石膏掺量对以矿渣为掺合料的普通硅酸盐水泥性能的影响.pdf

第3 1 卷第3 期硅酸 盐通报 v 0 1 3 1n o 3 垫! ! 堡垒：旦一： ! 坚墅坚堡望曼篁望型墅曼篁兰坠竺堡些! 兰些 ：! ! 些；型! ! 石膏掺量对以矿渣为掺合料的普通 硅酸盐水泥性能的影响 何廷树1 ，高哲1 ，李少辉1 ，赵顺湖2 ，包先诚2 ( 1 西安建筑科技大学陕西西部建筑科技国家重点实验培育基地。西安7 1 0 0 5 5 ； 2 陕西声威建材集团公司西安7 1 3 7 0 0 ) 摘要：采用水泥胶砂及直接测温法，研究了石膏掺量对以矿渣为掺合科的p - 04 2 5 b 水泥的强度及早期水化历程 的影响。结果表明：适当增大石膏掺量，可显著激发矿渣微粉早期活性，使p 0 4 2 5 r 水泥水化温峰升高，ld 及3 d 水化热增大，3d 及2 8d 抗压强度提高；但是石膏掺量不宜过大，否则，p 0 4 2 5 r 水泥的早期水化速度及强度 会重新降低。砸及s e m 分析表明：在合适石膏掺量的情况下，p 0 4 2 5 r 水泥净浆早期的c a ( o h ) ：( c h ) 和钙 矾石( v n t t r i g i t e ，a f t ) 生成量大幅度提高，凝胶体增多，孔洞减少，结构较致密。 关键词：矿渣；石膏；胶凝材辩；强度；承化 中图分类号：t q l 7 2 文献标识码：a文章绩号：1 0 0 l 一1 6 2 5 ( 2 0 1 2 ) 0 3 - 0 5 2 1 - 0 5 i n f l u e n c eo fg y p s u md o s a g eo np e r f o r m a n c e so f s i l i c a t em i x e db ys l a g 腰t i n g - s h u l ，g a oz h e l ，1 2s h o o h u i 。，z h a os h u n - h u 2 ，b a ox i a n - c h e n 9 2 ( t 。s t a t e k e yl a b o a t t o r yo f w e s t e r na r c h i t e c t u r ea n d 崎c u l t i v a t i n gb a s e ，g i n u n i v e r s i t yo f a r c h i t e c i me a r l t e c h n o l o g y ，) ( j ，矾7 1 0 0 5 5 。c k i n a ；2 s h s a x is h e n e lb u d d i n gm m e r i a l s c , m u pc o ，l t d ，x i t m7 1 3 7 0 0 ，c h i n a ) a b s t r a c t ：b yu s i n gt h ec e m e n tm o r t a ra n dd i r e c tt h e r m o m e t r y ，t h ee f f e c t s o fg y p s u md o s a g eo nt h e c o m p r e s s i v es t r e n g t h 鹊w e l l a 8h y d m f i o np r o c e s so fp o4 2 5 rm i x e dw i t hs h sw e r ei n v e s t i g a t e d t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p e ri n c r e a s eo fd o s a g eo fg y p s u mc a no b v i o u s l ya c t i v a t et h ee a r l ya c t i v i t yo fb l a s t f u i r r t a c e8 l b g ，r a i s et h eh e i g h to ft e m p e r a t u r ep e a ko fh y d r a t i o no fp 04 2 5 rc e m