一種水泥混凝土用高效膨脹熟料、其制備方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料混凝±外加劑技術領域，具體設及一種水泥混凝±用高效膨 脹熟料、其制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002] 混凝±材料是一種來源廣泛、價格低廉的建筑材料，隨著混凝±科學技術的發(fā)展， 混凝±材料在各種建筑工程中的應用也越來越廣泛。然而，水泥混凝±由于自身的水化反 應及周圍環(huán)境介質的失水過程，存在著自收縮、干燥收縮和溫降收縮，約束條件下易產(chǎn)生收 縮開裂，嚴重影響混凝±的耐久性。水泥混凝±的收縮變形開裂已經(jīng)為工程界普遍關注，采 用膨脹材料補償水泥混凝±的收縮在理論上也為人們所達成共識。利用膨脹組分在水化過 程中產(chǎn)生的體積膨脹補償水泥基材料的收縮，是減少混凝±結構開裂，提高混凝±結構穩(wěn) 定性的重要措施之一。
[0003] 目前我國混凝±結構工程中普遍采用W巧抓石為主要膨脹源的硫侶酸巧類膨脹 劑。已公開的文獻表明，國內大多數(shù)膨脹劑生產(chǎn)廠家主要采用W硬石膏提供5〇3，^抓±、地 開石等天然礦物提供可溶性Ah〇3的技術路線，制定不同的生產(chǎn)配方。近年來隨著經(jīng)濟的高 速發(fā)展，過度地開采致使我國侶±礦資源、硬石膏資源日趨匿乏，資源保有儲量快速下降， 導致膨脹劑生產(chǎn)成本提高。另外，很多企業(yè)基于成本考慮，采用價格低廉、Ah化和S〇3含量低 的原料，導致膨脹劑的膨脹性能較低。抓±等寶貴的礦產(chǎn)資源過度開采，不利于保護生態(tài)環(huán) 境和資源的節(jié)約，有惇于中國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，迫切需要新的替代產(chǎn)品。
[0004]公開號〔化022194224的中國專利文獻公開了一種利用石灰石和1-5%的鐵粉作為 原料混合般燒制備混凝±膨脹劑的方法。此種膨脹劑采用磁鐵礦、赤鐵礦等冶煉鋼鐵的自 然礦源作為鐵粉原料，不利于礦產(chǎn)資源的節(jié)約和環(huán)境保護;且膨脹劑的膨脹效能基本在水 化齡期3d內基本發(fā)揮完全、存在膨脹效能低，般燒溫度高等缺點。
[0005][0006][0007][000引公開號CN104671687A的中國專利文獻公開了一種石灰石、儀渣、石膏、鐵渣和分散 灰塵制備混凝±膨脹劑的方法。此種方法的般燒溫度高、能耗高，不利于節(jié)能環(huán)保。20~ 40%的儀砂在1300~1700°C下般燒形成的死燒方儀石膨脹組分，存在后期延遲性膨脹的缺 點。
[0009]上述膨脹劑都是利用鐵粉、粉煤灰、娃灰石粉、焦炭、儀渣和分散灰塵等作為替代 原料制備混凝±膨脹劑，普遍存在水化速度快、膨脹效能低;制備能耗高，工藝復雜等問題。 因此，亟需對上述問題進行解決，大量利用固體廢棄物的同時優(yōu)化其膨脹效能。
[0010] 硫鐵礦燒渣是硫鐵礦制備過程中的副產(chǎn)品，其主要成分為Fe2〇3、Al2〇3、Si〇2和S〇3 等。近幾年我國每年用硫鐵礦制硫酸約為1400萬噸，每生產(chǎn)1噸硫酸要產(chǎn)出0.7~1.0噸的燒 渣;全國每年排出超過1000萬噸的燒渣，約占化工廢物的30%。如不及時處理或處理不當， 大量硫鐵礦燒渣對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成嚴重污染，危害人體健康。
[0011]稻殼灰主要由Si化、C和Al2〇3等組成。稻殼灰主要來源于稻殼的燃燒和熱解。我國 是稻谷生產(chǎn)大國，每年約產(chǎn)生4000萬噸W上的稻殼。隨著稻谷加工技術的發(fā)展，稻殼日積月 累存積過多，如何處理稻殼成為加工企業(yè)必須解決的問題。隨著節(jié)能環(huán)保意識的增強，稻殼 作為一種生物質燃料，將其燃燒或熱解為發(fā)電或生產(chǎn)蒸谷米等提供能量。W稻殼作為可再 生燃料應用的優(yōu)選方式，得到國家的鼓勵和支持，建設W稻殼為燃料的生物質發(fā)電廠，或將 已有小火電機組改造成生物質燃料機組，已列入我國可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃中的重點 領域。