專利名稱：膨脹熟料、膨脹劑、混凝土以及膨脹熟料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種膨脹熟料，其由石灰石和鐵粉作為原料混合后煅燒而成。本申請(qǐng)還涉及包含該膨脹熟料的膨脹劑以及制備該膨脹熟料的方法。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)生產(chǎn)的膨脹劑，其膨脹源大都是水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)。從水化機(jī)理來看，在水泥石中，由各種CaO、A1203、SO3來源所形成的鈣礬石都可能引起膨脹。我國(guó)大多數(shù)的膨脹劑采取固定CaO、SO3來源，變換Al2O3來源的技術(shù)路線，即CaO由硅酸鹽水泥水化提供，SO3由硬石膏提供，通過改變Al2O3來源，如鋁酸鈣(高鋁水泥熟料)、硫鋁酸鈣(硫鋁水泥熟料)、明礬石、含鋁礦渣、煅燒礬土、煤矸石、高鋁粉煤灰、煅燒高嶺土、地開石等，各生產(chǎn)廠據(jù)此制定不同的生產(chǎn)配方，形成不同組分和配比的膨脹劑。所以，我國(guó)的膨脹劑通常是用硬石膏和含可溶Al2O3的礦物配制而成?；诔杀究紤]，很多企業(yè)采用價(jià)格較低的含Al2O3 的礦物原料。一般而言，通常采用礬土來作為含Al2O3的礦物原料。然而，礬土的來源極為有限，原料相對(duì)較昂貴。日本生產(chǎn)的CSA膨脹劑，采用煅燒的純熟料粉磨制成，主要礦物是C3S、CaSO4和 f-CaO，其膨脹能遠(yuǎn)大于我國(guó)的普通膨脹劑。對(duì)C3S/CaS04/f-Ca0體系膨脹劑進(jìn)行研究的過程中發(fā)現(xiàn)，這種膨脹劑的膨脹分為兩部分一是游離氧化鈣通過固相反應(yīng)水化生成氫氧化鈣產(chǎn)生體積膨脹，同時(shí)無水硫鋁酸鈣、石膏和氫氧化鈣則通過溶解擴(kuò)散析晶反應(yīng)水化生成鈣礬石。因此，這種膨脹劑為雙膨脹源膨脹劑。氫氧化鈣和鈣礬石雙膨脹源膨脹劑，通過控制膨脹相生成的數(shù)量和兩個(gè)膨脹源的膨脹速度，是一種性能優(yōu)越的新型混凝土膨脹劑。然而，此類方法在熟料燒制過程中需要加入石膏，有可能產(chǎn)生窯內(nèi)結(jié)圈現(xiàn)象，從而造成資源的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本申請(qǐng)涉及一種膨脹熟料，其由石灰石和鐵粉作為原料混合后煅燒而成，其中在原料中，碳酸鈣的含量以CaO的含量計(jì)為48-53重量％;Fe203的含量為1_5 重量％，各重量百分比都是基于石灰石和鐵粉的總重量。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，原料中，碳酸鈣的含量以CaO的含量計(jì)為49-52重量％ ；Fe2O3的含量為 2-4重量％，各重量百分比都是基于石灰石和鐵粉的總重量。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，在膨脹熟料中，CaO的含量為
80-88重量％；Fe2O3的含量為1. 5-8. 5重量％，基于膨脹熟料的總重量。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，在膨脹熟料中，CaO的含量為
81-87重量％；Fe2O3的含量為2_8重量％，基于膨脹熟料的總重量。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，在原料中，SiO2W總含量<3重量％，Al2O3的總含量彡2重量％，基于石灰石和鐵粉的總重量；優(yōu)選，在原料中，SiO2的總含量彡2重量％，Al2O3的總含量彡1重量％，基于石灰石和鐵粉的總重量。
在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，在原料中，CaO的含量> 50重量％，基于石灰石的重量；Fe2O3的含量> 55重量％，基于鐵粉的重量；優(yōu)選，在原料中，CaO 的含量> 52重量％，基于石灰石的重量；Fe2O3的含量> 60重量％，基于鐵粉的重量。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，其中所述膨脹熟料中含量大于或等于2重量％的所有組成礦物如下f-CaO 55 重量％ -75 重量％ ；C2F :2 重量％-15 重量％ ；C3S :5 重量 ％-20 重量 ％ ；C4AF 2 重量％ -12 重量％ ；并且，膨脹熟料的所有礦物組成之和為100重量％。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，其中所述膨脹熟料中含量大于或等于2重量％的所有組成礦物如下f-CaO :61重量％ -70重量％，可以為65重量％ -68重量％ ；C2F 2重量％ -8重量％，可以為5重量％ _8重量％ ；C3S 8重量％ -15重量％，可以為10重量％ -12重量％ ；C4AF 3重量％ -10重量％，可以為6重量％ _7重量％ ；并且，膨脹熟料的所有礦物組成之和為100重量％。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，所述煅燒在1300 1500°C，優(yōu)選在1350 1420°C的溫度進(jìn)行。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，所述煅燒在回轉(zhuǎn)窯、隧道窯或輥道窯中進(jìn)行。本申請(qǐng)的第二方面涉及一種膨脹劑，其包括在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑還包括選自硬石膏、葡萄糖酸鈉和月桂酸中的一種、兩種或全部，優(yōu)選全部。