1、石膏品種與SO3含量對礦粉活性的影響 作者：李春 0前言在山西長治地區(qū)存在著幾家規(guī)模較大的煉鋼廠、電廠，排出大量的礦渣及脫硫石膏等副產(chǎn)品，而當(dāng)?shù)?也有著豐富的石膏資源，天然石膏、硬石膏儲量較高，因此對研究不同石膏激發(fā)礦粉就有著現(xiàn)實的意義， 在實驗過程中出現(xiàn)了由于水泥中SO3的含量而導(dǎo)致的水泥結(jié)構(gòu)遭到破壞進(jìn)而強(qiáng)度劣化的行為，因此對不同 種類石膏激發(fā)礦粉的活性以及水泥中SO3含量的研究是非常必要的。不同種類的石膏對礦粉的激發(fā)效果作用是不同的1，硬石膏中主要由CaSO4為主，天然石膏為 CaSO42H2O，脫硫石膏主要以CaSO42H2O為主。脫硫石膏通常是采用濕式石灰石石膏法-工藝技術(shù)對燃 煤所排

2、放煙氣中的二氧化硫進(jìn)行脫除過程產(chǎn)生的副產(chǎn)品。濕式石灰石-石膏法是目前世界上采用最多、技術(shù) 成熟的一種燃煤煙氣脫硫方法2。脫硫石膏的主要成分是主要以CaSO42H2O為主，顏色微黃，其酸堿度 與天然石膏相當(dāng)，呈中性或略偏堿性?；瘜W(xué)成分和天然石膏相近，CaSO4.2H2O含量一般在90%以上，天 然石膏CaSO42H2O的含量一般在80%90%范圍內(nèi)，硬石膏中CaSO4含量也在90%左右，有研究表明， 脫硫石膏、硬石膏在不影響水泥強(qiáng)度的情況下可以替代天然石膏，或?qū)⒚摿蚴?、硬石膏摻入水泥基材?中作為激發(fā)劑使用，并獲得較好的效果。本文主要通過研究不同種類的石膏及石膏中SO3含量對礦粉的激 活作用以

3、及對水泥強(qiáng)度的影響。1原材料化學(xué)組成將硬石膏、天然石膏用中500 x500mm試驗標(biāo)準(zhǔn)磨分別粉磨至比表面積達(dá)到400m2/kg左右，脫硫石膏 呈細(xì)粉狀，但濕度較高，在測定其含水量之后，然后在實驗中保證SO3含量為主，試驗中扣除脫硫石膏中 的水分P.C42.5的組分為70%的熟料，20%的礦粉，5%的石灰石，5%的天然石膏，比表面積大于350m2/kg。云1原材料化學(xué)組成釘名稱Loss*3S仙FsQkCaW水分A礦粉4-1一對34.4713.771 一心40瓦小7.6896.38硬石菖*2.370.330.220.2440.1344.詢87.67脫硫仁1育422.270.92.0.1403413

4、? 一4霽0.2743.1114.9299 一印天然仁1盲27.26.011.27。一血131.365.4626.2498.23云W P. C42. 5的物檢結(jié)兵4凝結(jié)時間:nin標(biāo)稿Z%*2安定性點抗折強(qiáng)度IIP眼1抗壓強(qiáng)度MPa初凝終凝3州28d3W7d2SdP16226.6合格5.27.29一卸20.134.那54.52實驗方案實驗中先將各材料分別粉磨，后經(jīng)混料機(jī)混合均勻之后實驗，膠砂強(qiáng)度執(zhí)行水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法 (GB/T17671-1999)、比表面積執(zhí)行水泥比表面積測定方法(GB/T8074-2008)，化學(xué)成分分析執(zhí)行水泥 化學(xué)分析方法(GB/T176-2008)、其他執(zhí)行水泥標(biāo)

5、準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法 (GB/T1346-2001)，將試樣按標(biāo)準(zhǔn)稠度加水充分?jǐn)嚢杈鶆颉⒊尚?，后在溫?01C、濕度922%條件下養(yǎng)護(hù)， 參照國標(biāo)GB/T17671-1999進(jìn)行水泥抗壓抗折強(qiáng)度實驗，測其3d、7d、28d的強(qiáng)度。3結(jié)果分析與討論3.1礦粉摻量對強(qiáng)度的影響K0表示單摻礦粉0%的水泥，K15、K20、K25依次類推。表3單摟礦粉對水泥強(qiáng)廢的聚1IV抗折強(qiáng)度MP部抗壓強(qiáng)度眼13即汕2汕Kg5 一霽7.220.134 一 854矣KI5.119*3岫52.019.50.74.76.41S.128.24心由表3可以看出隨著礦粉摻量的增加，水泥強(qiáng)度呈下降趨勢。隨著礦粉摻

