高鈣膨脹熟料的生產(chǎn)與應(yīng)用

  【摘 要】本文介紹了一種高鈣膨脹熟料的生產(chǎn)技術(shù)。主要原材料是石灰石和鐵粉，其中石灰石CaO≥53%，鐵粉Fe₂O₃≥65%。主要礦物成分為f-CaO>75%，含少量C3S、C4AF，但是不含C3A。熟料的燒成溫度為1400℃~1420℃。高鈣膨脹熟料可用于生產(chǎn)混凝土膨脹劑，輔助原料是硫鋁酸鹽熟料和硬石膏。

  【關(guān)鍵詞】高鈣膨脹熟料；混凝土膨脹劑

  1 前言

  近幾年來，以游離氧化鈣為主要膨脹源的混凝土膨脹劑獲得迅速發(fā)展，用于大體積、大面積、長厚墻體等混凝土工程，用于配制無收縮高強灌漿材料，用于制作不同功能的混凝土構(gòu)件，如石家莊功能建材有限公司、天津豹鳴股份有限公司、唐山北極熊建材有限公司等廠家產(chǎn)品，多獲好評。這類產(chǎn)品經(jīng)多年研究，以高性能、高可靠性面世，在產(chǎn)品設(shè)計及生產(chǎn)工藝等主要方面，取得突破性進(jìn)展，完全不同于上世紀(jì)九十年代的石灰膨脹劑，不產(chǎn)生后期的體積不穩(wěn)定性破壞。其中重要的一條是首先設(shè)計與生產(chǎn)一種性能穩(wěn)定的高鈣膨脹熟料，然后再按照一定的配比制造混凝土膨脹劑，從而可以有效地控制膨脹劑性能。這種高鈣熟料既是膨脹劑行業(yè)的直接原料，也可以作為要求無收縮、強膨脹類工程材料的一種定型商品。本文依據(jù)石家莊市功能建材有限公司高鈣膨脹熟料的研究與應(yīng)用情況作一介紹，與大家交流討論。

  2 高鈣膨脹熟料的制備

  2.1 主要礦物組成

  高鈣膨脹熟料以結(jié)晶良好的f-CaO為主要礦物，有效含量>75%；此外，含少量C3S、C4AF；不允許C3A存在。煅燒時，液相含量約12%~15%。這種設(shè)計的主要益處是，用其制造的膨脹劑，可以避免和減輕摻入混凝土后促凝和加大坍落度損失；避免和減輕在混凝土硬化之前過多地消耗膨脹能；避免和減輕產(chǎn)品在儲存階段的吸潮變質(zhì)。這種配料的特征是不含無水硫鋁酸鈣。

  2.2 主要原料

  高鈣膨脹熟料的主要原材料為石灰石和鐵粉，石灰石CaO≥53%，鐵粉Fe₂O₃≥65%。其特征是不使用鋁礬土、也不使用石膏配料。

  2.3 燃料

  煤，揮發(fā)分32 %左右，灰分≤10%。使用窯外分解工藝，對燃料中的水分、SO₃和堿含量應(yīng)進(jìn)行控制，以防止和減輕還原氣氛、堵塞或結(jié)圈、結(jié)皮。

  2.4 主要控制指標(biāo)

  入窯生料CaO≥52%，細(xì)度≤20%。

  高鈣膨脹熟料的f-CaO>75%，立升重（1400±50）g/L。

  燒成溫度1400℃~1420℃，熟料的結(jié)粒狀態(tài)主要為5mm~20mm顆粒。由于f-CaO結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不像生石灰那樣見水即消化，也不像在硅酸鹽水泥中那樣導(dǎo)致砼安定性不良。標(biāo)志是在水中浸泡1h而不潰散。

  3 高鈣膨脹熟料的應(yīng)用

  3.1 制造補償效率達(dá)100%的膨脹劑

  高鈣膨脹熟料第一用途是生產(chǎn)全補償型混凝土膨脹劑FEA100，輔助原料是硫鋁酸鹽熟料，Al₂O₃≥32%；硬石膏，SO₃≥46%。

  FEA100有兩個膨脹源，主要是氧化鈣膨脹源，提供較大的膨脹率貢獻(xiàn)；其次是鈣礬石膨脹源，利于保持混凝土的耐化學(xué)侵蝕性、耐水溶性。FEA100由于在成分、堿度上更接近普通水泥，兩者的相容性良好。對水養(yǎng)條件的要求，不像鈣礬石膨脹劑那樣苛刻。早期水化生成Ca(OH)₂，在產(chǎn)生膨脹的同時，部分Ca(OH)₂參與鈣礬石的生成，致密度增高，抗?jié)B、抗裂、抗碳化能力增強。

  在標(biāo)準(zhǔn)檢驗條件下，F(xiàn)EA100的7d水中限制膨脹率均高于0.050%，21d干空限制膨脹率均≥0，達(dá)到了收縮的完全補償，補償效率達(dá)100%。7d的強度性能達(dá)空白強度的75%，28d基本持平或更高。膨脹規(guī)律合理，以水中28d的限制膨脹率為100，其3d齡期可達(dá)80%，7d可達(dá)88%，至1年時保持微小的增長，增長率約9%。對C60以上高強度等級砼的收縮補償效果非常優(yōu)秀，干空28d的補償效率達(dá)80%~100%，至一年齡期時仍保持在50%以上。

  3.2 膨脹可控性與可預(yù)測性

  使用高鈣膨脹熟料配制全補償型混凝土膨脹劑的另一技術(shù)優(yōu)勢是膨脹率的可控性與可預(yù)測性，無論何生產(chǎn)廠家，只要原材料穩(wěn)定，并以成分、性能穩(wěn)定的高鈣熟料為主要膨脹源，通過試驗室試驗均可求得膨脹率與高鈣熟料含量的經(jīng)驗關(guān)系。石家莊市功能建材有限公司建立了膨脹劑中f-CaO有效含量與膨脹劑膨脹率的基本線性關(guān)系，有效、方便地用于指導(dǎo)生產(chǎn)。在基準(zhǔn)水泥不發(fā)生大的變化、在膨脹劑輔助成分與用量處于一定范圍的情況下，可以忽略鈣礬石對膨脹率的貢獻(xiàn)，設(shè)引入基準(zhǔn)水泥中的f-CaO有效百分含量為fC、水中7d限制膨脹率為ε7，二者之間大體成立如下量值關(guān)系：ε7＝1.37fC＋3.97。例如f-CaO=2.0%，則ε7=0.0671%。需要指出，該經(jīng)驗式僅適用于限制膨脹率處于0.050%~0.120%范圍的FEA100產(chǎn)品。換言之，全補償型混凝土膨脹劑產(chǎn)品中的有效f-CaO含量有一個基本確定的數(shù)值范圍，通過調(diào)節(jié)高鈣熟料的摻量可以得到膨脹率大小不同的系列產(chǎn)品，如制作28d自應(yīng)力值達(dá)1.2MPa~1.8MPa的混凝土構(gòu)件，配制鋼管混凝土，用于填充混凝土工程。

  4 結(jié)束語

  （1） 利用窯外分解工藝，可以生產(chǎn)性能定型的高鈣膨脹熟料，主要礦物組成是f-CaO>75%，不含C3A；主要物理指標(biāo)是立升重（1400±50）g/L。

  （2） 高鈣膨脹熟料可以用于制造全補償型混凝土膨脹劑，膨脹率具有可控性與可預(yù)測性，補償效率可達(dá)100%。

  （3）高鈣膨脹熟料可以作為定型商品，用于膨脹劑行業(yè)，用于不同膨脹功能要求的工程材料制備。