一种利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料及其制备方法和混凝土技术

本发明专利技术涉及磷石膏综合利用技术领域，尤其是一种利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料及其制备方法和混凝土，经过对磷石膏、粉煤灰或磷渣、水淬矿渣、钢渣进行复合配制成混合材料，并加入普通硅酸盐水泥制备成不收缩胶凝材料，对磷石膏进行了高值化综合利用，利用磷石膏中硫酸盐为激发剂，激发粉煤灰、磷渣、水淬矿渣、钢渣等的活性，并与粉煤灰、磷渣、水淬矿渣、钢渣及水泥中Al2O3、水泥水化产物Ca(OH)2反应，形成钙矾石AFt,填充和堵塞混凝土内部毛细孔缝，结合对原料成分的质量百分比控制，改善胶凝材料性能，使得应用到混凝土中后，提高混凝土密实度，产生体积膨胀，在获得不收缩高性能混凝土的同时，降低水泥水化热，节约水泥用量，降低混凝土生产成本。

A non shrinkage cementitious material made of phosphogypsum and its preparation method and concrete

【技术实现步骤摘要】
一种利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料及其制备方法和混凝土
本专利技术涉及磷石膏综合利用
，尤其是一种利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料及其制备方法和混凝土。
技术介绍
磷石膏是湿法磷酸生产过程中，磷矿石经硫酸分解、过滤制取磷酸所产生的固体废弃物，每生产1吨湿法磷酸，将排放约4-5吨磷石膏。磷石膏呈粉末状，主要物相成分为二水硫酸钙，含有少量石英；主要化学成分是氧化钙、三氧化硫、二氧化硅、五氧化二磷、氟离子等；二水硫酸钙在磷石膏中的含量一般在90％以上。据相关数据统计显示，全球磷石膏排放量达到了1.5亿吨，而我国磷石膏排放量超过了7000万吨，历年堆存量达到了3亿吨。如此庞大的磷石膏产量，不仅给环境带来了威胁，而且也造成了大量磷石膏资源浪费；为此，现有技术中出现了大量关于磷石膏综合利用的研究方案，但大多集中在生产砖、制备硫酸联产水泥、硫铝酸盐水泥、水泥缓凝剂、石膏砌块等。可见，磷石膏综合利用率、利用价值依然较低，致使磷石膏综合利用依然是世界性难题。在我国，西南地区是磷化工特色产业的重要基地，而其中西南地区尤其以贵州省磷石膏排放量、利用率较低。为了加快贵州省磷石膏资源的综合利用，以改善磷石膏综合利用率和利用价值，贵州省人民政府下发了《关于加快磷石膏资源综合利用的意见》，意见要求“以用定产”，即就是磷石膏排放企业能够消纳多少磷石膏，就只能排放多少磷石膏。因此，对磷石膏资源综合利用显得尤为重要。可是，现有技术中对于磷石膏资源综合利用价值并不高，致使磷石膏资源附加值较低，致使应用情景并不好。基于此，有研究者将磷石膏应用到建筑材料制备中所用的胶凝材料的制备，例如专利申请号为201510207204.7中公开的石膏基胶凝材料，使得胶凝材料利用硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏混合后反应生成具有膨胀特征的钙矾石，使得具备快凝、快硬和低收缩率的特性。再例如专利申请号为201710062923.3的低收缩早强型矿山充填胶凝材料，使得充填凝结快、强度高、收缩小。可是，现有技术由于对磷石膏使用方法不恰当，胶凝材料中原料配合比控制不恰当，导致所得的胶凝材料性能较差，收缩性能不理想，致使胶凝材料应用到混凝土等产品制备过程中，混凝土产品品质较差，尤其是收缩变形值较大。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供一种利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料及其制备方法和混凝土。具体是通过以下技术方案得以实现的：本专利技术创造的目的之一是提供利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料，由混合材料与普通硅酸盐水泥混合而成，其中，混合材料由重量百分比计的磷石膏5-20％、粉煤灰或磷渣30-60％、水淬矿渣15-30％、钢渣10-20％混合而成；混合材料与普通硅酸盐水泥质量比为1-3:7-9。优选，所述的混合材料由重量百分比计的磷石膏15％、粉煤灰或磷渣50％、水淬矿渣25％、钢渣10％混合而成。优选，所述的混合材料与普通硅酸盐水泥质量比为1:4。优选，所述的磷石膏中SO3含量＞40％。本专利技术创造的目的之二是还提供上述的利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料制备方法，将磷石膏烘干至恒重后，与粉煤灰或磷渣、水淬矿渣和钢渣混合粉磨，得混合材料，再加入普通硅酸盐水泥搅拌混合均匀，获得不收缩胶凝材料。优选，所述的混合材料比表面积≥420m2/kg。本专利技术创造的目的之三是提供上述不收缩胶凝材料在混凝土制备中应用。本专利技术创造具体提供一种不收缩高性能混凝土，将不收缩胶凝材料与碎石、砂子、水及表面活性剂混合搅拌均匀，经浇注、振捣、养护后，即得。具体的：所述的不收缩胶凝材料与碎石、砂子、水及表面活性剂之间的配比按标准JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》进行混凝土配合比设计；所述不收缩高性能混凝土的容重为2450～2500kg/m3；所述的不收缩胶凝材料总量为400～600kg/m3，水胶比为25～38％，砂率为30～40％，所述的表面活性剂用量为不收缩胶凝材料总量的1～2％。