專利名稱：鋼渣水泥膨脹劑及其膨脹水泥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料，具體地是一種鋼渣水泥膨脹劑及其膨脹水泥。
按引起膨脹的化學(xué)反應(yīng)分類，膨脹水泥大致分為以形成鈣礬石相為膨脹組分的膨脹水泥，利用氧化鈣水化的膨脹水泥(如日本的石灰系膨脹劑)，利用氧化鎂水化的膨脹水泥，利用金屬氧化物的膨脹水泥和摻加復(fù)合膨脹劑的水泥。
利用石灰的膨脹作用制成的膨脹劑，因其水化速度過快，一般認(rèn)為它不是一個(gè)有效的膨脹組分，所以發(fā)展的比較慢。但小野田水泥公司卻于1971年在世界上首先成功的實(shí)現(xiàn)了石灰系(O型膨脹劑)膨脹性混合材料的商品化。石灰系(O型)膨脹劑由小野田水泥公司研制成功，它是用石灰石、粘土和石膏制成生料，經(jīng)煅燒而成，熟料中游離氧化鈣含量為30％～50％，粉磨成品摻入水泥用量的8％～9％，可制備補(bǔ)償收縮混凝土。
為了調(diào)節(jié)石灰系(O型)膨脹性混合材料中CaO的水化速度，可采用以下措施(1)通過高溫?zé)墒笴aO的結(jié)晶粗大化，使CaO結(jié)晶包裹于其他結(jié)晶之中，用易水化物質(zhì)把CaO結(jié)晶被覆起來。(2)調(diào)整細(xì)度等。
鋼渣中的游離石灰是固溶態(tài)的。它的水化比較緩慢。類似于O型膨脹劑，但鋼渣不用再煅燒，直接調(diào)整其細(xì)度(或比表面積)就可很好的控制膨脹。利用過燒石灰時(shí)，過燒的部分喪失了水化活性，或部分活性減弱，這可使石灰的水化活性降低，由此而達(dá)到控制水化的目的。
凡以平爐、轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要組成，加入一定量?；郀t礦渣和適量石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為鋼渣礦渣水泥。鋼渣的摻入量，以重量計(jì)，不少于35％，必要時(shí)，可摻入重量不超過20％的硅酸鹽水泥熟料。鋼渣礦渣水泥的細(xì)度，以比表面積計(jì)，不得小于350m2/kg。用篩析法測定時(shí)，在0.08mm方孔篩上篩余不得超過8％。鋼渣不僅單獨(dú)能水化硬化，又可做為礦渣的堿性激發(fā)劑。摻加礦渣對于消除游離石灰的危害，改善安定性有很大幫助。主要缺點(diǎn)是早期強(qiáng)度較低，冬季施工困難，但后期強(qiáng)度能不斷增長，后期強(qiáng)度高，具有與礦渣硅酸鹽水泥相似的物理力學(xué)性能。
摻加鋼渣膨脹劑的水泥可用于補(bǔ)償水泥混凝土的收縮、建筑物的自防水層面板、防滲樓板、倉庫地下室以及地下建筑物等，整體澆注的水池、油罐或以混凝土預(yù)制板拼裝水池或油罐時(shí)的后澆縫、基礎(chǔ)等建筑物的后澆縫，礦井、管道搶修堵漏等。
本發(fā)明的目的是利用鋼渣，節(jié)約水泥用量，降低成本，廢物利用，提出一種鋼渣水泥膨脹劑及其膨脹水泥。
本發(fā)明的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的種鋼渣水泥膨脹劑，其特征在于將鋼渣粉磨至比表面積300～450m2/kg，得到一種鋼渣水泥膨脹劑，將上述的鋼渣水泥膨脹劑摻加到硅酸鹽水泥中，即得一種膨脹水泥，硅酸鹽水泥和鋼渣水泥膨脹劑的重量％比如下硅酸鹽水泥70-85％鋼渣水泥膨脹劑15-30％硅酸鹽水泥與鋼渣水泥膨脹劑的最佳重量％比如下硅酸鹽水泥75-80％鋼渣水泥膨脹劑20-25％本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是直接利用鋼渣做水泥膨脹劑。即節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，簡單易行，降低企業(yè)成本，又為鋼渣的綜合利用提供了光明前景。
