CN116395999A - 一种钙镁复合膨胀剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钙镁复合膨胀剂及其制备方法和应用，属环保和建材生产技术领域。将电石炉净化灰高温煅烧成不含炭的煅烧渣。膨胀剂由电石炉净化灰煅烧渣85‑100份，生石灰0‑15份复合组成，控制膨胀剂氧化钙氧化镁质量比为1‑1.5:1，球磨成细度300目筛余小于等于10％。本发明利用电石炉净化灰煅烧渣高钙、高镁的特点，掺入生石灰的调控膨胀剂氧化钙氧化镁质量比，膨胀剂能达到T/CECS10082‑2020《混凝土用钙镁复合膨胀剂》的标准要求。本发明制备方式简单、绿色环保低碳，大大降低了生产成本，具有显著的环保、社会和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及环保和建材生产技术领域，特别是涉及一种钙镁复合膨胀剂及其制备方法和应用。
背景技术
电石炉净化灰渣是电石生产工艺中产生的固体废弃物，净化灰的外观呈现为黑色，其中氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)含量接近60％，炭和挥发物质组分含量30％左右，硅铝含量10％左右。此外，还含有一定量的电石粉、硫、磷等杂质。净化灰的细度大，燃点低，在接触到空气后极易发生自燃，具有较高的安全隐患。目前电石行业对净化灰渣的主要处理方式为填埋。可是因其易燃的性质，时常烧毁运输车辆，而且净化灰渣在排放时很容易分散，严重污染空气。此外，填埋的净化灰渣还极易对环境和地下水造成严重污染。需寻求其他安全处置方法。
膨胀剂主要应用于建筑材料中，尤其在混凝土中运用的较多，目的是利用膨胀剂与水接触反应后自身产生定量的体积膨胀，以补偿混凝土自身的收缩，从而防止其收缩开裂，影响结构、功能和外观。是很多重要工程的必要材料。
目前应用较为广泛的膨胀剂有：硫铝酸盐类、氧化钙类、氧化镁类、复合型等。钙镁复合膨胀剂利用氧化钙和氧化镁这两种物质的水化膨胀特性，用于补偿混凝土材料水化过程中早期温降收缩和后期的干燥收缩，达到分阶段、全过程补偿混凝土的收缩开裂的目的。
刘加平等公开了一种氧化镁复合膨胀剂在低水胶比高性能混凝土中的收缩补偿特性研究，将氧化钙与一定比例氧化镁复配，利用氧化钙的早期膨胀特性，高活性氧化镁的中期膨胀特性以及低活性氧化镁的后期膨胀特性，实现膨胀历程的调控，达到补偿混凝土收缩的效果。但是用这种方法制备复合膨胀剂时需将天然石灰石和菱镁矿单独煅烧生产，再分别粉磨成粉，最后将不同比例细粉复配混合后制得氧化镁复合膨胀剂，生产工艺复杂，能源消耗和碳排放高。且该工艺在生产氧化镁时需要采用高品位的菱镁矿，而菱镁矿主要集中在我国辽宁海城等地，产地单一，储量有限，用来生产混凝土用氧化镁膨胀剂经济性不高，不易在全国范围内推广应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种钙镁复合膨胀剂及其制备方法和应用，本发明利用电石工业生产的净化灰渣经过高温除炭预处理和科学配方后制备一种钙镁复合型膨胀剂，以解决电石炉净化灰渣造成的环境污染以及资源循环利用问题。利用高温煅烧将电石炉净化灰渣中的可燃炭及一些易燃硫磷等杂质煅烧去除，煅烧后的灰渣中的主要矿物成分为CaO和MgO，两者含量大于75％及以上，其中游离MgO含量在30％-40％。根据《混凝土用钙镁复合膨胀剂》的标准要求MgO含量在30％-50％，煅烧后的灰渣MgO含量在此范围之内。由于不同电石厂产生的电石炉净化灰煅烧渣中钙镁含量存在的差异，故需对净化灰煅烧渣中的钙镁比例进行适当的调控，将膨胀剂早期和后期膨胀率在适当的范围，达到钙镁复合膨胀剂的标准要求。经过研究，本发明通过掺入氧化钙含量大于80％的生石灰调控氧化钙氧化镁质量比在1-1.5：1的范围内，制备的钙镁复合型膨胀剂能够达到T/CECS 10082-2020《混凝土用钙镁复合膨胀剂》的标准要求。本发明涉及的制备方法较为简单，可推广应用。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种钙镁复合膨胀剂，包括以下质量份数的组分：