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑包括本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料，任選存在的2-10重量％的所述硬石膏，任選存在的0. 01-1重量％的所述葡萄糖酸鈉，任選存在的0. 01-1重量％的所述月桂酸，基于所述膨脹熟料、葡萄糖酸鈉、月桂酸，以及硬石膏的總重量為100重量％。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑包括本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料，任選存在的3-7重量％的所述硬石膏，任選存在的0. 05-0. 5重量％ (優(yōu)選0. 05-0. 2重量％ )的所述葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量％的所述月桂酸?；谒雠蛎浭炝?、葡萄糖酸鈉、月桂酸，以及硬石膏的總重量為100重量％。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑還包括選自生礬石、鋁酸鈣熟料、煤矸石和焦寶石中的一種或多種。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的組成為30 70重量份的本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的生礬石，任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的組成為30 70重量份的本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的鋁酸鈣熟料， 任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的組成為30 70重量份的本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的煤矸石，任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的組成為30 70重量份的本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的焦寶石、任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的組成為30 70重量份的本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的鋁酸鈣熟料， 任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的比表面積為250 300m2/kgo本申請(qǐng)的第三方面涉及一種制造本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的方法，該方法包括將石灰石和鐵粉混合、然后進(jìn)行煅燒。本申請(qǐng)第三方面的方法的一種實(shí)施方式中，所述煅燒在1300 1500°C的溫度進(jìn)行。本申請(qǐng)第三方面的方法的一種實(shí)施方式中，所述煅燒在回轉(zhuǎn)窯、隧道窯或輥道窯中進(jìn)行。本申請(qǐng)第三方面的方法的一種實(shí)施方式中，所述煅燒優(yōu)選在1350 1420°C的溫度進(jìn)行。本申請(qǐng)第三方面的方法的一種實(shí)施方式中，所述方法還包括在將各組分混合之前，將各組分單獨(dú)粉磨至比表面積為250 300m2/kg。本申請(qǐng)第三方面的方法的一種實(shí)施方式中，所述方法還包括在將各組分混合之后，將所得混合物粉磨至比表面積為250 300m2/kg。本申請(qǐng)的第四方面涉及一種膨脹劑，包含本申請(qǐng)第一方面所述的膨脹熟料或者本申請(qǐng)第二方面所述的膨脹劑。下文的詳述將使本申請(qǐng)的其它目的和方面變得明顯。但是應(yīng)該理解，雖然詳述和具體實(shí)施例示出了本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，但是它們僅是說明性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過理解以下詳述，可以在本申請(qǐng)的精神和范圍內(nèi)做出各種改變和變化形式。


下面將參考以下附圖進(jìn)行描述。圖1是本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的掃描電鏡照片，圖1 (a)和圖1 (b)僅僅在放大倍率上不同。圖2是單獨(dú)煅燒石灰石所獲得的熟料的掃描電鏡照片，圖2(a)和圖2(b)僅僅在放大倍率上不同。圖3顯示在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料中加入石膏、葡萄糖酸鈉和月桂酸對(duì)水泥砂漿水化熱的影響。圖4顯示在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料中加入石膏、葡萄糖酸鈉和月桂酸對(duì)砂漿限制膨脹率的影響。
