f-CaO≥75%时，这种膨胀形成的压应力足够大，可以破碎岩石、混凝土构筑物，而生产成功多种型号的高效无声破碎剂。当适当减少熟料用量、调节降低f-CaO绝对含量时，这种膨胀可以控制至适宜范围，有效补偿混凝土收缩，而生产成功完全补偿收缩的混凝土膨胀剂。

为同时达到上述两种使用用途，本发明的设计原理如下：

本发明所提供的熟料的特点是以结晶良好的fCaO为主要矿物，有效含量≥75%；此外，含8—12％C₃S、含8—13％C₄AF；而不允许存在C₃A矿物。之所以不允许C₃A存在，是为了防止制造的无声破碎剂过快水化、导致喷孔；为了防止制造的混凝土膨胀剂促凝、导致混凝土塌落度的损失。

本发明的熟料的制备方法的一种实施方式中：首先制备高钙膨胀生料，然后用窑外分解窑煅烧成熟料。生料中各原料的重量比是石灰石95—98％、铁粉2—5％；要求石灰石中CaO≥54%，铁粉中Fe₂O₃≥70%；不允许在生料中配入粘土、铝矾土、石膏等。另外，本申请中使用的生料中Al₂O₃与Fe₂O₃的比值≦0.64，以保证Al₂O₃只与Fe₂O₃形成C₄AF而不形成C₃A，Fe₂O₃只形成C₄AF而不形成CF。本发明之所以不用粘土、铝矾土、石膏配制生料，是以保证制备的熟料中有较高的fCaO有效含量，并有效防止煅烧时发生还原、结皮事故，有效防止SO2有害气体的排放。

本领域技术人员应该理解，当使用石灰石矿石作为氧化钙来源时，其最终提供的氧化钙含量，与其中的碳酸钙含量及石灰石品级相关。在本申请中，铁粉是指经过选矿的铁矿石粉末。铁矿石为赤铁矿。因此，本发明所用生料的的这一限定可以等同为如下重量百分比界定，石灰石的含量以 CaO 含量计为：51.3-52.9%、铁粉的含量以Fe₂O₃的含量计为1.4-3.5%，各重量百分比都是基于石灰石和铁粉的总重量。上述描述的变形均在符合本发明的精神。

本发明适宜控制煅烧温度1400-1440℃及立升重1400±50g/L，用以利于fCaO形成良好的结晶状态，不会像生石灰那样遇水迅速消化。

本发明中为了获得符合上述要求的高钙膨胀熟料，煅烧温度是1420±20℃。为了避免掺入过多的煤灰，并避免产生还原气氛、避免或减轻结圈，须选用灰分≤10％、挥发分30—35％的优质煤，灰分中硫、碱含量应尽可能低。

本发明的熟料制造中使用的装置没有特别要求，可以为回转窑、立窑或隧道窑。

下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细的说明。

实施例1 高钙膨胀熟料的制备

准备以下质量百分比的生料：石灰石96％，铁粉4％，其中石灰石中CaO的含量为54%，铁粉中Fe₂O₃的含量为73%，Al₂O₃与Fe₂O₃的比例为0.49，将上述原料粉碎、混合粉磨制成生料，用窑外分解窑于1420℃下煅烧成熟料，煅烧所用燃料为煤，煤的灰分含量为9％、挥发分为32％，所得到的高钙膨胀熟料的矿物组成如下：fCaO的有效含量80%；此外，含9％C₃S、含11％C₄AF；而不含C₃A矿物。该熟料的结粒状态为15mm，立升重1400g/L。

实施例2

准备以下质量百分比的生料：石灰石95％，铁粉5％，其中石灰石中CaO的含量为60%，铁粉中Fe₂O₃的含量为75%，Al₂O₃与Fe₂O₃的比例为0.51，将上述原料粉碎、混合粉磨制成生料，用窑外分解窑于1400℃下煅烧成熟料，煅烧所用燃料为煤，煤的灰分含量为10％、挥发分为35％，所得到的高钙膨胀熟料的矿物组成如下：fCaO的有效含量84%；此外，含10％C₃S、含8％C₄AF；而不含C₃A矿物。该熟料的结粒状态为20mm，立升重1450g/L。

实施例3

准备以下质量百分比的生料：石灰石98％，铁粉2％，其中石灰石中CaO的含量为62%，铁粉中Fe₂O₃的含量为75%，Al₂O₃与Fe₂O₃的比例为0.53，将上述原料粉碎、混合粉磨制成生料，用窑外分解窑于1440℃下煅烧成熟料，煅烧所用燃料为煤，煤的灰分含量为8％、挥发分为35％，所得到的高钙膨胀熟料的矿物组成如下：fCaO的有效含量82%；此外，含12％C₃S、含10％C₄AF；而不含C₃A矿物。该熟料的结粒状态为15mm，立升重1400g/L。

实施例4高钙膨胀熟料的应用之一

用实施例1获得的高钙膨胀熟料制造高等级无声破碎剂。除能生产国家标准规定的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个型号的产品外，还能生产标准以外的高热、高寒地区用超Ⅰ型、超Ⅲ型产品；扩大了产品的应用领域，具体产品性能见表1

表1

实施例5高钙膨胀熟料的应用之二

用实施例1获得的高钙膨胀熟料制造的全补偿型混凝土膨胀剂，辅助原料是硫铝酸盐熟料，Al₂O₃≧32%；硬石膏，SO₃≧46%。在标准检验条件下，7d水中限制膨胀率均高于标准指标，可达5—10×10^-4，21d干空限制膨胀率均≥0，补偿效率达100%。对C60以上高强度等级砼的收缩补偿效果尤为突出，干空28d的补偿效率达80%～100%，至一年龄期时仍保持在50%以上。

本发明经实践验证，可靠、可行。用本发明提供的高钙膨胀熟料，生产全补偿性混凝土膨胀剂，膨胀剂用于厚40mm、长400m的钢筋混凝土墙体工程，用于截面积1m²钢管混凝土工程，用于配制水泥基高强灌浆材料，用于制作自应力值1.2Mpa的钢筋混凝土构件，均或成功。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种多用途高钙膨胀熟料，其特征在于：其包括以下重量百分比矿物含量：fCaO 75-84%，C₃S 8—12％和C₄AF 8—13％。

2.根据权利要求1所述的一种多用途高钙膨胀熟料，其特征在于：其中C₃A的含量为0。

3.根据权利要求1所述的一种多用途高钙膨胀熟料，其特征在于：所述熟料的结粒状态为5—20mm，立升重1400±50g/L。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多用途膨胀熟料的制备方法，其特征在于：其包括制备高钙膨胀生料，将生料混合进行煅烧，其中生料的组分为石灰石和铁粉。

5.根据权利要求4所述的一种多用途膨胀熟料的制备方法，其特征在于：其所述生料由以下质量百分比的组分组成：石灰石95—98％，铁粉2—5％，其中石灰石中CaO≥54%，铁粉中Fe₂O₃≥70%。

6.根据权利要求4所述的一种多用途膨胀熟料的制备方法，其特征在于：所述生料中Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比值≦0.64。

7.根据权利要求4所述的一种多用途膨胀熟料的制备方法，其特征在于：所述煅烧温度为1400-1440℃。

8.根据权利要求4所述的一种多用途膨胀熟料的制备方法，其特征在于：其所述煅烧在回转窑、隧道窑、窑外分解窑或立窑中进行。

9.根据权利要求4所述的一种多用途膨胀熟料的制备方法，其特征在于：煅烧中采用的煤为灰分≤10％、挥发分为30—35％。