e n t ，i n c r e a s et h e h y d r a t i o nh e a ta t1da n d3d ，i m p r o v et h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ha t3da n d2 8d i ft h ed o s a g eo fg y p s u m i sl a r g e ，t h ev e l o c i t yo fe a r l yh y d r a t i o na n ds t r e n g t ho fp 04 2 5rc e m e n tm a yd e c r e a s ea g a i n t h e a n a l y s e so fx r da n ds e ms h o wt h a ta tt h ep r o p e rd o s a g eo fg u p s u m ，t h ee a r l yq u a n t i t yo fc a ( o h ) 2 ( c h ) a n de n t t r i g i t e ( a f t ) o fh a r d e n e dc e m e n tp a s t ec a nr a i s es u b s t a n t i a l l y ，t h eh y d r a t i o ng e li n c r e a s e ， t h eh o l e sd e c r e a s ea n dt h es t r u c t u r eb e c o m em o r ed e n s e k e yw o r d s ：b l a s tf n _ r l l a c es l a g ；g y p s u m ；h i n d e r ；s t r e n g t h ；h y d r a t i o n l 引言 通用硅酸盐水泥( g b l 7 5 - 2 0 0 7 ) 标准中取消了3 2 5 级普通硅酸盐水泥，使普通硅酸盐水泥最低强度 基金项目：西部建筑科技国家重点实验室( 筹) 开发基金资助项目( d a 0 9 0 3 8 ) 作者简介：伺廷树( 1 9 6 5 ) ，男，教授。博导主要从事水泥材料的研究 叠讯作者：高哲e m a l l ：g m x e - 1 2 4 1 6 3 ， 万方数据 5 2 2 专题论文 硅酸盐通报第3 1 卷 等级为4 2 5 级，同时将普通硅酸盐水泥中混合材掺量上限从1 5 提高到2 0 。标准的改变，极大地促使了 水泥企业改进技术。提高熟料质量，否则难以生产合格的普通硅酸盐水泥，或者在生产普通硅酸盐水泥时，混 合材根本无法掺到2 0 的上限。 水泥中熟料细度一般应控制在比表面积3 5 0n 1 2 k g 左右，不宜太细，否则会影响水泥综合性能，而提高 混合材细度则可提高其活性，因此，熟料和混合材混磨的水泥生产工艺难以同时满足熟料和混合材各自的合 适细度要求。为了提高混合材掺量，近年来许多企业采取熟料和混合材分磨，再混合的工艺生产普通硅酸盐 水泥，通过使用微粉( 比表面积4 5 0i n 2 k g 左右) 混合材，来增大混合材的掺量。但在生产实践中发现，微粉 混合材掺量的提高，对p 0 4 2 5 r 水泥的2 8d 强度影响不大，但会降低3d 强度。有人采用添加化学激发 剂的办法来提高混合材掺鼍较大的p o4 2 5 r 水泥的早期强度，但许多激发剂含有钾、钠离子，会增大水 泥当量碱含量，不利于水泥的综合性能。 鉴于上述原因，本文以矿渣微粉为混合材，研究了石膏掺量( 控制s 0 ，含量不超过3 5 ) 对p o4 2 5 r 水泥性能的影响及机理，以期通过调整石膏掺量提高普通硅酸盐水泥的早期强度。 2 实验 2 1 原材料 陕西某水泥厂生产的熟料；厦门艾思欧标准砂有限公司生产的，符合g b t 1 7 6 1 标准的i s o 标准砂；韩 城电厂生产的德龙牌$ 9 5 矿渣微粉，s 0 3 含量为0 7 ，比表面积为4 8 5m 2 k g ；来源于汉中西乡，纯度为 8 0 的天然二水石膏。 