專利名稱：可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法。
背景技術(shù)：
磷石膏是磷化工業(yè)中濕法生產(chǎn)磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，其主要成分為二水石膏(Ca2S04*2H20)，通常磷石膏中二水石膏為85% 95%，并且含有少量磷、氟、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)，其含量與生產(chǎn)所用磷礦石成分有關(guān)。我國(guó)目前每年的磷石膏副產(chǎn)量超過5000萬噸，僅有20%左右得到利用，大量磷石膏作為固體廢棄物堆存，累計(jì)堆存的磷石膏已經(jīng)超過2億噸，不僅占用了大量土地，還造成環(huán)境污染。加快磷石膏資源化利用，已成為磷化工業(yè)可持續(xù)發(fā) 展急需解決的問題。磷石膏基水泥混凝土是以磷石膏為主要原料，添加適量礦渣、鋼渣、硅酸鹽水泥熟料等原料，制備出的一種具有較高強(qiáng)度的水硬性的膠凝材料。磷石膏基水泥混凝土具有強(qiáng)度高，耐水性好，抗硫酸鹽侵蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，可以用在淡水和海水等工程中。但是磷石膏基水泥混凝土由于使用的磷石膏中含有磷、氟、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)的影響，凝結(jié)時(shí)間很長(zhǎng)，早期強(qiáng)度低，從而影響其使用性能。因此，如何縮短磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間，提高其早期強(qiáng)度，成為磷石膏基水泥混凝土推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。目前我國(guó)關(guān)于縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的文獻(xiàn)尚不多見，但近期有兩項(xiàng)發(fā)明專利中對(duì)類似技術(shù)進(jìn)行了介紹。專利申請(qǐng)?zhí)枮?2138088. 0的“改性磷石膏及其制備”專利中，申請(qǐng)人介紹了一種利用磷肥廠廢磷石膏，以其它廢渣、廢液為添加劑生產(chǎn)水泥水泥緩凝劑和水泥增強(qiáng)劑的改性磷石膏及其制備。其主要重量組成為添加劑(硫酸鋁渣、明礬石、草木灰、膨潤(rùn)土、礦渣、地開石、造紙廠及堿廠的廢液廢渣、白泥和海泡石當(dāng)中的1、2或者3種)10% 30%、磷石膏70% 90%。將重量比70% 90%磷石膏和10% 30%添加劑混合，堆放在一定溫度下中制得改性磷石膏，如果將30 100°C悶熱處理8 48小時(shí)的改性磷石膏成型經(jīng)烘干后成為水泥緩凝劑，如果將悶熱8 24小時(shí)的改性磷石膏經(jīng)600 900°C高溫煅燒，即可成為水泥增強(qiáng)劑。該專利雖然給出了一種磷石膏的改性方法，但添加劑摻量高，需要一定溫度處理，因此改性處理方法成本較高，工藝復(fù)雜。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110373403. 7的“具有抗起砂和抗碳化性能的石膏基混凝土及其制備方法”的專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)人介紹了一種石膏基混凝土制造及提高抗起砂碳化性能的方法。其特征在于將工業(yè)副產(chǎn)石膏(磷石膏、脫硫石膏、氟石膏)與一定配比的鋼渣粉或再加一定量的聚羧酸類外加劑，加水?dāng)嚢璩墒噤撛鼭{，并陳化一定時(shí)間后，再與礦渣粉、硅酸鹽水泥、鋼渣粉、砂子、石子、聚羧酸類外加劑、水等原料攪拌制成石膏基混凝土。各原料所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(干基)為工業(yè)副產(chǎn)石膏(磷石膏或脫硫石膏或氟石膏)5. 51% 10. 26%，鋼渣粉0. 10% I. 10%,礦渣粉7. 60% 11. 40%,硅酸鹽類水泥0. 00% 0. 90%,砂子27. 00% 32. 00%，石子42. 96% 47. 96%，聚羧酸類外加劑0. 03% 0. 30%。該發(fā)明開發(fā)出了一種具有水硬性的抗起砂和抗碳化性能好的石膏基混凝土，可大量利用磷石膏、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、能耗少、有利于環(huán)保，但該發(fā)明所制造的石膏基混凝土凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，早期強(qiáng)度較低，不利于其推廣應(yīng)用。