与现有技术相比，本专利技术创造的技术效果体现在：经过对磷石膏、粉煤灰或磷渣、水淬矿渣、钢渣进行复合配制成混合材料，并加入普通硅酸盐水泥制备成胶凝材料，使得磷石膏得到高价值综合利用，确保不收缩胶凝材料中磷石膏与粉煤灰、磷渣、水淬矿渣、钢渣及水泥中Al2O3、水泥水化产物Ca(OH)2反应，形成钙矾石AFt,填充和堵塞混凝土内部毛细孔缝，结合对原料成分的质量百分比控制，改善了胶凝材料的性能，使得应用到混凝土中后，提高了混凝土密实度，并能够产生体积膨胀，从而在获得不收缩高性能混凝土的同时，降低水泥水化热，节约水泥用量，降低混凝土生产成本。本专利技术创造中的胶凝材料为气凝性胶凝材料和水凝性胶凝材料的有机复合，改善了传统水凝性胶凝材料收缩大的性能，提高了磷石膏在建筑材料领域的资源综合利用的价值。在建筑领域，高性能混凝土与普通混凝土相比，其具有更高的强度、耐久性等特征，致使高性能混凝土更难以配制，同时对原材料要求较高，现有技术中大多采用的硅粉和矿粉配制而成，其不仅成本较高，而且随着混凝土强度等级提高，其收缩性能越来越大。因此，本专利技术创造充分利用大宗工业固体废弃物—磷石膏制备不收缩胶凝材料，并将所得的不收缩胶凝材料与碎石、砂子和/或表面活性剂配制出不收缩高性能混凝土，其中磷石膏用量在5-20％之间，完全符合国家关于磷石膏资源综合利用的相关标准规定和可持续发展需要。本专利技术创造在将不收缩胶凝材料用于配制不收缩高性能混凝土时，碎石、砂子、水以及表面活性剂之间的配比可按行业标准JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》进行设计。在本专利技术创造不收缩胶凝材料制备中所述的磷石膏中三氧化硫的含量大于40％；所述的粉煤灰质量符合GB/T1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》；所述的磷渣质量符合JC/T317《混凝土用粒化电炉磷渣粉》；所述的水淬矿渣质量符合GB/T18046《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》；所述钢渣符合GB/T20491《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》的要求；所述普硅水泥质量符合GB175《通用硅酸盐水泥》42.5或52.5级普硅水泥的要求。在本专利技术创造不收缩高性能混凝土制备中，所述的碎石符合GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》标准要求，且最大粒径≤25mm；所述的砂子符合GB/T14684-2011《建设用砂》标准人工砂质量要求；所述的表面活性剂质量符合JG/T223《聚羧酸系高性能减水剂》标准要求，即就是采用聚羧酸系高性能减水剂作为表面活性剂。本专利技术创造中的不收缩胶凝材料应用到混凝土制备中后，能够使得制备的混凝土的塌落度为18～25cm，自然养护28天之后抗压强度为50-80MPa，电通量≤1000cc，自由收缩变形值为-0.2/万～0.4/万之间。具体实施方式下面结合具体的实施方式来对本专利技术的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。本专利技术创造的不收缩胶凝材料制备方法是将磷石膏烘干至恒重后，与粉煤灰或磷渣、水淬矿渣和钢渣混合研磨至比表面积≥420m2/kg，得混合材料粉，再加入普通硅酸盐水泥搅拌混合均匀，获得不收缩胶凝材料；磷石膏中SO3含量＞40％。在制备过程中，具体各原料成分之间的配比按照下述实施例所述：实施例1胶凝材料由混合材料与普通硅酸盐水泥混合而成，其中混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料，其特征在于，由混合材料与普通硅酸盐水泥混合而成，其中，混合材料由重量百分比计的磷石膏5‑20％、粉煤灰或磷渣30‑60％、水淬矿渣15‑30％、钢渣10‑20％混合粉磨而成；混合材料与普通硅酸盐水泥质量比为1‑3:7‑9。

【技术特征摘要】
1.一种利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料，其特征在于，由混合材料与普通硅酸盐水泥混合而成，其中，混合材料由重量百分比计的磷石膏5-20％、粉煤灰或磷渣30-60％、水淬矿渣15-30％、钢渣10-20％混合粉磨而成；混合材料与普通硅酸盐水泥质量比为1-3:7-9。2.如权利要求1所述的利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料，其特征在于，所述的混合材料由重量百分比计的磷石膏15％、粉煤灰或磷渣50％、水淬矿渣25％、钢渣10％混合而成。3.如权利要求1所述的利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料，其特征在于，所述的混合材料与普通硅酸盐水泥质量比为1:4。4.如权利要求1或2所述的利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料，其特征在于，所述的磷石膏中SO3含量＞40％。5.如权利要求1-4任一项所述的利用磷石膏制成的不收缩胶凝材料制备方法，其特征在于，将磷石膏烘干至恒重后，与粉煤灰或磷渣、水淬矿渣和钢渣混合粉磨，得混合材料粉，再加入普通硅酸盐水泥搅拌混合均匀，获得不收缩胶凝材料。...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵源，王勇，秦思波，高遇事，
申请(专利权)人：贵州省建筑材料科学研究设计院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52