具體實(shí)施例方式本申請(qǐng)的發(fā)明人經(jīng)過艱辛的努力，終于成功研制出在膨脹熟料燒制過程中不需要使用石膏，并且不需要使用資源緊張的礬土來提供鋁的膨脹熟料及其制備方法，以及包含該膨脹熟料的膨脹劑。本申請(qǐng)的第一方面-膨脹熟料在本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N膨脹熟料，其由石灰石和鐵粉作為原料混合后煅燒而成，其中在原料中，碳酸鈣的含量以CaO的含量計(jì)為48-53重量％;Fe203的含量為1-5重量％，各重量百分比都是基于石灰石和鐵粉的總重量。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，在原料中，碳酸鈣的含量以CaO的含量計(jì)為49-52重量％ ； Fe2O3的含量為2-4重量％，各重量百分比都是基于石灰石和鐵粉的總重量。本申請(qǐng)的膨脹熟料僅僅使用石灰石和鐵粉作為原料獲得。這些原料普及易得。尤其是，我國(guó)石灰石資源豐富，對(duì)于廠址選址沒有區(qū)域限制。眾所周知，當(dāng)使用石灰石礦物作為氧化鈣來源時(shí)，其最終提供的氧化鈣含量，也就是說其碳酸鈣含量是與石灰石礦物的品級(jí)以及來源相關(guān)的。為便于計(jì)算，在本申請(qǐng)中，碳酸鈣的含量是以碳酸鈣所提供的氧化鈣的量來計(jì)算的。在本申請(qǐng)第一方面的一種實(shí)施方式中，碳酸鈣的含量以氧化鈣含量計(jì)為48-53重量％，基于石灰石和鐵粉的總重量。更進(jìn)一步地，在本申請(qǐng)第一方面的一種實(shí)施方式中，碳酸鈣的含量以CaO的含量計(jì)為49-52重量％， 基于石灰石和鐵粉的總重量。在本申請(qǐng)中，鐵粉是指含有!^e2O3的礦物粉末。一般而言，在自然界中鐵都是以氧化物的形式存在的，通常是狗203。含有!^e2O3的礦物有很多種，包括例如磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦等等。因此，當(dāng)使用鐵粉作為鐵的來源時(shí)，其所提供的以狗203計(jì)的鐵含量是與具體的鐵礦石種類、品級(jí)以及來源有關(guān)的。本申請(qǐng)中對(duì)所使用的鐵粉沒有特別限制，僅僅要求由鐵粉提供的狗203的含量為1-5重量％，各重量百分比都是基于石灰石和鐵粉的總重量。應(yīng)該理解，如果原料中存在其它鐵的氧化物，在本申請(qǐng)中其含量也換算成!^e2O3并已經(jīng)計(jì)算在以上列出的三氧化二鐵的含量?jī)?nèi)。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，在膨脹熟料的原料中，CaO的含量≥50重量％，基于石灰石的重量；Fe2O3的含量≥55重量％，基于鐵粉的重量；優(yōu)選，在原料中，CaO的含量≥52重量％，基于石灰石的重量；Fe2O3的含量≥60重量％，基于鐵粉的重量。如上所述，不同的石灰石礦物或鐵粉礦物所提供的CaO和!^e2O3是不一樣的。因此， 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以對(duì)石灰石或鐵粉的品級(jí)進(jìn)行限定，從而減少其它不希望的物質(zhì)的引入。因此，在本申請(qǐng)所使用的石灰石中，優(yōu)選CaO的含量> M重量％，基于石灰石的重量。當(dāng)然，在本申請(qǐng)所使用的石灰石中，CaO的含量不可能超過其在碳酸鈣中的化學(xué)計(jì)算量。 同理，在本申請(qǐng)所使用的鐵粉中，F(xiàn)e2O3的含量> 65重量％，基于鐵粉的重量；優(yōu)選，F(xiàn)e2O3的含量> 70重量％，基于鐵粉的重量。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，在膨脹熟料的原料中，SiO2的總含量< 3重量％，Al2O3的總含量< 2重量％，基于石灰石和鐵粉的總重量；優(yōu)選，在膨脹熟料的原料中，S^2的總含量< 2重量％，A1203的總含量< 1重量％，基于石灰石和鐵粉的總重量。在本申請(qǐng)的膨脹熟料原料中，可能含有一定量的硅和鋁，并且是作為石灰石和/或鐵粉的一部分帶入的。在本申請(qǐng)中，原料中硅和鋁的含量分別以Si02*Al203來計(jì)算。為了優(yōu)化膨脹熟料的性能，希望SiO2在原料中的總含量盡量地小。然而，考慮到在石灰石或者鐵粉中不可避免地會(huì)存在一些二氧化硅，因此優(yōu)選其總含量< 3重量％，更優(yōu)選其總含量< 2 重量％，基于石灰石和鐵粉的總重量。同樣可以優(yōu)選Al2O3的總含量盡可能小，例如Al2O3的總含量< 2重量％，更優(yōu)選Al2O3的總含量< 1重量％，基于石灰石和鐵粉的總重量。本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的原料中可以不含任何鋁?？梢姡旧暾?qǐng)消除了現(xiàn)有技術(shù)的膨脹熟料制備中對(duì)鋁來源，例如礬土的需要?？紤]到煅燒石灰石和鐵粉制備膨脹熟料的過程中，例如石灰石中的碳酸鈣會(huì)分解，而且還存在其它可燒失成分。因此，在膨脹熟料中，雖然可能并不存在化合物形式的氧化鈣或三氧化二鐵。但是，仍然可以將膨脹熟料中存在的鈣和鐵以氧化鈣和三氧化二鐵來計(jì)算。例如，在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，CaO的含量可以為80-88重量％ ；Fe2O3的含量可以為1. 5-8. 5重量％，基于膨脹熟料的總重量?？商鎿Q地，在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，在膨脹熟料中，CaO的含量為81-87重量％ ；Fe2O3 的含量為2-8重量％，基于膨脹熟料的總重量。在本領(lǐng)域中，膨脹熟料的組成可以以礦物組成來代表。因此，在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，所述膨脹熟料中含量大于或等于2重量％的所有組成礦物如下所示f_CaO 55重量％ -75重量％ ；C2F 2重量％ -15重量％ ；C3S 5重量％ -20重量％ ； C4AF 2重量％ -12重量％ ；并且，膨脹熟料的所有礦物組成之和為100重量％。