專利名稱：一種混凝土及水泥高效緩凝增強劑的制作方法
技術領域：
本發明屬于建筑用混凝土外加劑及水泥緩凝劑技術領域。
2、背景技術1)國內外對半干法脫硫灰的應用研究比較少，目前還未找到合適的工業用途，大部分用來代替粘土用作回填和道路基層材料。青島海洋大學研究了半干法脫硫灰再利用作脫硫劑的技術；芬蘭伊坦佩爾拉公司研究了脫硫灰制造水泥或混凝土的方法，它包括制造階段在水泥或混凝土中加入脫硫灰，所述飛灰含有石灰和在煙道氣脫硫中石灰同二氧化硫反應生成的產物。為了避免亞硫酸鈣和夾雜反應的不利影響和提高含有脫硫廢料飛灰的用量，在制造水泥或混凝土之前或之中用過氧化氫將亞硫酸鈣氧化。
2)石膏(包括天然石膏和化學石膏)是硅酸鹽水泥的常用緩凝劑，已有100多年的歷史，在水泥中的摻量一般為4％～6％。石膏類緩凝劑對水泥的緩凝作用有一定限制，即石膏的摻量少于2％時，緩凝效果不明顯，并且水泥強度降低很多；摻加量達到一定程度后，再增加石膏摻加量，水泥的凝結時間并不能繼續延長。因此為了滿足特殊用戶(如公路建設)要求凝結時間偏長的指標，許多企業采取多加混合材或降低標號、增加水泥細度的方法，企業效益受到影響，并且這些方法效果有限。石膏必須經過破碎、粉磨等工序，因此需要大量電耗。
3)半干法脫硫灰中的主要礦物成分是Ca(OH)2＝3％～30％，CaCO3＝3％～30％，CaSO3·0.5H2O＝20％～30％，SiO2+酸不溶物＝5％～10％，Ca(OH)2和CaCO3不具有高效的緩凝作用，SiO2+酸不溶物沒有緩凝作用，浙江大學姚建可等人采用現代先進的試驗手段，研究了CaSO3·0.5H2O作水泥緩凝劑的可行性，結果表明在CaSO3·0.5H2O摻量為3％～6％時水泥依然急凝，因此CaSO3·0.5H2O不具有石膏那樣的調節水泥凝結時間的作用。
3)國內外對新型水泥緩凝劑的研究不多。我國鮑圣席劉桂榮的發明(專利號92113874)是一種水泥外加緩凝劑，由生石灰、煤灰渣和硫酸鈣渣按一定比例均勻混合、陳化，再加入作為粘結劑和潤滑劑的紙漿廢液，經成型、風干制成，它在水泥中摻量大于4％，利用的是石膏、石灰、紙漿堿液等。生田達、有田博昭的發明(專利號97117808)是將含有陰離子基團(例如酸酐基團、羧基)和親水部分(例如聚氧化烯醚單元)的聚合物用作水泥緩凝劑；該聚合物可通過包括馬來酸酐的單體及包括乙烯基烷基醚系單體的共聚反應得到，其中在乙烯基烷基醚系單體中，將烯氧化加到烯丙基醇中；聚合物可以是與其它單體例如苯乙烯進行共聚反應的共聚物；使用這種水泥緩凝劑可以在混凝土制品上得到圖案或沖洗裝飾面；該水泥緩凝劑適用于涂覆在水泥緩凝板上；該緩凝劑使用的是有機化合物，經過了復雜的化學反應，不適合普通水泥的生產需要。惠成有、焦殿啟的發明(專利號93107532)是在快凝早強硫(鐵)鋁酸鹽水泥中加緩凝劑，根據施工需要調節快凝早強水泥的凝結時間，將快凝早強水泥砼用于大型機械化泵送法施工中，解決了快凝早強水泥砼不能采用泵送法的技術難點；該專利產品針對快凝早強硫(鐵)鋁酸鹽水泥，不適合使用于硅酸鹽水泥中。
4)混凝土緩凝劑有許多類，如木質磺酸類、磷酸鹽類、鈣糖類、硼酸鹽類、羥基羥酸鹽類等，它們的緩凝效果明顯，一般在2～7h，有的甚至更高，摻量一般在0.1％～0.5％，加工成本高，具體性能見下表
在實際應用中，考慮到緩凝劑的質量可靠性，采用的多數是糖鈣和木鈣，它們的摻量一般在0.1％～0.5％。
3、發明內容本發明產品的化學組成是Ca(OH)2＝3％～30％，CaCO3＝3％～30％，CaSO3·0.5H2O＝20％～30％，CaSO4·2H2O＝2％～6％，SiO2+酸不溶物＝5％～10％，Cl-＜0.4％，MgO＜1.0％；外比表面積≥800m2/kg；CaSO4·2H2O的結晶為纖維狀，長徑約為1000nm，短徑約為100nm。