然而稻殼燃燒后形成的稻殼灰，如不及時處理同樣存在資源浪費和環(huán)境污染的問題。 [001^ 利用固體廢棄物(硫鐵礦燒渣、稻殼灰）中含有較多的化203、41203油02、巧日503等， 制備混凝±膨脹劑，對于節(jié)約資源，保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0013] 基于利用固體廢棄物(硫鐵礦燒渣、稻殼灰）的考量，針對現(xiàn)有技術中利用替代原 料制備的膨脹劑，普遍存在水化速度快、膨脹效能低，制備能耗高，工藝復雜等問題，本發(fā)明 提供了一種利用硫鐵礦燒渣、稻殼灰等工業(yè)廢棄物制備混凝±高效膨脹熟料及其制備方 法。
[0014] 本發(fā)明的目的是提供一種高膨脹效能、提升水泥混凝±強度的高效膨脹熟料。該 膨脹熟料由石灰石提供巧源，充分利用硫鐵礦燒渣、稻殼灰等固體廢棄物中的化2〇3、Ab化、 Si化、C和S〇3等物質，在保證原料完全反應的前提下，低溫般燒制備所得。
[0015] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術方案如下：
[0016] -種水泥混凝±用高效膨脹熟料，其包含W下組分，各組分所占質量百分比為： 位 CaQ; 30~60wt%, Fc-2〇.;; 5 ~40wW,， C?S: 3~1 Owl%，
[0017] C4AF： 2~l〇wt〇/〇r Si〇7： 3 ~15wl%， Fe： 3~12、vl%， CAgSi k'8wt%'。
[0018] 本發(fā)明所述一種水泥混凝±用高效膨脹熟料的制備方法，包括如下步驟：
[0019] (1)將石灰石、硫鐵礦燒渣和稻殼灰混合粉磨成比表面積150~400m2/kg的生料；
[0020] (2)將步驟（1)制得的生料置于1100~1350°C下般燒30~120min，般燒后在空氣中 澤冷，獲得水泥混凝±用高效膨脹熟料；
[0021] (3)將步驟(2)制得的水泥混凝±用高效膨脹熟料粉磨至比表面積200~450m2/kg 的粉料；
[0022] 所述水泥混凝±用高效膨脹熟料的原料組成：石灰石:60~80wt%，硫鐵礦燒渣： 15 ~30wt%，稻殼灰:5 ~lOwt%。
[0023] 所述硫鐵礦燒渣的主要化學成分優(yōu)選：Fe2〇3:30~70wt%，Al2〇3:15~45wt%， Si〇2:10~55wt%，S〇3:l~5wt%;所述稻殼灰的主要化學成分優(yōu)選:Si〇2:55~75wt%，C:25 ~35wt%，Al2化:3~8wt% ;所述石灰石原料，優(yōu)選化0含量含53%的石灰石原料。
[0024] 所述生料和水泥混凝±用高效膨脹熟料需達到通常的生料和膨脹熟料對粉磨細 度的要求。作為優(yōu)先方案，所述生料的比表面積150~40(WVkg;所述膨脹熟料的比表面積 為 200 ~450mVkg。
[0025] 本發(fā)明對膨脹熟料般燒制備的裝置及生料所處的狀態(tài)無特別限制。膨脹熟料可W 在立害、隧道害、漉道害或回轉害中般燒制備。作為優(yōu)選方案，所述膨脹熟料采用回轉害制 備。
[00%]步驟(2)中所述生料置于1100~1350°C溫度下般燒30~120min，作為優(yōu)選方案，所 述般燒溫度為1200~1300°C，般燒時間為60min。
[0027]本發(fā)明所述的一種水泥混凝±用高效膨脹熟料：f-CaO經(jīng)水反應形成Ca(0H)2; Fe2〇3和Fe在堿溶液條件下形成Fe(0H)3;C4A3S在堿性條件下易形成巧抓石。本發(fā)明所述的高 效膨脹熟料兼具氨氧化巧、氨氧化鐵和巧抓石Ξ種膨脹源的優(yōu)點，具有較大的膨脹效能。 [00%]本發(fā)明所述的一種水泥混凝±用高效膨脹熟料滲入混凝±中，膨脹熟料中C4AF具 有一定的早期強度;Si〇2粉體具有密實混凝±孔隙結構的效用；C2S具有穩(wěn)定混凝±材料后 期強度的效果。本發(fā)明所述的高效膨脹熟料具有提升混凝±強度、密實混凝±孔隙結構的 效用。
[0029] 所述水泥混凝±用高效膨脹熟料可與分散性載體混合，從而形成水泥混凝±用膨 脹劑;所述分散性載體為高爐礦渣、銅渣或