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，所述膨脹熟料中含量大于或等于2重量％的所有組成礦物如下f_CaO :61重量％ -70重量％，優(yōu)選為65重量％ -68重量％ ；C2F 2重量％ -8重量％，優(yōu)選為5重量％ -8重量％ ；C3S 8重量％ -15重量％，優(yōu)選為10重量％ -12重量％ ;C4AF:3重量％ -10重量％，優(yōu)選為6重量％ -7重量％ ；并且，膨脹熟料的所有礦物組成之和為100重量％。應(yīng)該理解，在上面的礦物組成中，已經(jīng)給出了含量大于或等于2重量％的所有組成礦物。因此，未列出的任何組成礦物都將以小于2重量％的量存在于本申請(qǐng)第一方面的礦物熟料中。本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料是使用石灰石和鐵粉作為原料進(jìn)行煅燒獲得的。本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料不同于現(xiàn)有技術(shù)中單獨(dú)使用石灰石進(jìn)行煅燒所獲得的熟料。不受理論限制，本申請(qǐng)的發(fā)明人認(rèn)為，在使用石灰石和鐵粉作為原料，在膨脹熟料的煅燒過程中，三氧化二鐵可以作為液相存在，能夠降低煅燒溫度，并獲得C2F和C4AF液相包裹的熟料。就此，可以參見圖1和圖2。圖1(a)和(b)是本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的掃描電鏡照片，圖 1(a)和(b)的放大率有區(qū)別。圖1(a)和(b)的照片證實(shí)了本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料中存在著C2F和C4AF液相，在膨脹熟料在1400°C煅燒獲得。圖2 (a)和(b)是在與圖1相同的條件下單獨(dú)煅燒石灰石所獲得的熟料的掃描電鏡照片，圖2(a)和(b)的放大率有區(qū)別。 從圖2(a)和(b)可以看出，單獨(dú)使用石灰石進(jìn)行煅燒時(shí)，無法獲得液相包裹的熟料。比較圖1和圖2可以看出本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料與單獨(dú)使用石灰石進(jìn)行煅燒獲得的膨脹熟料在微觀結(jié)構(gòu)方面的區(qū)別。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解，本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料與單獨(dú)燒制f-CaO、C2F, C3S,以及C4AF后再混合在一起所獲得的膨脹熟料在微觀結(jié)構(gòu)方面同樣是有區(qū)別的。因此，可以認(rèn)為本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的礦物組成可以包括f-CaO、C2F, C3S 以及C4AF,并且在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料中，f-CaO可以由C2F和C4AF部分或全部包覆。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，所述煅燒可以在1300 1500°C的溫度進(jìn)行。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，所述煅燒在1350 1420°C的溫度進(jìn)行。本申請(qǐng)對(duì)于煅燒石灰石和鐵粉制備膨脹熟料所使用的裝置沒有特別要求。在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的一種實(shí)施方式中，所述煅燒可以在回轉(zhuǎn)窯、隧道窯或輥道窯中進(jìn)行?；剞D(zhuǎn)窯、隧道窯或輥道窯是本領(lǐng)域制備膨脹熟料的常用裝置，其結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。在煅燒石灰石和鐵粉制備本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料時(shí)，可能采用原煤作為燃料。原煤一般會(huì)含有一定量的二氧化硅。因此，在使用燃煤來制造膨脹熟料時(shí)，原煤中的二氧化硅可能會(huì)進(jìn)入所得熟料中。因此，原煤所帶入的二氧化硅會(huì)影響本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的化學(xué)組成以及礦物組成，例如，二氧化硅和C3S的含量。一般而言，由于原煤的影響，所帶入的二氧化硅會(huì)造成生產(chǎn)出來的膨脹熟料的C3S的含量升高2重量％ -6重量％， 基于膨脹熟料的總重量(即，基于膨脹熟料的所有礦物組成)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，可能需要考慮原煤所產(chǎn)生的影響。本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的生產(chǎn)與一般膨脹用熟料的燒制相比，可以使用較為先進(jìn)的預(yù)熱分解窯。并且，本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的生產(chǎn)過程中并沒有添加石膏，燒制時(shí)避免了窯內(nèi)結(jié)圈現(xiàn)象，避免了大量的資源浪費(fèi)。最大的特點(diǎn)是熟料燒制僅使用石灰石和鐵粉兩種材料，可以生產(chǎn)出游離氧化鈣在60%-70%范圍內(nèi)的膨脹熟料，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同類產(chǎn)品。