本發明是以半干法脫硫灰為原料，以機械沖擊力及熱激發力將半干法脫硫灰顆粒表面2％～6％的CaSO3·0.5H2O分子氧化改性為亞微米級的CaSO4·2H2O，改性后的產品對水泥及混凝土具有高效緩凝增強作用。
本發明的主要設備——改性機是筒式烘干機，它的基本原理是半干法脫硫灰在改性腔內受機械攪拌力及風速的共同作用而粉碎、分散，外比表面積增大至800m2/kg以上，同時顆粒表面的CaSO3·0.5H2O分子在熱能的作用下被激活，在充分的氧化氣氛中被氧化成CaSO4·2H2O，控制改性機風量、改性腔溫度、物料加入量等參數，可以控制CaSO4·2H2O含量及其結晶尺寸，本發明控制的CaSO4·2H2O含量為2％～6％，其結晶為纖維狀，長經約為1000nmnm，短經約為100nm。化學反應式為
本發明產品的加工工藝見附圖。半干法脫硫灰經儲存、均化、輸送、計量等手段，進入改性機，改性后產品經儲存、均化、包裝等工藝成產品銷售。
本發明產品在水泥中的摻量為0.2％～0.8％時，水泥的凝結時間可以達到摻加4％～6％天然石膏或化學石膏的水平，其它各項指標符合國家標準；該產品可以在磨頭摻加也可以在磨尾摻加，任何摻加方式都可以節約大量電耗。
本發明產品在成品水泥中摻加0.2％～0.5％時，水泥的初凝時間可以延長1.5h～3.0h，終凝時間可以延長1.0h～2.5h，28天抗壓強度增加10％以上，摻加量大于0.5％時，水泥凝結時間延長更長。
本發明產品在混凝土中摻加量為水泥重量的0.3％～0.6％時，混凝土的初凝時間延長1.5h～2.5h，終凝時間延長1.0h～2.5h，28天抗壓強度提高5％以上，摻加量大于0.6％時，混凝土凝結時間延長更長。
亞微米級二水硫酸鈣比表面積和表面能非常大，極容易和水泥中的C3A、C3S等礦物水化反應成鈣礬石阻止水泥的進一步水化，從而延緩水泥及混凝土的凝結時間。
有些混凝土緩凝劑存在初、終凝時間間隔長，對水泥的適用性不強，過量摻入對水泥的強度損害大，甚至水泥不凝結等缺點，而本產品使用性能穩定，質量可靠。
考慮到環保問題，緩凝劑的研究方向之一是無機礦物緩凝劑，本發明屬于無機礦物類緩凝劑。
該緩凝增強劑和石膏比較，石膏的摻量高，緩凝效果有限制；該緩凝增強劑摻量少，僅為石膏摻量的1/10～1/20，緩凝效果明顯，可以生產凝結時間較長的水泥，并可以增加水泥28d強度。
本緩凝劑生產成本僅為200元/噸，是現有混凝土緩凝劑的1/10～1/30，因此可以產生巨大的經濟效益和社會效益。
經中國科學技術信息研究所查新(報告編號20031100100440，2003年9月22日)，未見國內有與本發明查新點技術特點相同的文獻及專利報道。
4、附圖混凝土及水泥高效緩凝增強劑加工工藝圖
脫硫灰(1)，原料倉(2)，熱風爐(3)，計量設備(4)，改性設備(5)，電收塵器(6)，風機(7)，儲存倉(8)，包裝機(9)，成品(10)
代表料流方向，
代表氣流方向。
5具體實施例方式
改性的
具體實施例方式例1φ1.5筒式烘干機，脫硫灰加入量為3.5t，風機風量為7000m3/h，改性腔溫度140℃，所產緩凝增強劑的比表面積為1000m2/kg左右，CaSO4·2H2O含量為3.5％左右，結晶為纖維狀，長徑約為1000nm，短徑約為100nm。
例2φ1.5筒式烘干機，脫硫灰加入量為4.0t，風量9000m3/h，改性腔溫度140℃，所產緩凝增強劑的比表面積為830m2/kg左右，CaSO4·2H2O含量為2.5％左右，結晶為纖維狀，長徑約為1000nm，短徑約為100nm。