雖然該發(fā)明人提出了“將鋼渣粉與未烘干的工業(yè)副產(chǎn)石膏(磷石膏、脫硫石膏、氟石膏)按一定的配比加水?dāng)嚢璩墒噤撛鼭{體，并陳化一定時(shí)間，鋼渣中的活性鈣會(huì)與工業(yè)副產(chǎn)石膏(磷石膏、脫硫石膏、氟石膏)中的這些酸性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，可有效提高石膏基水泥的早期強(qiáng)度?！钡捎诹资噤撛鼭{中，活性鋁的含量很低，只是通過鋼渣中的活性鈣與磷石膏中的酸性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，還不足以使磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間達(dá)到理想水平。如果在磷石膏和鋼渣中，再摻入少量礦渣粉制成磷石膏鋼渣礦渣漿并陳化一定時(shí)間后，鋼渣中的活性鈣和礦渣中的活性鋁會(huì)與磷石膏中的CaSO4 . 2H20反應(yīng)，形成溶解度更低的水化硫鋁酸鈣類水化產(chǎn)物，可進(jìn)一步縮短磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間并提高其早期強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法，該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，該方法制備的改性磷石膏可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法，其特征在于它包括如下步驟按磷石膏、鋼渣粉、礦渣粉所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為(“干基”是指磷石膏、鋼渣粉、礦渣粉不含水的量，即除去水后的量)磷石膏90% 97%，鋼渣粉2% 8%，礦渣粉1% 4%，磷石膏、鋼渣粉和礦渣粉所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100% ;水的加入量為磷石膏、鋼渣粉和礦渣粉總質(zhì)量的50% 70%，水的加入量含磷石膏中自由水的量；將磷石膏、鋼渣粉、礦渣粉和水混合濕磨均勻后，陳化8小時(shí)以上的時(shí)間(8 72小時(shí))，得到改性磷石膏(改性磷石膏漿)。所述磷石膏、鋼渣粉、礦渣粉所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)最佳為磷石膏92% 94%，鋼渣粉4% 6%，礦渣粉2% 3%。水的加入量最佳為磷石膏、鋼洛粉和礦洛粉總質(zhì)量的60%。所述的鋼渣為鋼鐵廠煉鋼排出的工業(yè)廢渣，其主要化學(xué)成分是二氧化硅(SiO2)、氧化|丐(CaO )、氧化鎂(MgO )、氧化猛(MnO )、氧化鐵(FeO )等。所述的礦渣為鋼鐵廠排出的高爐水淬礦渣；其主要的化學(xué)成分是二氧化硅(5;102)、三氧化二招(41203)、氧化|15(030)、氧化鎂(1%0)、氧化猛(|/[110)、氧化鐵^60)等。所述磷石膏為濕法制備磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，主要成分為二水石膏的含水粉狀物料。所述的鋼渣粉為鋼渣粉磨至比表面積為大于196 m2/Kg的粉狀物料。所述的礦渣粉為高爐礦渣粉磨至比表面積為大于198 m2/Kg的粉狀物料。本發(fā)明將磷石膏與礦渣粉、鋼渣粉按上述比例，外加適量水混合磨制成磷石膏漿后，在鋼渣的堿性激發(fā)作用下，礦渣中玻璃體解聚，礦渣中的活性鈣和活性硅等組分溶出后形成水化硅酸鈣凝膠(C-S-H);礦渣中活性鈣、活性鋁與磷石膏形成水化硫鋁酸鈣(AFt)等水化產(chǎn)物，這些水化產(chǎn)物在形成過程中，吸附和固化了磷石膏中的磷、氟、有機(jī)質(zhì)等造成磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)、早期強(qiáng)度降低的有害雜質(zhì)成分。經(jīng)過該方法處理后的改、性磷石膏漿，再用于配制磷石膏基水泥混凝土，可大幅度縮短磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間，并提高其早期強(qiáng)度。本發(fā)明的有益效果是1、該方法工藝簡(jiǎn)單、無需高溫養(yǎng)護(hù)(能耗少)、外加劑(通用硅酸鹽水泥)摻量少、成本低、不會(huì)產(chǎn)生二次污染，并且還能利用鋼渣、礦渣等工業(yè)廢渣。