本申請(qǐng)的第二方面-膨脹劑本申請(qǐng)的第二方面涉及一種膨脹劑，其包括在本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料。本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料可以在不加入任何其它成分的情況下直接作為膨脹劑使用。在水泥中如此使用本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料時(shí)，本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料相對(duì)于水泥的用量為1重量-8重量％，優(yōu)選為3重量-5重量％?？梢?，本發(fā)明第一方面的膨脹熟料可以作為低摻量膨脹劑。如本申請(qǐng)后面的實(shí)施例部分所述，本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料單獨(dú)作為膨脹劑使用，即可以在低摻量下產(chǎn)生高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的膨脹性能。然而，本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑除了本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料之外，還可以包含其它組分。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑還可以包括選自硬石膏、葡萄糖酸鈉和月桂酸的物質(zhì)。不受任何理論的限制，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果存在，硬石膏能夠起到助磨作用，從而促進(jìn)膨脹劑的有效研磨。如果存在，葡萄糖酸鈉能夠推移膨脹熟料的水化時(shí)間，從而將膨脹熟料和水泥的水化時(shí)間錯(cuò)開，分散水化熱的集中釋放，保證了體系的穩(wěn)定性。如果存在，月桂酸將對(duì)膨脹源產(chǎn)生分子鎖的效果，在水化M小時(shí)之后，分子鎖自動(dòng)分解皂化，保護(hù)了膨脹量不受損失，并且延遲了水泥凝結(jié)時(shí)間，杜絕了水泥未凝固就開始膨脹的現(xiàn)象。月桂酸的加入還能夠起到有效降低水泥水化熱，使得水化熱峰值削減，從而減少混凝土溫差收縮，抑制混凝土結(jié)構(gòu)開裂。特別是，在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑中同時(shí)使用硬石膏、葡萄糖酸鈉和月桂酸的時(shí)候，能夠起到助磨、穩(wěn)定膨脹劑膨脹性能、降低水化熱、提高混凝土施工性能、控制合理的凝結(jié)時(shí)間、改善膨脹劑膨脹時(shí)間曲線等作用，可以配合混凝土各齡期的收縮應(yīng)力，使其性能達(dá)到最佳?？梢愿鶕?jù)需要使用硬石膏、葡萄糖酸鈉和月桂酸中的任何一種，兩種或全部三種，優(yōu)選同時(shí)使用全部三種。如果存在，在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑中，硬石膏的存在量可以為2-10重量％， 優(yōu)選3-7重量％，基于所述膨脹熟料、葡萄糖酸鈉、月桂酸，以及硬石膏的總重量為100重量％。如果存在，在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑中，葡糖酸酸鈉的存在量可以為0.01-1重量％，優(yōu)選0. 05-0. 5重量％，基于所述膨脹熟料、葡萄糖酸鈉、月桂酸，以及硬石膏的總重量為100重量％。如果存在，在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑中，月桂酸的存在量可以為0.01-1 重量％，優(yōu)選0. 05-0. 5重量％，基于所述膨脹熟料、葡萄糖酸鈉、月桂酸，以及硬石膏的總重量為100重量％。因此，在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑包括 本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料，任選存在的2-10重量％的所述硬石膏，任選存在的0.01-1重量％的所述葡萄糖酸鈉，任選存在的0. 01-1重量％的所述月桂酸，基于所述膨脹熟料、葡萄糖酸鈉、月桂酸，以及硬石膏的總重量為100重量％。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑包括本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料，任選存在的3-7重量％的所述硬石膏，任選存在的0. 05-0. 5重量％的所述葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量％的所述月桂酸。在硬石膏以2-10重量％的量存在于本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑中，硬石膏能夠起到延緩膨脹劑的凝結(jié)時(shí)間和助磨作用。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑中，除了膨脹熟料、硬石膏、葡萄糖酸鈉和月桂酸之外，還可以包含其它物質(zhì)，例如可以用于常規(guī)膨脹劑中的礦物，例如生礬石、鋁酸鈣熟料、煤矸石和焦寶石。因此，在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑還可以包括選自生礬石、鋁酸鈣熟料、煤矸石和焦寶石中的一種或多種。下面列舉了一些本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的組成，應(yīng)該理解這種列舉并不是限制性的而僅僅是舉例。