2 2 方法 将熟料和适量石膏共同粉磨配制硅酸盐水泥( 基准水泥) ，比表面积3 5 3i n 2 k g ，s o ，含量为2 4 0 。再 将块状石膏粉磨成0 0 8 帆方孔筛筛余不大于1 0 的石膏粉，然后将一定量的石膏粉、矿渣微粉及基准水 泥混合制备普通硅酸盐水泥p o4 2 5 r ，并控制s 0 ，含量不超过g b l 7 5 - 2 0 0 7 标准规定的上限3 5 。依 据g b t 1 7 6 7 1 - 1 9 9 9 水泥胶砂强度检验方法，对普通硅酸盐水泥强度进行检测。 依据g b 2 0 2 2 - 8 0 标准，采用s h r - 8 0 0 水泥水化热测定仪，用直接测温法测定不同矿渣微粉及石膏掺量 的水泥的水化温峰( 日。) 、水化温峰出现的时间( 一) 及ld 水化热( q 。) 和3d 水化热( q 3 。) 的变化情况， 研究石膏掺量对普通硅酸盐水化历程的影响。所用水灰比( 以质量计) 为0 3 5 ，灰砂比为1 ：3 。 采用日本理学公司的d m a x - 2 4 0 0 型x 射线衍射仪，日产j s m - 5 8 0 0 型扫描电镜，研究石膏掺量对p 0 4 2 5 r 水泥的早期水化产物的影响。试样制备：分别采用基准水泥( s 0 ，含量2 3 5 ) 、2 0 矿渣微粉等量 取代基准水泥制得的p o4 2 5 r ( 1 ) 水泥( s 0 ，含量2 0 2 ) 、2 0 矿渣微粉等量取代基准水泥并添加一定 量石膏粉制得的p o4 2 5 r ( 2 ) 水泥( s o ，含量2 7 1 ) 等3 种胶凝材料，制备2 0 咖x 2 0i n l nx 2 0m i l l 净 浆试块，水灰比为o 3 。净浆试块制成后立即密封于塑料袋内，放入标准养护箱中养护至规定龄期，然后破 碎成2 5 5 0m m 小试块，用无水乙醇及丙酮终止水化，在4 0 条件下真空干燥，粉磨后进行x r d 和s e m 分析3 1 。 3 结果与讨论 3 1 石膏掺量对p 0 4 2 5 r 水泥抗压强度的影响 2 0 矿渣微粉等量取代基准水泥，或2 0 矿渣微粉等量取代基准水泥并添加一定量石膏制备p o4 2 5 r 水泥，与基准水泥相比较，研究石膏掺量对p o4 2 5 r 水泥抗压强度的影响，结果如表l 所示。 从表1 可以看出：与基准水泥相比，2 0 矿渣微粉等量取代基准水泥制成的p o4 2 5 r 水泥的2 8d 强 度略有增大，但石膏掺量较低时，3d 强度明显低于基准水泥的；随着石膏掺量增大，开始时p - o4 2 5 r 水 泥的早、后期强度均明显增大，当s o ，含量增至2 7 l 时，3d 强度接近对比基准水泥的，2 8d 强度明显高于 基准水泥的；但当继续增大石膏掺量时，p o4 2 5 r 水泥的早、后期强度反而下降，说明石膏掺量存在合适 万方数据 第3 期何廷树等：石膏掺最对以矿渣为掺合料的普通硅酸盐水泥性能的影响 5 2 3 值。本文研究表明，不使用含k + 、n a + 的碱性激发剂，仅通过调整石膏掺量，就可以有效解决混合材用量较 大的p o4 2 5 r 水泥早期强度偏低的技术难题，具有重要的实用价值。 表l 石膏掺量对p o4 2 5 r 水泥强度的影响 t a b 1i n f l u e n c e so fg y p s u md o s a g eo nc o m p r e s s i v es t r e n g t ho fp o4 2 5 rc e m e n t 3 2 石膏掺量对p o4 2 5 r 水泥水化历程的影响 进行了不同石膏掺量对p 04 2 5 r 水泥水化历程的影响，结果如表2 所示。 