6、量的增加，水泥摻量減少， 且礦粉活性沒有得到很好的激發(fā)，水化程度低，所以水泥強(qiáng)度呈下降的趨勢。水泥水化硬化中期強(qiáng)度下降 較大，后期下降幅度減小。3.2 SO3對水泥凝結(jié)時間的影響 在復(fù)合礦粉中分別摻入6%、8%、10%的硬石膏，再在42.5水泥中 分別摻入15%、20%和25%的復(fù)合礦粉。取硬石膏做實驗的結(jié)果分析，研究SO3含量對水泥凝結(jié)時間的影 響，結(jié)果如下表4。表4硬石膏激發(fā)的礦粉的物檢結(jié)具w名稱硬石曹摻重復(fù)合礦粉凝結(jié)時間min-標(biāo)稿安定性4初凝尸終凝Kl-6-15a13W1函合格Kl-8-15部13718223合格Kl-10-151g13丸并23合格口Kl-6-20a1&213合格Kl-

7、8-20部L5OP19部26.2合格口Kl-10-201314部197426.0合格口K1-6-25P1沖21026齊合格Kl-8-25部1401舟26.7合格口KL-10-251眼13為L954合格口從表4中可以看出，隨著礦粉摻量的增加，水泥凝結(jié)時間大體呈延長趨勢，但當(dāng)石膏摻量過高時，也 出現(xiàn)了凝結(jié)時間縮短的情況。具體的機(jī)理是：隨著礦粉摻量的增加，水泥的凝結(jié)時間呈延長趨勢，這與礦 粉的活性較低有關(guān)，但隨著礦粉中石膏摻量的增加，水泥中SO3含量逐漸增加，水化生成的AFt數(shù)目逐漸 增多，包裹住水泥水化較快的C3A表面，從而延緩了水泥的水化。但隨著石膏摻量的增加，水泥的凝結(jié)時 間又縮短，應(yīng)該是石膏

8、摻量增加產(chǎn)生石膏次生結(jié)晶體，它使得帶有包裹層的水泥粒子互相接觸形成網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)，因而促進(jìn)水泥的凝結(jié)。3.3不同石膏品種的比較 分別取礦粉含量為15%、20%、25%時的硬石膏、脫硫石膏以及天然石膏 做對比分析，對比的標(biāo)準(zhǔn)為相同SO3含量（復(fù)合礦粉中均在1.80%左右）下對礦粉及水泥的3d、7d抗折及抗 壓強(qiáng)度。實驗結(jié)果如下表5、6、7（K表示單摻礦粉，Y表示硬石膏，T表示天然石膏，TS表示脫硫石膏）。辰5 /粉攜量為1SL不同種關(guān)石音潤水泥強(qiáng)度的影響U咨稱水泥中的SQ總量J摟入的SO；的含童抗折強(qiáng)度MPa-抗壓強(qiáng)度3霹3“了加2Sdg5.UIP昏30.4+352.01.800.534&9京成6#

9、為*50.71.820.545.2獲21.0+30 一部TS1PL 了卯0.52成6#30 一部49.7從表5中可以看出，硬石膏、脫硫石膏并未有效激發(fā)礦粉的活性，抗壓強(qiáng)度相近，但抗折強(qiáng)度還有略 微下降趨勢，而天然石膏則能夠有效地激發(fā)礦粉的活性，從3d強(qiáng)度可以看出，3d強(qiáng)度能夠提升超過1MPa， 7d及28d強(qiáng)度則相近，這主要是跟硬石膏、天然石膏及脫硫石膏的溶解速度相關(guān)，研究表明硬石膏、脫硫 石膏的溶解速度要大大的低于天然石膏，因此可以認(rèn)為在水泥水化初期，SO3總量不足的情況下，天然石 膏高的溶解速度能夠很快的生成能夠填充水泥漿內(nèi)部空隙的AFt，密實水泥漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高水泥的早期 強(qiáng)度，同時水化

10、時能帶走水泥漿中的Ca、Al離子，加速了礦粉的溶解，從而達(dá)到了激發(fā)礦粉的目的。6礦粉搓置為對七不同伸關(guān)石耆對水泥強(qiáng)度的影響名.禰:水泥中的汕總,摻入的SO：的含重p抗折強(qiáng)度MPa抗壓強(qiáng)度3曲7曲奏M3曲K201期g5 一臉心9 一卷19.1網(wǎng)一”5/0 一仙5 一7 .Op10.21遍31 一 W53 一 3T0.724方5 &9:61國網(wǎng)一部TS舞1一8如0.695 一7.410.321.132并53.5從表6可以看出，脫硫石膏及硬石膏對礦粉的激發(fā)作用均比天然石膏要高，這是因為脫硫石膏與硬石 膏由于溶解速度較天然石膏慢，能提供給水泥水化的SO3含量有限，沒有在短期內(nèi)生成大量的AFt，AFt