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的組成為30 70重量份的本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的生礬石，任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的組成為30 70重量份的本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的鋁酸鈣熟料， 任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的組成為30 70重量份的本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的煤矸石，任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的組成為30 70重量份的本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的焦寶石、任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的組成為30 70重量份的本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的鋁酸鈣熟料， 任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。當(dāng)硬石膏在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑中的含量大于10重量％時(shí)，除了能夠起到廷緩凝結(jié)時(shí)間和助磨作用以外，硬石膏還能夠與膨脹劑中活性鋁反應(yīng)生成鈣礬石(膨脹源)，可以作為配制不同膨脹性能膨脹劑的混合材料之一。對(duì)本申請(qǐng)的膨脹劑的比表面積沒有特別限制，可以根據(jù)需要，獲得合適的比表面積。特別是如上所述，由于硬石膏、葡萄糖酸鈉和月桂酸的存在，可以有助于研磨，因此，可以更容易地獲得所需比表面積。例如，在本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的一種實(shí)施方式中，該膨脹劑的比表面積可以為250 300m2/kg。為了獲得所需的比表面積，可以使用本領(lǐng)域已知的設(shè)備進(jìn)行研磨。例如，可以膨脹劑的各個(gè)組分預(yù)先研磨到所需比表面積，然后混合。也可以在混合各個(gè)組分之后，進(jìn)行研磨，獲得本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑?？梢允褂帽绢I(lǐng)域常規(guī)方法和設(shè)備，混合本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料以及其它組分，獲得本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑。根據(jù)需要，可以在混合之前或者混合之后進(jìn)行研磨，以便獲得適當(dāng)?shù)谋缺砻娣e。本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑屬于雙膨脹源膨脹材料，包括(氧化鈣類、硫鋁酸鈣類)。本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑可以用于混凝土中。在混凝土中，由本申請(qǐng)的膨脹劑的膨脹組分產(chǎn)生的特殊膨脹源，能同步補(bǔ)償混凝土各齡期的不同因素引起的收縮，保證了混凝土各齡期的凈收縮值始終小于混凝土的極限拉伸值。本串請(qǐng)的第三方面-制造膨脹熟料的方法本申請(qǐng)的第三方面涉及一種制造本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料的方法，該方法包括將石灰石和鐵粉混合、共磨，然后進(jìn)行煅燒。在該方法中，僅僅利用石灰石和鐵粉作為原料，在混合和煅燒后獲得本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料。本申請(qǐng)第三方面制造膨脹熟料的方法中，并沒有加入石膏，因此有效避免了燒制過程中的接圈現(xiàn)象，由此避免了資源浪費(fèi)。對(duì)石灰石和鐵粉的混合方式?jīng)]有任何限制，可以以本領(lǐng)域已知的任何方式進(jìn)行這種混合?？梢詫⑹沂丸F粉混合之后再進(jìn)料到煅燒裝置中，也可以將石灰石和鐵粉分別進(jìn)料到煅燒裝置中，然后混合并煅燒。在本申請(qǐng)第三方面制造膨脹熟料的方法中，可以在1300 1500°C的溫度進(jìn)行煅燒。本申請(qǐng)第三方面的方法的一種實(shí)施方式中，所述煅燒在1350 1420°C的溫度進(jìn)行。在本申請(qǐng)第三方面的制造膨脹熟料的方法中，通過對(duì)煅燒溫度的控制，可以制造出游離氧化鈣含量為60-70重量％的膨脹熟料。在本申請(qǐng)第三方面制造膨脹熟料的方法中，對(duì)于所采用的煅燒設(shè)備沒有具體限制。例如，可以使用回轉(zhuǎn)窯、隧道窯或輥道窯來進(jìn)行煅燒。如上面所述，在使用原煤作為燃料進(jìn)行煅燒時(shí)，可能會(huì)影響最終膨脹熟料的礦物組成。因此，不使用燃煤作為燃料的煅燒方法是優(yōu)選的，例如使用電。然而，考慮到成本以及國(guó)內(nèi)的現(xiàn)時(shí)情況，也可以采用燃燒原煤的煅燒方式。此時(shí)，應(yīng)該注意原煤對(duì)礦物組成的影響。為了獲得理想的膨脹熟劑細(xì)度，在本申請(qǐng)第三方面制造膨脹熟料的方法中，可以包括研磨步驟?？