电石炉净化灰煅烧渣85-100份和生石灰0-15份。
优选的，包括以下质量份数的组分：电石炉净化灰煅烧渣90-95份和生石灰5-10份。
优选的，所述生石灰中的活性氧化钙含量≥80％。
优选的，控制所述钙镁复合膨胀剂中氧化钙与氧化镁质量比为1-1.5:1，球磨细度300目筛余≤10％，比表面积≥250m2/kg。
优选的，所述电石炉净化灰煅烧渣的制备方法包括：将电石炉净化灰渣在600-1300℃下煅烧30-120min。
优选的，所述电石炉净化灰煅烧渣的制备方法包括：将电石炉净化灰渣在800℃下煅烧60±10min。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的钙镁复合膨胀剂的制备方法，包括以下步骤：将电石炉净化灰高温煅烧除炭，煅烧渣和生石灰混合、研磨，得到钙镁复合膨胀剂。
本发明还提供了上述技术方案所述的钙镁复合膨胀剂在制备水泥混凝土中的应用。
优选的，所述钙镁复合膨胀剂在水泥混凝土中使用的质量百分量为水泥质量的0-15％。
本发明相关说明：
1.生石灰的加入量主要通过检测单掺电石炉净化灰煅烧渣的砂浆在20℃水中7d和20℃空气中21d限制膨胀率是否达到标准要求，确定生石灰的加入量。
2.膨胀剂的细度满足300目筛余≤10％的条件下加入，使浆体的膨胀更加均匀，避免应力集中而导致开裂。本复合膨胀剂通过内掺10％的方式进行水泥安定性试验，安定性能达标。
3.本膨胀剂在水泥混凝土中的适用范围在0-15％，产品生产后采用防潮袋密封保存，有效期6个月。
与现有技术产品相比，本发明具有以下特点：
1.本发明所述的电石炉净化灰煅烧渣钙镁复合膨胀剂的制备方法科学合理，由于不同电石厂产生的净化灰煅烧渣渣中钙镁含量存在差异，有时单独使用煅烧净化灰渣无法满足钙镁复合膨胀剂的膨胀标准要求，故使用掺入高氧化钙含量生石灰的方式来补充钙质膨胀组分，调控钙质膨胀组分与镁质膨胀组分的质量比例在1-1.5：1的范围内，使用这种方法制备的钙镁复合膨胀剂，能更好的满足膨胀剂各项指标。
2.本发明所述的钙镁复合膨胀剂的制备方法简单，将电石炉净化灰渣通过高温煅烧除炭，冷却至室温，再掺入适量生石灰调节净化灰煅烧渣中钙镁比例，将两者混合后球磨到300目筛余≤10％，比表面积≥250m2/kg，即能得到所述的钙镁复合膨胀剂。
3.本发明以电石炉净化灰煅烧渣为主要原料生产混凝土钙镁复合膨胀剂，实现电石炉净化灰渣的安全治理和循环利用，有效控制环境污染和减少资源浪费，具有显著的环保和经济效益。
4.与现有钙镁复合膨胀剂产品相比，本发明使用的主要原料电石炉净化灰渣为一种工业固废，有效降低钙镁复合膨胀剂的生产成本。
具体实施方式
本发明提供了一种钙镁复合膨胀剂，包括以下质量份数的组分：电石炉净化灰煅烧渣85-100份和生石灰0-15份。
本发明提供的钙镁复合膨胀剂包括质量份数为85-100份的电石炉净化灰煅烧渣，优选为90-95份。在本发明中，所述电石炉净化灰煅烧渣的制备方法包括：将电石炉净化灰渣在600-1300℃下煅烧30-120min，更优选包括将电石炉净化灰渣在800℃下煅烧60±10min。在本发明中，所述电石炉净化灰煅烧渣主要化学成分所占质量百分比：MgO、CaO含量≥75％，MgO含量30％-40％。
本发明提供的钙镁复合膨胀剂包括质量份数为0-15份的生石灰，优选为5-10份。在本发明中，所述生石灰中活性CaO含量≥80％。
在本发明中，所述钙镁复合膨胀剂的细度为300目筛余≤10％，比表面积≥250m2/kg。
本发明还提供了上述技术方案所述的钙镁复合膨胀剂在水泥混凝土中的应用的质量百分含量优选为水泥质量的0-15％。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的钙镁复合膨胀剂的制备方法，包括以下步骤：将电石炉净化灰经过高温煅烧，将煅烧渣和生石灰混合、研磨，得到钙镁复合膨胀剂。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将电石炉净化灰渣在800℃高温煅烧60分钟除炭，净化灰煅烧渣冷却后使用球磨仪粉磨至300目筛余≤10％，比表面积≥250m2/kg的粉末，即得钙镁复合膨胀剂。