而該膨脹劑就是利用鋼渣的安定性問題，通過控制鋼渣的比表面積，使其安定性合格，膨脹量達(dá)到國家膨脹水泥的標(biāo)準(zhǔn)。并通過大量實(shí)驗(yàn)證明了一定比表面積的鋼渣做膨脹劑的可行性。該膨脹水泥早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度下降不多，膨脹性能良好，是一種優(yōu)質(zhì)的膨脹水泥。
下面參照附圖詳述本實(shí)用新型內(nèi)容

圖1鋼渣細(xì)度與強(qiáng)度及膨脹的關(guān)系圖2不同鋼渣摻量的水泥膨脹鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的廢渣。鋼渣的膨脹是由于死燒的游離石灰與水反應(yīng)生成氫氧化鈣引起的體積膨脹。這種膨脹是凝膠的溶脹作用、結(jié)晶壓力和靜電斥力共同作用的結(jié)果。在水化硬化初期，Ca(OH)2以凝膠狀態(tài)存在，具有極大的比表面積，它會(huì)吸引圍繞在周圍的極化水分子，而引起顆粒之間的排斥力，也就是Ca(OH)2吸水腫脹。造成整個(gè)體系的膨脹。同時(shí)鋼渣均勻分布在水泥體中，鋼渣顆粒相距較遠(yuǎn)，隨著水化的進(jìn)行，毛細(xì)孔增多。使更多的水容易進(jìn)入硬化水泥漿體內(nèi)部，有利于Ca(OH)2晶體的生長，產(chǎn)生結(jié)晶壓力，引起體積膨脹。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長，溶脹作用減弱，使結(jié)晶壓力增強(qiáng)。
將鋼渣磁選磨細(xì)至比表面積300～450m2/kg，即得一種鋼渣水泥膨脹劑。本發(fā)明中所用的硅酸鹽水泥指現(xiàn)有各水泥廠生產(chǎn)的硅酸鹽水泥，鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的廢渣，其主要礦物成分為C3S、C2S、f-CaO和RO相，摻量為15～30％。
鋼渣中二價(jià)氧化物總量往往在60％以上，主要是CaO、MgO、FeO和MnO等。這些氧化物可形成(或固熔進(jìn)入)硅酸鹽和鐵(鋁)酸鹽，還可能有少量熔于玻璃相中(眾所周知，以上述形式存在的氧化鈣、氧化鎂均不影響水泥的體積安定性)。一般來說，滿足上述分布之后所剩下的這些二價(jià)氧化物便形成固熔體，這些固熔體包括游離石灰固熔體(固熔態(tài)的游離石灰)和MgO-FeO-MnO連續(xù)固熔系列的礦物(統(tǒng)稱RO相)，RO相又分為方鎂石固熔體和方鐵礦固熔體。通常RO相是穩(wěn)定的。所以控制石灰相的水化尤為重要，也就是控制鋼渣的細(xì)度與摻量是關(guān)鍵。
控制鋼渣的水化速度是控制膨脹的一個(gè)關(guān)鍵問題，它的水化必須與水泥熟料的水化速度相適應(yīng)。過早或過遲的水化都起不到有益的作用。由于鋼渣中含有大量的死燒氧化鈣，會(huì)形成較多量的Ca(OH)2，不僅增加了體積，使硬化水泥漿體結(jié)構(gòu)更為致密，同時(shí)所產(chǎn)生的熱量也有利于水泥石強(qiáng)度得到較快的發(fā)揮，因而它的早期強(qiáng)度較高。
