高钙膨胀熟料的生产与应用

原标题： 高钙膨胀熟料的生产与应用

作   者： 李乃珍 等

  【摘 要】本文介绍了一种高钙膨胀熟料的生产技术。主要原材料是石灰石和铁粉，其中石灰石CaO≥53%，铁粉Fe2O3≥65%。主要矿物成分为f-CaO>75%，含少量C3S、C4AF，但是不含C3A。熟料的烧成温度为1400℃~1420℃。高钙膨胀熟料可用于生产混凝土膨胀剂，辅助原料是硫铝酸盐熟料和硬石膏。

  【关键词】高钙膨胀熟料；混凝土膨胀剂

  1 前言

  近几年来，以游离氧化钙为主要膨胀源的混凝土膨胀剂获得迅速发展，用于大体积、大面积、长厚墙体等混凝土工程，用于配制无收缩高强灌浆材料，用于制作不同功能的混凝土构件，如石家庄功能建材有限公司、天津豹鸣股份有限公司、唐山北极熊建材有限公司等厂家产品，多获好评。这类产品经多年研究，以高性能、高可靠性面世，在产品设计及生产工艺等主要方面，取得突破性进展，完全不同于上世纪九十年代的石灰膨胀剂，不产生后期的体积不稳定性破坏。其中重要的一条是首先设计与生产一种性能稳定的高钙膨胀熟料，然后再按照一定的配比制造混凝土膨胀剂，从而可以有效地控制膨胀剂性能。这种高钙熟料既是膨胀剂行业的直接原料，也可以作为要求无收缩、强膨胀类工程材料的一种定型商品。本文依据石家庄市功能建材有限公司高钙膨胀熟料的研究与应用情况作一介绍，与大家交流讨论。

  2 高钙膨胀熟料的制备

  2.1 主要矿物组成

  高钙膨胀熟料以结晶良好的f-CaO为主要矿物，有效含量>75%；此外，含少量C3S、C4AF；不允许C3A存在。煅烧时，液相含量约12%~15%。这种设计的主要益处是，用其制造的膨胀剂，可以避免和减轻掺入混凝土后促凝和加大坍落度损失；避免和减轻在混凝土硬化之前过多地消耗膨胀能；避免和减轻产品在储存阶段的吸潮变质。这种配料的特征是不含无水硫铝酸钙。

  2.2 主要原料

  高钙膨胀熟料的主要原材料为石灰石和铁粉，石灰石CaO≥53%，铁粉Fe2O3≥65%。其特征是不使用铝矾土、也不使用石膏配料。

  2.3 燃料

  煤，挥发分32 %左右，灰分≤10%。使用窑外分解工艺，对燃料中的水分、SO3和碱含量应进行控制，以防止和减轻还原气氛、堵塞或结圈、结皮。

  2.4 主要控制指标

  入窑生料CaO≥52%，细度≤20%。

  高钙膨胀熟料的f-CaO>75%，立升重（1400±50）gL。

  烧成温度1400℃~1420℃，熟料的结粒状态主要为5mm~20mm颗粒。由于f-CaO结构稳定，不像生石灰那样见水即消化，也不像在硅酸盐水泥中那样导致砼安定性不良。标志是在水中浸泡1h而不溃散。

  3 高钙膨胀熟料的应用

  3.1 制造补偿效率达100%的膨胀剂

  高钙膨胀熟料第一用途是生产全补偿型混凝土膨胀剂FEA100，辅助原料是硫铝酸盐熟料，Al2O3≥32%；硬石膏，SO3≥46%。

  FEA100有两个膨胀源，主要是氧化钙膨胀源，提供较大的膨胀率贡献；其次是钙矾石膨胀源，利于保持混凝土的耐化学侵蚀性、耐水溶性。FEA100由于在成分、碱度上更接近普通水泥，两者的相容性良好。对水养条件的要求，不像钙矾石膨胀剂那样苛刻。早期水化生成Ca(OH)2，在产生膨胀的同时，部分Ca(OH)2参与钙矾石的生成，致密度增高，抗渗、抗裂、抗碳化能力增强。

  在标准检验条件下，FEA100的7d水中限制膨胀率均高于0.050%，21d干空限制膨胀率均≥0，达到了收缩的完全补偿，补偿效率达100%。7d的强度性能达空白强度的75%，28d基本持平或更高。膨胀规律合理，以水中28d的限制膨胀率为100，其3d龄期可达80%，7d可达88%，至1年时保持微小的增长，增长率约9%。对C60以上高强度等级砼的收缩补偿效果非常优秀，干空28d的补偿效率达80%~100%，至一年龄期时仍保持在50%以上。

  3.2 膨胀可控性与可预测性

  使用高钙膨胀熟料配制全补偿型混凝土膨胀剂的另一技术优势是膨胀率的可控性与可预测性，无论何生产厂家，只要原材料稳定，并以成分、性能稳定的高钙熟料为主要膨胀源，通过试验室试验均可求得膨胀率与高钙熟料含量的经验关系。石家庄市功能建材有限公司建立了膨胀剂中f-CaO有效含量与膨胀剂膨胀率的基本线性关系，有效、方便地用于指导生产。在基准水泥不发生大的变化、在膨胀剂辅助成分与用量处于一定范围的情况下，可以忽略钙矾石对膨胀率的贡献，设引入基准水泥中的f-CaO有效百分含量为fC、水中7d限制膨胀率为ε7，二者之间大体成立如下量值关系：ε7＝1.37fC＋3.97。例如f-CaO2.0%，则ε70.0671%。需要指出，该经验式仅适用于限制膨胀率处于0.050%~0.120%范围的FEA100产品。换言之，全补偿型混凝土膨胀剂产品中的有效f-CaO含量有一个基本确定的数值范围，通过调节高钙熟料的掺量可以得到膨胀率大小不同的系列产品，如制作28d自应力值达1.2MPa~1.8MPa的混凝土构件，配制钢管混凝土，用于填充混凝土工程。

  4 结束语

  （1） 利用窑外分解工艺，可以生产性能定型的高钙膨胀熟料，主要矿物组成是f-CaO>75%，不含C3A；主要物理指标是立升重（1400±50）gL。

  （2） 高钙膨胀熟料可以用于制造全补偿型混凝土膨胀剂，膨胀率具有可控性与可预测性，补偿效率可达100%。

  （3）高钙膨胀熟料可以作为定型商品，用于膨胀剂行业，用于不同膨胀功能要求的工程材料制备。