电石炉净化灰煅烧渣主要化学成分百分比：MgO、CaO含量之和77.8％，其中MgO含量38.7％。膨胀剂中氧化钙和氧化镁的质量比为1.01:1。
实施例2
先将电石炉净化灰渣在800℃高温煅烧60分钟除炭，再将95份电石炉净化灰渣煅烧渣和5份氧化钙含量大于85％的生石灰按照比例配料后，使用球磨仪粉磨至300目筛余≤10％，比表面积≥250m2/kg的粉末，即得钙镁复合膨胀剂，其余同实施例1。
膨胀剂中氧化钙和氧化镁的质量比为1.12:1。
实施例3
先将电石炉净化灰渣在800℃高温煅烧60分钟除炭，再将90份电石炉净化灰渣煅烧渣和10份氧化钙含量大于85％的生石灰按照比例配料后，使用球磨仪粉磨至300目筛余≤10％，比表面积≥250m2/kg的粉末，即得到钙镁复合膨胀剂，其余同实施例1。
膨胀剂中氧化钙和氧化镁的质量比为1.25:1。
实施例4
先将电石炉净化灰渣在800℃高温煅烧60分钟除炭，再将85份电石炉净化灰渣煅烧渣和15份氧化钙含量大于85％的生石灰按照比例配料后，使用球磨仪粉磨至300目筛余≤10％，比表面积≥250m2/kg的粉末，即得钙镁复合膨胀剂，其余同实施例1。
膨胀剂中氧化钙和氧化镁的质量比为1.40:1。
对照例
使用不掺加膨胀剂的水泥砂浆作为实施例1-4的空白对照。
T/CECS 10082-2020《混凝土用钙镁复合膨胀剂》是对现行GB/T 23439-2017《混凝土膨胀剂》、DL/T 5296-2013《水工混凝土掺用氧化镁技术规范》、CBMF 19-2017《混凝土氧化镁膨胀剂》的补充。
参照标准T/CECS 10082-2020《混凝土用钙镁复合膨胀剂》规定的方法测试实施例1-4的物理性能测试。结果如下。
表1为实施例1-4制备的钙镁复合膨胀剂的检测指标
上述实施例1结果表明，单独将电石炉净化灰煅烧渣作为复合膨胀剂可能无法达到标准要求，通过掺入生石灰的方式调控钙镁质量比，既能达到经济节约的目的，又能达使复合膨胀剂性能到标准要求。
实施例2-4所得膨胀剂满足性能指标要求，且实施例2符合Ⅰ型膨胀剂指标要求，实施例3-4符合Ⅱ型膨胀剂指标要求，限制膨胀率高，对早期和后期强度影响小，膨胀期体积稳定，对胶砂的性能无不利影响。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (9)
1.一种钙镁复合膨胀剂，其特征在于，包括以下质量份数的组分：
电石炉净化灰煅烧渣85-100份和生石灰0-15份。
2.根据权利要求1所述的钙镁复合膨胀剂，其特征在于，包括以下质量份数的组分：电石炉净化灰煅烧渣90-95份和生石灰5-10份。
3.根据权利要求1或2所述的钙镁复合膨胀剂，其特征在于，所述生石灰中的活性氧化钙含量≥80％。
4.根据权利要求1所述的钙镁复合膨胀剂，其特征在于，控制所述钙镁复合膨胀剂中氧化钙与氧化镁质量比为1-1.5:1，球磨细度300目筛余≤10％，比表面积≥250m2/kg。
5.根据权利要求1所述的钙镁复合膨胀剂，其特征在于，所述电石炉净化灰煅烧渣的制备方法包括：将电石炉净化灰渣在600-1300℃下煅烧30-120min。
6.根据权利要求5所述的钙镁复合膨胀剂，其特征在于，所述电石炉净化灰煅烧渣的制备方法包括：将电石炉净化灰渣在800℃下煅烧60±10min。
7.一种权利要求1-6任一项所述的钙镁复合膨胀剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将电石炉净化灰高温煅烧除炭，煅烧渣和生石灰混合、研磨，得到钙镁复合膨胀剂。
8.权利要求1～6任一项所述的钙镁复合膨胀剂在制备水泥混凝土中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述钙镁复合膨胀剂在水泥混凝土中使用的质量百分量为水泥质量的0-15％。
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2023
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