例3φ1.5筒式烘干機，脫硫灰加入量為5.0t，風量9000m3/h，改性腔溫度140℃，所產緩凝增強劑的比表面積為900m2/kg左右，CaSO4·2H2O含量為4.0％左右，結晶為纖維狀，長徑約為1000nm，短徑約為100nm。
發明產品應用的具體方式例4在水泥磨頭和熟料、混合材共同粉磨，該發明產品的摻加量為0.2％～0.8％(具體摻量根據熟料性能、混合材摻量及品種、對水泥緩凝時間的要求等決定)，水泥的凝結時間可以達到摻加4％～6％天然石膏或化學石膏的水平，其它質量指標符合國家標準。
例5在水泥磨尾和粉磨好的熟料、混合材摻加，摻加量為0.2％～0.8％(具體摻量根據熟料性能、混合材摻量及品種、對水泥緩凝時間的要求等決定)，水泥的凝結時間可以達到摻加4％～6％天然石膏或化學石膏的水平，其它質量指標符合國家標準。
例6在水泥磨尾和粉磨好的熟料、混合材、石膏摻加，摻加量為0.2％～0.5％(具體摻量根據粉磨水泥的性能、對水泥緩凝時間的要求等決定)，水泥的初凝時間可以延長1.5h～3.0h，終凝時間可以延長1.0h～2.5h，水泥28天抗壓強度增加10％以上。
例7在攪拌普通混凝土時摻加0.3％～0.6％(具體數量根據對混凝土凝結時間的要求、水泥性能、混凝土的配比等決定)，混凝土的初凝時間延長1.5h～2.5h，終凝時間延長1.0h～2.5h，混凝土28天抗壓強度提高5％以上。
例8在施工現場或運輸途中摻加該發明產品0.2％～0.4％(具體數量根據對混凝土凝結時間的要求、水泥性能、混凝土的配比等決定)，混凝土的初凝時間延長1.0h～2.5h，終凝時間延長1.0h～2.5h，混凝土28天抗壓強度提高5％以上。
權利要求
1.一種混凝土及水泥高效緩凝增強劑，包括所選用的原材料、改性設備、改性工藝、改性產品；
2.本發明產品的化學組成是Ca(OH)2＝3％～30％，CaCO3＝3％～30％，CaSO3·0.5H2O＝20％～30％，CaSO4·2H2O＝2％～6％，SiO2+酸不溶物＝5％～10％，Cl-＜0.4％，MgO＜1.0％；外比表面積≥800m2/kg；CaSO4·2H2O的結晶為纖維狀，長徑約為1000nm，短徑約為100nm；
3.根據權利一所述，其特征在于所選用的原料為半干法脫硫灰；
4.根據權利一所述，其特征在于所選用的改性設備為筒式烘干機；
5.根據權利一所述，其特征在于該混凝土及水泥緩凝增強劑中起高效緩凝增強作用的礦物是亞微米級二水硫酸鈣；
6.根據權利一所述，其特征在于該發明產品的生產工藝包括改性、儲存、包裝、收塵等工序；
7.根據權利一所述，其特征在于該發明產品在水泥中的摻量為0.2％～0.8％時，水泥的凝結時間可以達到摻加4％～6％天然石膏或化學石膏的水平，該產品可以在磨頭摻加也可以在磨尾摻加；
8.根據權利一所述，其特征在于該發明產品在成品水泥中摻加0.2％～0.5％，水泥的初凝時間可以延長1.5h～3.0h，終凝時間可以延長1.0h～2.5h，水泥28天抗壓強度增加10％以上，摻加量大于0.5％時，水泥的凝結時間延長更長；
9.根據權利一所述，其特征在于該發明產品在混凝土中摻加量為水泥重量的0.3％～0.6％時，混凝土的初凝時間延長1.5h～2.5h，終凝時間延長1.0h～2.5h，混凝土28天抗壓強度提高5％以上，摻加量大于0.6％時，水泥的凝結時間延長更長。
全文摘要
本發明屬于建筑用混凝土外加劑及水泥緩凝劑技術領域。本發明產品的礦物組成是Ca(OH)
文檔編號C04B22/00GK1657478SQ20041003916
公開日2005年8月24日 申請日期2004年2月18日 優先權日2004年2月18日
發明者申士富, 崔煥亮 申請人:申士富, 崔煥亮