11、由于體積較大的關(guān)系，數(shù)量較少時能夠改善水泥漿的密實度，若早期生成數(shù)量過多時，則對已生成的強(qiáng)度 并不高的水泥砂漿形成破壞，因此溶解速度快的天然石膏由于溶解的SO3含量數(shù)目過多，對已有的結(jié)構(gòu)形 成破壞，強(qiáng)度則下降，而硬石膏、天然石膏則因為溶解速度慢，生成的AFt速度慢，AFt數(shù)目逐漸增多， 并不會出現(xiàn)AFt向AFm的轉(zhuǎn)化的趨勢，而緩慢生成的AFt能夠達(dá)到密實水泥砂漿空隙的作用，而硬石膏與 脫硫石膏相比，硬石膏3d、7d及28d的強(qiáng)度比脫硫石膏的強(qiáng)度相比較低，因此可以認(rèn)為脫硫石膏的溶解速 度交硬石膏快，在SO3含量適中的情況下，對礦粉的激發(fā)作用還是較硬石膏明顯。表7礦粉裱置為霆幻不同種類石膏燈水泥強(qiáng)

12、廢的易響w名稱#水泥中的se總量攙人的SO：的含重冊抗折強(qiáng)度上I?*抗壓強(qiáng)度3“3如28d L13f眼頃IS.l28.2g2.010.88315.如10.11溢32.153.和T342.034.46.29齊16.4+2討4S.OTS3L90.86P4.76.29齊19.3+2S.652.5從表7中可以看出，在礦粉摻量為25%、礦粉中SO3含量為0.90%,水泥中SO3含量約為2.0%時， 3d、7d及28d強(qiáng)度的結(jié)果表明硬石膏對礦粉的激發(fā)作用最佳，而脫硫石膏次之，天然石膏已明顯的感覺摻 量過多，對砂漿的強(qiáng)度明顯的劣化，而脫硫石膏則已輕微的過量，對強(qiáng)度的激發(fā)作用也已經(jīng)不及硬石膏， 劣化作用還不是

13、很明顯，當(dāng)SO3摻量繼續(xù)增加時，必然會引起砂漿的劣化，而此時硬石膏的激發(fā)作用則達(dá) 到最佳。由上面的分析可以推測，不同種類石膏對水泥性能的影響主要是由其溶解速度和溶解度的差異引起的 5。就溶解速率而言，天然石膏脫硫石膏硬石膏。因此可以認(rèn)為摻加硬石膏的水泥樣品鈣磯石生 成量最多，摻加脫硫石膏的水泥樣品次之，摻加天然石膏的水泥樣品最少。其原因是，天然石膏在水化開 始的很短時間之內(nèi)就達(dá)到飽和濃度，并且很快與熟料C3A的水化物生成鈣磯石，溶液中的SO3不能持續(xù)地 被提供，鈣磯石的量不再增加，C3A的水化物又與先前形成的AFt生成AFm，減少了 AFt的量。相對的 硬石膏的溶解速度慢，在水化時，SO3在不

14、斷消耗的同時能被持續(xù)地提供，鈣磯石的生成量也是持續(xù)的， 雖然水化物與鈣磯石也生成AFm，但是，鈣磯石的減少量相對要小。4結(jié)論石膏和SO3含量對礦粉活性有明顯的激發(fā)效果，不同種類石膏對水泥強(qiáng)度的影響主要是由其溶解速率 和溶解度的差異引起的。具體表現(xiàn)為：摻入適量石膏后，礦粉摻量對水泥強(qiáng)度的影響減小，此時水泥強(qiáng)度比單摻礦粉的強(qiáng)度高，其中 當(dāng)?shù)V粉摻量為25%時，水泥28d抗壓強(qiáng)度相差4MPa。礦粉摻量增加，SO3含量應(yīng)隨之增加。摻入15%復(fù)合礦粉時，SO3含量宜為1.7%；摻入復(fù)合礦 粉20%25%時，SO3含量宜為1.9%； SO3含量超過2.0%后，水泥強(qiáng)度急劇下降。礦粉摻量較少時，天然石膏的激發(fā)效果優(yōu)于硬石膏和脫硫石膏。而礦粉摻量