2、改性磷石膏(即改性后的磷石膏)替代天然石膏用于生產(chǎn)磷石膏基水泥混凝土，與未處理磷石膏相比，磷石膏基水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間明顯縮短，并提高其早期強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。如下實(shí)施例中所用到的原料將硅酸鹽水泥熟料(取自華新水泥股份有限公司)、 天然石膏(SO3含量為44. 8%，取自華新水泥股份有限公司)、礦渣(取自武漢鋼鐵公司)、鋼渣(取自武漢鋼鐵公司)、石灰石(取自華新水泥股份有限公司)分別粉磨成熟料粉、天然石膏粉、礦渣粉、鋼渣粉、石灰石粉。比表面積檢測(cè)結(jié)果為硅酸鹽水泥熟料粉為365m2/kg，天然石膏粉為405m2/kg，礦渣粉為385m2/kg，鋼渣粉為392m2/kg，石灰石粉為506m2/kg。粉煤灰直接取自武漢市陽羅電廠的一級(jí)粉煤灰，測(cè)定比表面積為375m2/kg。所述的礦渣為鋼鐵廠的高爐水淬礦渣，其主要化學(xué)成分是二氧化硅(SiO2)、三氧化二招(41203)、氧化韓(0&0)、氧化鎂(1%0)、氧化猛(|/[110)、氧化鐵^60)等。鋼洛為鋼鐵廠排出的工業(yè)廢渣，其主要化學(xué)成分是二氧化硅(Si02)、氧化鐵(Fe203)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)等氧化物。磷石膏為濕法制備磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，主要成分為二水石膏(CaSO4 *2H20);天然石膏主要成分為二水石膏(CaSO4 *2H20);硅酸鹽水泥熟料主要礦物為硅酸三鈣(C3S )、硅酸二鈣(C2S )、鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)。石灰石為天然礦石，主要成分為碳酸鈣(CaC03)。粉煤灰為然煤電廠煙囪收集下來的粉煤灰，其主要化學(xué)成分是二氧化娃(SiO2)、三氧化二招(A1203)、氧化I^(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鐵(Fe2O3)等。實(shí)施例I :
可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法將磷石膏(取自湖北省黃麥嶺磷化工有限責(zé)任公司)測(cè)定出自由水含量，然后與礦渣粉、鋼渣粉按表I的配比混合后，外加60%的水(水的加入量為磷石骨、鋼洛粉和礦洛粉總質(zhì)量的60%,水的加入量含磷石骨中自由水的量)，濕磨成磷石膏漿，攪拌均勻并按表I中的陳化時(shí)間陳化后，得到改性磷石膏(改性磷石膏漿)。按表2的配合比配制成磷石膏基水泥混凝土。然后按GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定磷石膏基水泥混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間；按GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)磷石膏基水泥混凝土的強(qiáng)度，檢驗(yàn)結(jié)果見表2所示。表I磷石膏漿的配比:礦詩■ 猶;輪:外_ 時(shí)iw丨
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表2中所述的BASF為市售的以聚羧酸為主要成分的混凝土外加劑。所述砂子為市售的通常用于配制水泥混凝土用的砂子。所述石子為市售的通常用于配制水泥混凝土用的石子。表2改性磷石膏對(duì)磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響
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由表I和表2可見,摻有礦洛粉和鋼洛粉改性的磷石骨衆(zhòng)(表I中的F2 F8試樣)所配制的磷石膏基水泥混凝土(表2中的G2 G8試樣)的凝結(jié)時(shí)間，比未摻礦渣粉或通用硅酸鹽水泥改性的磷石膏漿(表I中的H) Fl試樣)所配制的磷石膏基水泥混凝土 (表2中的GO Gl試樣)的凝結(jié)時(shí)間顯著縮短，并且早期強(qiáng)度明顯提高。實(shí)施例2
