专利名称：快胀型明矾石自应力水泥及其蒸养条件的制作方法
技术领域：
本发明属于水泥材料，主要用于制作水泥压力管和用于对抗裂、防渗和锚固等要求高的土建工程中。
自应力水泥目前主要有硅酸盐自应力水泥、铝酸盐自应力水泥、硫铝酸盐自应力水泥和明矾石自应力水泥。其中我国建材院研制的明矾石自应力水泥，由于采用天然明矾石作为膨胀组分，因此，其生产成本最低，并且能耗最小。但是用该水泥配制自应力混凝土，由于其膨胀稳定期长而未能推广应用。
该水泥配比为硅酸盐水泥熟料 55～57%;
天然无水石膏 13～14%;
天然明矾石 15～18%;
矿渣(或粉煤灰) 12～15%。
水泥比表面积 5000±200cm2/g水泥中SO3含量 9.5～11.5%该水泥产生膨胀的原因主要是明矾石与水泥水化物Ca(OH)2、石膏和水反应生成钙矾石造成的，其反应式如下
由《膨胀和自应力水泥及其应用》(中国建筑工业出版社，1985年7月第一版)的P135～141中可知，用该水泥配制的1∶2标准砂浆，在常温水养护下，可获得20～40Kg·f/cm2(2～4MPa)的自应力值，稳定期需3～6个月;采用40℃热水养护14天，稳定期才缩短至28天。
本发明的目的是研制一种快胀型明矾石自应力水泥，用这种水泥砂浆配制成的混凝土能显著缩短膨胀稳定期，使得这种低成本、低能耗的自应力水泥得以广泛推广应用。
本发明的方案构思及实质内容发明人根据大量试验研究发现现有技术的明矾石自应力水泥混凝土膨胀稳定慢的原因，除了明矾石分解缓慢外，水泥中存在石膏也有很大作用。如果不存在石膏，明矾石与Ca(OH)2反应，将首先生成低硫型水化硫铝酸钙，从而不会在水泥中产生膨胀，即可缩短膨胀稳定期。研究还发现在水泥中如含有Al2O3，还能进一步阻止低硫型水化硫铝酸钙转化生成钙矾石，有利后期膨胀稳定的效果。
在上述研究发现的基础上，为完成发明任务，发明人提出了下列几方面方案措施1.在石膏选用上，不用天然无水石膏而用二水石膏，以加速石膏在水泥水化过程中的分解，保证在一定水化龄期后，水泥浆体中不存在剩余石膏;
2.单独提高明矾石的细度，以加速明矾石的分解;
3.加大水泥配比中明矾石的用量，加入矿渣等含活性氧化铝的材料或少量矾土水泥以增加水泥中Al2O3的含量，加速钙矾石的形成速度;
4.提高自应力水泥混凝土的蒸养温度(90～95℃)，以同时加速明矾石和石膏的分解，从而加速钙矾石的形成速度，提高钙矾石的生成量。
根据上述方案，提出本发明的配比如下(占自应力水泥重量)硅酸盐水泥熟料 50～65%;
天然二水石膏 13～14%;
天然明矾石 20～22%;
矿渣(或粉煤灰) 0～15%。
其中对明矾石和石膏要求如下明矾石 SO3≥18.5%;
Al2O3≥18.5%;
生矿石中明矾石最低含量≮49%;
生矿料含水率 ≯3%。
石膏 SO3≥40%。
该自应力水泥的SO3总量控制为9.3～11.0%，同时控制由二水石膏所提供的SO3量为5.3～6.0%(占自应力水泥重量)。在实际生产中通常主要控制后者。
本发明的水泥可直接采用高标号普通硅酸盐水泥(标号≥525＃)与二水石膏及明矾石配制而成。但应根据该普通水泥中的石膏及混合材的品种及掺量情况相应地调整配合比，不宜使用掺无水石膏或混合材掺量过高的普通水泥。
本发明的自应力水泥生产工艺流程基本与常规工艺相同。即对各种成分包括水泥熟料、矿渣(也可不加)、二水石膏和明矾石先分别粉磨，按配比称量，再进行混磨就可得水泥成品。
只是本发明要求明矾石细度高些，对于各原材料粉磨细度控制为水泥熟料 3000～3500cm2/g;
二水石膏 4000～4500cm2/g;
明矾石 ≥5500cm2/g。(经风选可适当降低至5000cm2/g)。
混合粉磨以达到各原材料混合均匀为目的。
用本发明水泥配制的水泥制品的蒸养条件，其特点是蒸汽养护阶段的恒温温度应高些，最佳的可选择控制在90℃～95℃，才可获得较高自应力值和较短的膨胀稳定期。
本发明的优点这种自应力水泥的主要优点是在于大大缩短现有明矾石自应力水泥的膨胀稳定期，由3～6个月缩短至14天左右，基本达到目前硅酸盐自应力水泥的水平，而保持现有明矾石自应力水泥生产成本低的优点，有利在实际生产中推广应用。与硅酸盐自应力水泥比较，每吨水泥可降低成本约10～15%。
