[发明专利]磷石膏矿物外加剂及其制备方法

说明书

一、所属技术领域，本发明涉及利用工业废渣磷石膏制造混凝土矿物外加剂，属于建筑材料制造领域。

二、背景技术

高强高性能混凝土用矿物外加剂是在混凝土搅拌过程中加入的，具有一定细度和活性的用于改善新拌和硬化混凝土性能特别是混凝土工作性能耐久性的某些矿物类的产品。现有的矿物外加剂，俗称掺合料，有磨细或风选筛分粉煤灰、磨细矿渣、磨细天然沸石、磨细石灰石粉或其它石粉、偏高岭土、硅藻土、页岩、锻烧粘土等。

化学石膏渣是工业生产中产生的以含CaSO₄·2H₂O为主要成分的废渣，按来源不同，分为磷石膏、排烟脱硫石膏、盐石膏、氟石膏、碱石膏、苏打石膏等，其中，排放堆积量最大的是磷石膏。磷石膏渣是湿法磷酸生产产生的废渣，每生产1吨磷酸排出磷石膏渣约5吨。磷石膏含CaSO₄·2H₂O 65％-96％，此外还含有其它硫酸盐、磷酸盐、硅化合物、少量有害化合物氟化物、游离酸等。磷石膏渣在我国利用率仅10％左右。此类废渣长期堆放，占据土地资源，还对环境造成污染。近年来，国内开展了利用这类废渣的研究工作，CN1037324发明了“作水泥缓凝剂的磷石膏改性方法”，方法为用磷石膏加入一种天然矿物或工业废渣，经加热，保温，冷却后即可用作水泥生产的缓凝剂。该缓凝剂可以提高水泥的缓凝效果及抗压强度等物理性质，但是还未用于混凝土拌合中用作混凝土外加剂。CN200710066231.2发明了“磷石膏缓凝高效减水剂的制备方法”，以磷石膏工业废渣为原料，加入改性剂改性处理，低温干燥，粉细，加入表面活性剂复配，得到磷石膏缓凝高效减水剂。用于水泥混凝土拌合过程，可以使减水率提高，高于国标要求≥12％，终凝时间达24h以上，仍保持28d抗压强度比≥120％，可以取代节约水泥5％。该发明为磷石膏渣产品应用于水泥混凝土找到新出路，取得积极效果，但是取代节约水泥量还不够高。

三、发明内容

1、发明的目的：是改进高强高性能混凝土矿物外加剂的制备方法，将磷石膏矿物外加剂用于拌合混凝土，取代节约水泥效果明显。

2、发明的技术方案：发明的构思是将经化学反应生成的磷石膏工业废渣，以CaSO₄·2H₂O为主成分，含有游离酸等有害物质，经过改性处理加以利用。具体方案是：(1)磷石膏矿物外加剂，由工业废渣磷石膏和及工业废渣粉或矿石粉组成，共配方是：①磷石膏矿物外加剂母体改性脱水石膏组分的重量％为：干磷石膏渣95～97，改性剂3～5，二者之和为100，磷石膏渣中CaSO₄·2H₂O含量的重量％为65～96，改性剂为NaOH、Na₂O、Na₂CO₃、NaHCO₃、CaO、Ca(OH)₂、AI(OH)₃中的一种或含有上述碱性物的工业废渣中的一种：②磷石膏矿物外加剂组分的重量％为热状改性脱水石膏＞50，干冷状磷石膏渣＜50，二者之和为100；③复合磷石膏矿物外加剂组分的重量％为磷石膏矿物外加剂51～70，工业废渣粉或矿石粉30～49，二者之和为100，工业废渣粉或矿石粉为从粉煤灰、高炉矿渣粉、钢渣粉、石灰石粉、焙烧页岩粉、硅藻土粉中任选一种；(2)磷石膏矿物外加剂的制备方法，包括母体配方混合，改性处理，配磷石膏矿物外加剂，复合磷石膏矿物外加剂配制几个步骤，具体做法是：①母体配方混合：将干磷石膏渣与改性剂按组分配好，混合料的PH值为7～14，放入混合机，混合处理0.1～1h；②改性处理：将混合处理好的配方料放入烘干机中，在温度为200℃～＜300℃条件下，烘干处理0.1～1h，得到化学成分为CaSO₄·0.15～0.6H₂O和CaSO₄的改性脱水石膏；③配磷石膏矿物外加剂：将热状改性脱水石膏与冷状磷石膏渣混合，混合料比例的重量％比为热状改性脱水石膏＞50，干冷状磷石膏渣＜50，二者相加之和为100，在混合机中混合处理0.1～0.5h，即得到混凝土磷石膏矿物外加剂掺合料产品；④复配磷石膏矿物外加剂系列产品：将所得磷石膏矿物外加剂掺合料与工业废渣粉或矿石粉按比例混合，比例的重量％比为矿物外加剂∶废渣粉或矿石粉＝51～70∶30～49，二者之和为100，废渣粉、矿石粉为从粉煤灰、高炉矿渣粉、钢渣粉、石灰石粉、焙烧页岩粉、硅藻土粉中任选一种，粒度为＜0.5mm，混合处理0.1～0.5h，即得到混凝土磷石膏矿物外加剂复合掺合料产品；掺合料及复合掺合料可供不同用途使用，可以替代混凝土配合比中的水泥用量，节约水泥5-15％。本发明的矿物外加剂拌合於混凝土中，微细粉掺入能改善混凝土的孔结构，不仅起填充作用，还参与了水泥的水化反应。半水石膏转化为二水石膏生成新的晶体，并且二水石膏还进一步与水泥熟料矿物中的矿相铝酸钙发生反应，生成水化硫铝酸钙结晶，此类柱状或针状的细小晶体会使水泥混凝土的密实性增强，强度提高，同时水泥水化浆体的孔结构细化又改善了混凝土拌合物的和易性，它的分散润滑作用还可减少混凝土用量。水泥水化反应过程及水泥浆体硬体硬化过程有了这些矿物细粉掺合料的参与，对混凝土早期及后期强度的形成及抗渗性能的提高产生了明显的积极效果。