本實(shí)施例中所用的原料，除表3中的礦渣和鋼渣的比表面積外，其余原料及比表面積均與實(shí)施例I相同?？煽s短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法將磷石膏(取自湖北省黃麥嶺磷化工有限責(zé)任公司)測(cè)定出自由水含量，然后與礦渣粉、鋼渣粉按表3的配比混合后，外加60%的水(水的加入量為磷石膏、鋼渣粉和礦渣粉總質(zhì)量的60%，水的加入量含磷石膏中自由水的量)，濕磨成磷石膏漿，攪拌均勻并按表3中的陳化時(shí)間陳化后，得到改性磷石膏(改性磷石膏漿)。將礦渣和鋼渣分別粉磨至不同的比表面積后，按表3的配比，磨制成改性磷石膏漿，并陳化不同時(shí)間后，按照表4的配合比配制成各種磷石膏基水泥混凝土，然后按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定磷石膏基水泥混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間；按68八50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)磷石膏基水泥混凝土的強(qiáng)度，檢驗(yàn)結(jié)果見表4所示。
表3磷石膏漿的配比
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表4改性用礦渣和鋼渣的比表面積對(duì)磷石膏基水泥混凝土的影響
權(quán)利要求
1.可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法，其特征在于它包括如下步驟按磷石膏、鋼渣粉、礦渣粉所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為磷石膏90% 97%，鋼渣粉2% 8%，礦渣粉1% 4%，磷石膏、鋼渣粉和礦渣粉所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100% ;水的加入量為磷石膏、鋼洛粉和礦洛粉總質(zhì)量的50% 70%,水的加入量含磷石膏中自由水的量；將磷石膏、鋼渣粉、礦渣粉和水混合濕磨均勻后，陳化8小時(shí)以上的時(shí)間，得到改性磷石膏。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法，其特征在于，所述磷石膏、鋼渣粉、礦渣粉所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)最佳為磷石膏92% 94%，鋼渣粉4% 6%，礦渣粉2% 3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法，其特征在于，水的加入量為磷石膏、鋼洛粉和礦洛粉總質(zhì)量的60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法，其特征在于，所述磷石膏為濕法制備磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，主要成分為二水石膏的含水粉狀物料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法，其特征在于，所述的鋼渣粉為鋼渣粉磨至比表面積為大于196 m2/Kg的粉狀物料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法，其特征在于，所述的礦渣粉為高爐礦渣粉磨至比表面積為大于198 m2/Kg的粉狀物料。
全文摘要
本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法?？煽煽s短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間的磷石膏改性方法，其特征在于它包括如下步驟按磷石膏、鋼渣粉、礦渣粉所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為磷石膏90%～97%，鋼渣粉2%～8%，礦渣粉1%～4%，磷石膏、鋼渣粉和礦渣粉所占的干基質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100%；水的加入量為磷石膏、鋼渣粉和礦渣粉總質(zhì)量的50%～70%，水的加入量含磷石膏中自由水的量；將磷石膏、鋼渣粉、礦渣粉和水混合濕磨均勻后，陳化8小時(shí)以上的時(shí)間，得到改性磷石膏該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，該方法制備的改性磷石膏可縮短磷石膏基水泥混凝土凝結(jié)時(shí)間。
文檔編號(hào)C04B28/14GK102745924SQ20121024238
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者劉金軍, 林宗壽, 趙前, 黃赟 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)