CaO的膨脹經(jīng)過兩個(gè)階段，首先是水泥的水化初期，在水泥膠結(jié)體的空隙中生成微細(xì)的膠體狀氫氧化鈣，然后經(jīng)過再結(jié)晶而產(chǎn)生膨脹。這一膨脹在CaO水化反應(yīng)終止之后仍在繼續(xù)，這是因?yàn)闅溲趸}繼續(xù)生長為長大的各向異性的六角板狀結(jié)晶。通常把f-CaO水化引起體積膨脹歸之于其在水泥石硬化后水化才導(dǎo)致固相體積增大。實(shí)際上，熟料礦物總有相當(dāng)一部分是在水泥漿體硬化以后還在繼續(xù)水化，但并不會(huì)產(chǎn)生外觀體積膨脹，無破壞作用，而是起加固增強(qiáng)作用。fCaO的水化遠(yuǎn)比石灰-水體系復(fù)雜的多。熟料礦物水化后固相體積都是增加的，但一般不會(huì)產(chǎn)生體積的膨脹，所以說，fCaO引起水泥石固相體積膨脹是不精確的。并且，fCaO水化生成Ca(OH)2,C3S、C2S水化也生成CH相，但后者水化同時(shí)生成C-S-H凝膠和CH相，兩者是緊密結(jié)合在一起的。fCaO水化生成的CH是堆積在CaO顆粒表面的。所以，fCaO水化生成游離CH會(huì)使?jié){體體積膨脹。
在水泥石中，部分水存在于毛細(xì)孔隙中。f-CaO水化時(shí)，由于具有大的表面能。毛細(xì)孔中的水被吸附出來與之進(jìn)行反應(yīng)，形成Ca(OH)2。由于形成的Ca(OH)2晶體的形狀和尺寸等因素，使得一些CH相無法進(jìn)入原來水分子所占據(jù)的微小空間。導(dǎo)致f-CaO水化時(shí)產(chǎn)生的體積變化實(shí)際上大于理論計(jì)算值，因而產(chǎn)生表觀體積膨脹。
實(shí)施例所用原料的化學(xué)成分見表1。鋼渣堿度為3.67。
表1
為便于控制細(xì)度，把鋼渣粉磨后，再和水泥混合均勻。配方見表2。
表2
膨脹率的實(shí)驗(yàn)方法按JC 313-82膨脹水泥膨脹率實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行。所得結(jié)果見表3。
表3
對上述編號(hào)的水泥進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)，按GB/T 17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)進(jìn)行。安定性實(shí)驗(yàn)按GB1346-89進(jìn)行。
結(jié)果見表4。
表4
鋼渣的比表面積直接決定著水泥的膨脹率的大小與強(qiáng)度的高低(見圖1)，鋼渣的比表面積只有在特定范圍內(nèi)，才能使水泥即具有適當(dāng)?shù)呐蛎浶阅?見表3、圖2)，又能使強(qiáng)度得到較充分的發(fā)揮(見表4)。鋼渣的比表面積低時(shí)，顆粒過大，膨脹值雖大，但安定性不合格，強(qiáng)度低，后期穩(wěn)定性不良。鋼渣的高細(xì)度對水泥的膨脹并不有利，膨脹值不夠，而且，過細(xì)的鋼渣會(huì)失去膨脹性能，只做為水泥混合材或填充料使用了，另外鋼渣是耐磨的，提高鋼渣細(xì)度意味著要損耗更多的能量，細(xì)度過高還會(huì)引起團(tuán)聚，將影響鋼渣的膨脹。
權(quán)利要求
1.一種鋼渣水泥膨脹劑，其特征在于將鋼渣粉磨至比表面積300～450m2/kg，得到一種鋼渣水泥膨脹劑，
2一種膨脹水泥，其特征在于將如權(quán)利要求1所述的鋼渣水泥膨脹劑摻加到硅酸鹽水泥中，即得一種膨脹水泥，硅酸鹽水泥和鋼渣水泥膨脹劑的重量％比如下硅酸鹽水泥70-85％鋼渣水泥膨脹劑15-30％
3.如權(quán)利要求2所述的膨脹水泥，其特征在于所述的硅酸鹽水泥與鋼渣水泥膨脹劑的重量％比如下硅酸鹽水泥75-80％鋼渣水泥膨脹劑20-25％
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼渣水泥膨脹劑及其膨脹水泥,將鋼渣粉磨至比表面積300～450m
文檔編號(hào)C04B18/04GK1322689SQ01114219
公開日2001年11月21日 申請日期2001年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月24日
發(fā)明者林宗壽, 黃赟, 劉金軍, 趙前, 米春艷 申請人:武漢億勝科技有限公司