梢詫?duì)材料單獨(dú)進(jìn)行研磨，也可以在混合之后對(duì)混合物進(jìn)行研磨。本申請(qǐng)第三方面的方法的一種實(shí)施方式中，所述方法還包括在將各組分混合之前，將各組分單獨(dú)粉磨至比表面積250 300m2/kg。本申請(qǐng)第三方面的方法的一種實(shí)施方式中，所述方法還包括在將所得將各組分混合物粉磨至比表面積為250 300m2/kg。第四方面-混凝土本申請(qǐng)的第四方面涉及包含本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料或者本申請(qǐng)第二方面的膨脹劑的混凝土。本申請(qǐng)的膨脹熟料或者膨脹劑可以用于現(xiàn)有的混凝土中。混凝土通常包括膠粘材料，例如水泥、集料、骨料和水等等。本申請(qǐng)第四方面的混凝土對(duì)于膠粘材料、 集料、骨料和水并沒有特別限制。可以使用本領(lǐng)域常規(guī)使用的各種膠粘材料、集料、骨料。 例如，對(duì)于水泥而言，可以使用通用水泥，例如GB175-2007規(guī)定的六大類水泥，即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。本申請(qǐng)第一方面的膨脹熟料或第二方面的膨脹劑在本申請(qǐng)第四方面的混凝土中作為膨脹源使用。膨脹熟料和膨脹劑一般基于混凝土中水泥等膠凝材料的總量的百分比來確定，其具體用量可以根據(jù)需要來變化，這可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員通過常規(guī)試驗(yàn)來獲得。包含膨脹源的混凝土(即，膨脹混凝土)各組分的配比以及混凝土的制備也是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。本申請(qǐng)第四方面的混凝土還可以包含其它常規(guī)用于含膨脹劑的混凝土的其它助劑，例如高效減水劑。下面將采用具體實(shí)施例來進(jìn)一步描述本申請(qǐng)。然而，本申請(qǐng)并不受這些具體實(shí)施例的限制。實(shí)施例原料來源石灰石來自中國(guó)湖北；鐵粉來自中國(guó)湖北；硬石膏來自中國(guó)湖北；葡萄糖酸鈉試劑純，來自中國(guó)湖北；月桂酸試劑純，來自馬來西亞；生礬石粉來自中國(guó)安徽；煤矸石來自中國(guó)遼寧；
焦寶石來自中國(guó)山東；鋁酸鈣熟料來自中國(guó)河南；水自來水；水泥華新P. 0 42. 5 ；砂新洲河砂；石烏龍泉碎石；礦粉湖北鑫源S95級(jí)；粉煤灰11級(jí)，青山熱電廠；FDN減水劑武漢三源。膨脹熟料實(shí)施例實(shí)施例1-1膨脹熟料1-3的制備按重量百分比93% 7%,95% 5%,98% 2%，將石灰石和鐵粉混合，基于石灰石和鐵粉的總重量，其化學(xué)成分見表1，并且共同粉磨到細(xì)度用0. 08mm方孔篩篩余小于 18%,比表面積為180 300m2/kg，然后，在預(yù)熱分解窯中在1400°C進(jìn)行煅燒，獲得膨脹熟料1-3，其化學(xué)成分見表2，計(jì)算礦物組成見表3，列出的數(shù)據(jù)為基于膨脹熟料的總重量的重量百分?jǐn)?shù)。表權(quán)利要求
1.一種膨脹熟料，其由石灰石和鐵粉作為原料混合后煅燒而成，其中在原料中，碳酸鈣的含量以CaO的含量計(jì)為48-53重量％;Fe203的含量為1_5重量％，各重量百分比都是基于石灰石和鐵粉的總重量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹熟料，其中在原料中，碳酸鈣的含量以CaO的含量計(jì)為49-52重量％;Fe203的含量為2_4重量％，各重量百分比都是基于石灰石和鐵粉的總重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膨脹熟料，其中在膨脹熟料中，CaO的含量為80-88重量％ ；Fe2O3的含量為1. 5-8. 5重量％，基于膨脹熟料的總重量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膨脹熟料，其中在膨脹熟料中，CaO的含量為81-87重量％ ；Fe2O3的含量為2-8重量％，基于膨脹熟料的總重量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的膨脹熟料，其中在原料中，SiA的總含量< 3重量％，Al2O3的總含量< 2重量％，基于石灰石和鐵粉的總重量；優(yōu)選，在原料中，S^2的總含量< 2重量％，Al2O3的總含量< 1重量％，基于石灰石和鐵粉的總重量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的膨脹熟料，其中在原料中，CaO的含量彡50重量％，基于石灰石的重量；Fe2O3的含量彡55重量％，基于鐵粉的重量；優(yōu)選，在原料中，CaO的含量> 52重量％，基于石灰石的重量；Fe2O3的含量 ^ 60重量％，基于鐵粉的重量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的膨脹熟料，其中所述膨脹熟料中含量大于或等于2重量％的所有組成礦物如下f-CaO 55 重量％ -75 重量％ ；C2F 2重量％ -15重量％ ；C3S 5重量％ -20重量％ ；C4AF 2重量％ -12重量％ ；并且，膨脹熟料的所有礦物組成之和為100重量％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的膨脹熟料，其中所述膨脹熟料中含量大于或等于2重量％的所有組成礦物如下f-CaO :61 重量％ -70 重量％C2F 2重量％ -8重量％C3S 8重量％ -15重量％C4AF 3重量％ -10重量％并且，膨脹熟料的所有礦物組成之和為100重量％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的膨脹熟料，所述煅燒在1300 1500°C，優(yōu)選在 1350 1420°C的溫度進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的膨脹熟料，所述煅燒在回轉(zhuǎn)窯、隧道窯或輥道窯中進(jìn)行。
