早强膨胀水泥的生产工艺

本发明涉及早强膨胀水泥的生产工艺，更进一步说是涉及用硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐熟料、石膏及炉灰为原料制备早强K型膨胀水泥的生产工艺。

早在1936年，法国的罗塞尔首先用50%石膏、25%铁矾土和25%的白垩作原料在回转窑中煅烧成熟料，然后与适当比例的矿渣及波特兰水泥熟料共同粉磨，制造出了膨胀水泥。1958年美国加利福尼亚大学的克莱恩及其同事在罗塞尔的基础上发明了K型膨胀水泥，其制造工艺及化学成分与罗塞尔的水泥相似，但K型水泥的膨胀组分中含有三组分化合物-硫铝酸钙C4A3S（3CaO，Al2O3，CaSO4）及游离氧化钙（fCaO），K型水泥大多采用单独煅烧硫铝酸钙水泥熟料然后与硅酸盐水泥熟料共同粉磨的生产方法。日本则在购买了克莱恩的专利之后经过研究和改进，开发出了CSA（硫铝酸钙的缩写）水泥，与美国生产工艺不同的是，日本在煅烧硫铝酸盐熟料之后，将其单独磨制成CSA膨胀剂，并作为商品水泥拌制成膨胀水泥，这种方法使用灵活方便，但要求现场有较好的设备以及较多的施工技术。近年来，世界上有许多国家相继研究或开发出了自己的K型膨胀水泥或CSA膨胀剂。但是这些现有技术存在一个主要缺陷，即它们通常只具有膨胀作用而没有早强性能或强度值较低，硬化时间也相对较长，此外其生产成本也相对较高，难以满足现代建筑工程的需要。最近CN 1061581公开了用沸腾炉燃烧煤脱硫废渣（即炉灰）制作水泥膨胀剂的方法，但是由其制得产品不具有早强性其后期抗折强度和抗压强度也较低。

因此本发明的目的在于提供一种早强膨胀水泥（早强K型膨胀水泥）的生产工艺，该水泥具有不同的矿物组成，它在具有膨胀性能的同时，还具有早强、快硬的特点，其后期强度稳定升高，同时其生产成本也大幅度降低。

本发明所述的生产工艺包括下列步骤：（1）原料准备：①制备硅酸盐水泥熟料：要求该熟料的3天抗压强度≥28MPa，28天抗压强度≥480MPa，其矿物组成（重量百分比）为C3S：55-75%，C2S22-35%;游离CaO≤3.5%;

②制备硫铝酸盐熟料：要求其3天抗压强度≥42.5MPa，其矿物组成（重量百分比）为C4A3S≥55%;β-C2S≥25%;

③石膏：SO3含量≥38%（重量）;以及④炉灰：烧失量≤3%，活性SiO2含量≥60%（重量）。

（2）原料混合：各种原料的混合配比范围为（重量百分比）：其优选的范围为硅酸盐水泥熟料：60-85%    60-65%硫铝酸盐熟料：3-15%    8-12%石膏：3-20%    5-10%炉灰：5-30%    15-30%（3）粉磨及包装：将上述混合料在球磨机中粉磨至在边长为80微米的方孔筛上筛余量为小于7%的细度并包装，最终产品的矿物组成由C3S、C2S和C4A3S组成。

本发明所述的硅酸盐水泥熟料及硫铝酸盐熟料的制造过程均可以采用本领域普通的烧结工艺制造，例如可以采用回转窑、立窑来烧结，只要这些熟料各自满足上述要求即可。

本发明所用的石膏原料可以是磷石膏或二水石膏，所用的炉灰例如可以是沸腾炉炉灰，只要它们各自满足上述要求即可用于本发明。

本发明所述的原料混合及粉磨步骤没有特别的工艺及设备要求，它们可以采用本领域常用的工艺手段及设备完成。

下面将参照实施例对本发明作更详细的描述。

下表1中分别对本发明所述的早强K型膨胀水泥生产工艺的配比范围及其产品的膨胀性能、早强性能（初凝时间）和抗折、抗压强度进行了举例说明。

注：膨胀率测定是在测定初始值后，水中养护分别测1、3、7、14、28天的膨胀率，标准稠度：30.2%，参照JC311-82测定。

由表1可以看出本发明的早强K型膨胀水泥具有优越的膨胀性能、合适的早强性能，其后期强度稳定上升，该水泥可用于配制补偿收缩混凝土及自应力水泥混凝土。

下表2将对由本发明所述的生产工艺制得的425＃及525＃早强K型膨胀水泥的抗折、抗压强度进行描述，并相应地将其与普通水泥作对比，所有这些测试均按国标GB175-92进行。

表2 单位：MPa

由表2可以看出由本发明的生产工艺制得的早强K型膨胀水泥425＃在3天、28天的抗折、抗压强度均高于普通425＃水泥，接近普通525＃水泥，而本发明的525＃水泥无论是早期（3天）的强度，还是后期（28天）的强度均高于现有技术525＃水泥的。

下面将描述由本发明的生产工艺制得的早强K型膨胀水泥的其它一些性能，这些参数按GB175-92及JC313-82进行测试。

综合上面所述的这些性能，可以看出本发明所述的生产工艺与现有技术相比，它采用独特的原料配比，它使用了废物炉灰，发明人经过大量的实验发现本发明所述的炉灰可以与硫铝酸盐熟料成份相互补充，协同作用，改善了该水泥的膨胀性能，既使该水泥的早强性能适中，符合施工的需要，又增加了水泥的后期强度，同时大幅度地降低了成本，具体地说本发明所述的炉灰的作用在于：1.炉灰中所含的大量的活性SiO2可以和过程中的游离CaO遇水化合，形成C2S，从而提高了该水泥的后期强度;

2.炉灰易磨，其比表面积较大，相对地提高了水泥的早期强度及水化速度;

3.硫铝酸盐有时水化太快，在配合料中加入炉灰可以和硫铝酸盐熟料及石膏协同作用、相互补充，从而可以适当地延长水化时间，使后期强度能稳定上升;

4.使用炉灰可以大幅度地降低该水泥的生产成本。

正是由于上述原因，由本发明可以获得具有特殊矿物组成的优质膨胀水泥，经检测，其矿物组成主要由C3S、C2S及C4A3S组成，不含游离的CaO，而现有技术则含有一定量的游离CaO。

由本发明所述的工艺制得的早强K型膨胀水泥具有凝结硬化快、早期强度高、后期强度稳定上升的特点，它还具有良好的抗冻、抗渗性、耐久性及优良的膨胀性，硬化后收缩率较小，膨胀率大于干缩，从而达到或保持微膨胀状态的收缩补偿效果。另外由于本发明预先将硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐熟料、石膏和炉灰混合、粉磨成水泥产品，省去了在施工现场的混合、搅拌步骤，不但使用起来极其方便，降低了操作人员的技术要求，而且提高了产品性能。由本发明制得的水泥可用来拌制补偿收缩混凝土，作抗裂、防水的构筑物，也可用来拌制自应力混凝土，用于制造外压管和内压管。另外正是由于本产品具有上述特点，它特别适用于在寒冷地区的建筑施工，有利于缩短工期，提高建筑物的防水、抗渗性能，大大提高了工程质量。