具体物理性能指标(自应力水泥按1∶1.5砂浆配制)1.膨胀稳定期 不多于21天(基本是14天左右);
2.14天的自应力值 大于2.4MPa(基本是3.0MPa左右);
3.自由膨胀率 低于1.0%;
4.14天的混凝土强度 高于20MPa(28天则高于25MPa);
对于控制较好的情况下，对于1∶2混凝土亦能达到上述物理力学指标，适用于制造直径φ100～φ200、耐压0.4～0.6MPa的水泥压力管，通过调整混凝土配合比，亦能适用于制造管径更大的水泥压力管或作其它用途。
及实施例图1为本发明水泥生产工艺流程Ⅰ的示意图。其中符号＊表示可以是粉煤灰，也可以不掺混合材，此时熟料亦可不必称量，直接粉磨。
图2为本发明水泥生产工艺流程Ⅱ的示意图。
图3、图4表示明矾石自应力水泥膨胀机理研究用的明矾石的水化产物Ⅹ-衍射曲线。图3为95℃蒸养后水养3天，而图4为95℃蒸养后水养2个月。二图中符号意义NO1表示由明矾石、石膏和石灰水化反应得的水化产物的Ⅹ-衍射曲线，NO2表示明矾石与石灰反应后得Ⅹ-衍射曲线，NO3表示明矾石、石灰和Al(OH)3反应后得的Ⅹ-衍射曲线。E-钙矾石，G-石膏，O-Ca(OH)2，A-明矾石，S-石英，AFm-低硫型水化硫铝酸钙。
从图3表明，水化三天时，明矾石、石膏和石灰反应的主要水化物是钙矾石，而没有石膏的另两组试件(NO2、NO3)水化反应的主要产物是低硫型水化硫铝酸钙。但低硫型水化硫铝酸钙是不稳定水化产物，它能进一步与硫酸盐反应生成钙矾石，试验发现此转变过程十分缓慢，在明矾石加石灰体系中，水养护2个月，生成的钙矾石量还不到明矾石加石膏和石灰体系的1/3;在明矾后加石灰和Al(OM)3体系中，2个月龄期时，虽然低硫型水化硫铝酸钙都已分解，但只生成极微量的钙矾石，其Ⅹ-射线衍射分析曲线如图4所示。
图3、图4曲线提供的结果是本发明方案的理论基础，实验室的试验结果亦证明了本方案是行之有效的。
具体实施例方式采用浙江平阳矾矿出产的明矾石和浙江肖山冶金特种水泥厂生产的硅酸盐水泥熟料，配制两组快胀型明矾石自应力水泥，其配比量化学成份如表1
图5、图6表示采用上述水泥配制的1∶1.5标准砂浆试件的蒸养条件。
图7表示试件自应力发展曲线。
图8表示自由膨胀发展曲线。
由图7、图8可见，ASC-2-95的自应力发展7天达到稳定，ASC-1-95和ASC-2-75的自应力发展14天达到稳定，上述三组试件的自由膨胀亦均在14天达到稳定，但ASC-1-75的膨胀一直到2～3个月才趋于稳定。
试验结果表明，ASC-2号水泥膨胀稳定比ASC-1号水泥快，但自由膨胀值较大。不掺矿渣的ASC-1号水泥在95℃蒸养条件下，亦能在14天以内稳定且强度较高(表2)。提高蒸养温度不仅有利于膨胀提前稳定，还有利于提高自应力值。对ASC-1号水泥，75℃条件下蒸养不仅膨胀稳定慢，而且自应力低。
上述试件的强度发展如表2所示强度单位(MPa)。
权利要求
1.快胀型明矾石自应力水泥，其中含有硅酸盐水泥熟料、石膏、天然明矾石、矿渣(或粉煤灰)，其特征在于配比组成(重量%)为硅酸盐水泥熟料 50～60；天然二水石膏13～14；天然明矾石 20～22；矿渣(或粉煤灰) 0～15。
2.根据权利要求1所述的水泥，其特征是所述明矾石要求细度应应大于或等于5500cm2/g，经风选允许降低至5000cm2/g。
3.根据权利要求1所述的水泥，其特征是水泥中含SO3总量控制在9.3～11.0(占水泥重量)，主要控制由二水石膏所提供的SO3为5.3～6.0%。
4.快胀型明矾石自应力水泥制成的水泥制品的蒸汽养护条件，其特征是蒸养的恒温温度为90～95℃。
全文摘要
本发明属于具有膨胀和自应力的特种水泥，是一种快胀型明矾石自应力水泥，用这种水泥配制成的砂浆或混凝土能显著缩短其膨胀稳定期，并保持现有明矾石自应力水泥生产成本低、能耗小的优点。技术特点是在石膏选用上不用天然无水石膏而用二水石膏；提高明矾石的配比量并提高明矾石的细度；提高混凝土的蒸养温度。这种水泥适用于制作水泥压力管等水泥制品，能有效降低成本、减少能耗。
文档编号C04B7/02GK1067872SQ91104178
公开日1993年1月13日 申请日期1991年6月18日 优先权日1991年6月18日
发明者郑立, 钱晓倩, 葛美鹏 申请人:浙江大学