11.一種膨脹劑，其包括權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述的膨脹熟料。
12.權(quán)利要求11的膨脹劑，其包括權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述的膨脹熟料，任選存在的2-10重量％的所述硬石膏， 任選存在的0. 01-1重量％的所述葡萄糖酸鈉， 任選存在的0. 01-1重量％的所述月桂酸，基于所述膨脹熟料、葡萄糖酸鈉、月桂酸，以及硬石膏的總重量為100重量％。
13.權(quán)利要求11的膨脹劑，其包含權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述的膨脹熟料， 任選存在的3-7重量％的所述硬石膏，任選存在的0. 05-0. 5重量％ (優(yōu)選0. 05-0. 2重量％ )的所述葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量％ (優(yōu)選0. 05-0. 2重量％ )的所述月桂酸， 基于所述膨脹熟料、葡萄糖酸鈉、月桂酸，以及硬石膏的總重量為100重量％。
14.權(quán)利要求11至13任一項(xiàng)所述的膨脹劑，其還包括選自生礬石、鋁酸鈣熟料、煤矸石和焦寶石中的一種或多種。
15.權(quán)利要求14所述的膨脹劑，其中該膨脹劑的組成為30 70重量份的權(quán)利要求1 至10任一項(xiàng)所述的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的生礬石，任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。
16.權(quán)利要求14所述的膨脹劑，其中該膨脹劑的組成為30 70重量份的權(quán)利要求1 至10任一項(xiàng)所述的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的鋁酸鈣熟料，任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。
17.權(quán)利要求14所述的膨脹劑，其中該膨脹劑的組成為30 70重量份的權(quán)利要求1 至10任一項(xiàng)所述的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的煤矸石，任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。
18.權(quán)利要求14所述的膨脹劑，其中該膨脹劑的組成為30 70重量份的權(quán)利要求1 至10任一項(xiàng)所述的膨脹熟料、10 40重量份的硬石膏、5 30重量份的焦寶石、任選存在的0. 05-0. 5重量份的葡萄糖酸鈉，以及任選存在的0. 05-0. 5重量份的所述月桂酸，其中所述膨脹劑的總重量為100重量份。
19.權(quán)利要求11至18任一項(xiàng)所述的膨脹劑，其中所述膨脹劑的比表面積為250 300m2/kgo
20.權(quán)利要求11至19任一項(xiàng)所述的膨脹劑，其包括硬石膏、葡萄糖酸鈉和月桂酸中的全部。
21.一種制造權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的膨脹熟料的方法，該方法包括將石灰石和鐵粉混合、然后進(jìn)行煅燒，其中碳酸鈣的含量以CaO的含量計(jì)為48-53重量％ ；Fe2O3 的含量為1-5重量％，各重量百分比都是基于石灰石和鐵粉的總重量。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述煅燒在1300 1500°C的溫度進(jìn)行。
23.權(quán)利要求21至22的方法，其中所述煅燒在回轉(zhuǎn)窯、隧道窯或輥道窯中進(jìn)行。
24.權(quán)利要求21至23中任一項(xiàng)的方法，其中所述煅燒優(yōu)選在1350 1420°C的溫度進(jìn)行。
25.權(quán)利要求22至M中任一項(xiàng)的方法，其中所述方法還包括在將各組分混合之前，將各組分單獨(dú)粉磨至比表面積為250 300m2/kg。
26.權(quán)利要求22至M中任一項(xiàng)的方法，其中所述方法還包括在將各組分混合之后，將所得混合物粉磨至比表面積為250 300m2/kg。
27.一種混凝土，包含權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述的膨脹熟料或者權(quán)利要求11至20 任一項(xiàng)所述的膨脹劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種膨脹熟料，其由石灰石和鐵粉作為原料混合后煅燒而成，其中在原料中，碳酸鈣的含量以CaO的含量計(jì)為48-53重量％；Fe2O3的含量為1-5重量％，各重量百分比都是基于石灰石和鐵粉的總重量。本發(fā)明還涉及包含該膨脹熟料的膨脹劑以及制備該膨脹熟料的方法。本發(fā)明還涉及一種膨脹劑，包含本發(fā)明所述的膨脹熟料或者膨脹劑。
文檔編號(hào)C04B22/06GK102219422SQ201110053668
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者凡濤濤, 劉勇, 劉虎, 吳翠娥, 阮海濤 申請(qǐng)人:武漢源錦特種建材有限責(zé)任公司