表2 石膏掺对p o4 2 5 r 水泥水化历程的影响 t a b 2l i i n u e n c 酷o fg y p s u md m o g eo nt h ep r o c e s so fp o4 2 5 re m e n th y d r a t i o n i 一a p p e a r i n gt i m eo ft r m p e r t u r ep e a ko fh y d r a t i o n ，h ；0 _ f f i - t e m p e r a t u r ep e a ko fh y d r a t i o n ；q i dr h e a to fh y d r a t i o na t 1 d ；q 3 d h e a to ih y d r a t i o na t3d 从表2 看出：与空白样( 基准水泥) 相比，当石膏掺量较低时，p - 0 4 2 5 r 水泥的水化温峰、ld 及3d 水 化热明显降低，而水化温峰出现时间没有明显变化；随着石膏掺量的增大，开始时p 04 2 5 r 水泥的水化 温峰、1d 及3d 水化热逐渐增大，但当石膏掺量过大时，水化温峰、1d 及3d 水化热反而又重新降低。 在无激发剂情况下，p 04 2 5 r 水泥的早期水化主要是水泥熟料的水化h j ，矿粉基本不参与水化反应； 由于矿粉的s 0 ，含量低，当只在基准水泥中添加矿粉，而不补加石膏粉配制p 04 2 5 r 水泥时，普硅水泥的 s q 较低，石膏与熟料的比例不变。故单掺矿渣微粉配制的p o4 2 。5 r 水泥的水化温峰出现的时间与基准 水泥的相近。但与基准水泥相比，p 0 4 2 5 r 水泥中熟料含量少，降低了早期水化速度，从而降低了普硅水 泥的早期强度；随着熟料水化产生的c a ( o h ) ：增多，对矿渣的激发作用增强，使其表现出良好的水硬性垆1 ， 因此p q4 2 5 r 水泥的后期强度逐渐增大。这与3 1 中结果完全一致。 增大石膏掺量，增大了p o4 2 5 r 水泥中总的s 0 ，含量，从而增强了对水泥熟料的缓凝作用，使水化温 峰出现时间有所延迟。同时石膏掺量的增加激发了矿渣粉的早期活性，加速了p o4 2 5 r 水泥的早期水 化历程，使其早期强度提高；但是，石膏会抑制水泥熟料的水化，当此抑制作用大于石膏对矿渣微粉早期活性 的激发作用时，随着石膏掺量的继续增大，p o4 2 5 r 水泥的水化速度反而降低，早期强度复又下降。这已 被3 1 中的石膏掺量对p 04 2 5 r 水泥强度的影响规律所证实。 3 3 x r d 及s e m 分析 为了分析石膏掺对p - 04 2 5 r 水泥的水化产物的影响，特别是对c h 、a f t 的影响，同时，也为了进一步 验证2 2 中石膏掺量对普通硅酸盐水泥早期水化作用的试验结果，分别对基准水泥( s 0 ，含量2 3 5 ) 、 2 0 矿渣微粉等量取代基准水泥制得的p 04 2 5 r ( 1 ) 水泥( s 0 ，含量：2 0 2 ) 、2 0 矿渣微粉等量取代基 万方数据 5 2 4 专题论文 硅酸盐通报 第3 l 卷 准水泥并补加适量石膏粉制得的p o4 2 5 r ( 2 ) 水泥( s 0 ，含量：2 7 1 ) 等3 种胶凝材料制备的早龄期净 浆进行了x r d 分析，结果如图1 一图2 所示。 a f t tc h 2 0 p ) 图1 各净浆水化1 3h 的x r d 图谱 f i g 1 x r dp a t t e r n so fd i f f e r e n t p a s t e sa tt h eh y d r a t i o no f1 3h 篇_ h 蛐i 玎7 一矗心一w 鄹i ：氐呻鸵，蚴 、o 山舭j i 工如意一，酬 剑型虹眇一 1 02 03 04 05 06 0 7 0 2 0 ( o ) 图2 各净浆水化2 4h 的x r d 图谱 f i g 2 x r d p a t t e r n so fd i f f e r e n t p a s t e sa tt h eh y d r a t i o no f2 4h 从图l 可以看出：以基准水泥水化温峰出现时间1 3h 为基准，相同龄期p o4 2 5 r ( 1 ) 水泥的c h 和 a f t 的生成量明显低于基准水泥的，说明矿渣微粉的掺人显著降低了水泥的早期水化速度；但是，当补加适 量石膏后，相同矿粉掺量的p o4 2 5 r ( 2 ) 水泥的c h 和a f t 生成量大幅度提高，c h 量接近基准水泥的， a f t 量比基准水泥的还略高，这说明提高石膏掺量确实激发了矿渣粉的早期活性。由于矿渣粉中活性a i ：o ， 含量较高，在早期能与石膏、熟料水化产生的c h 反应生成a f t ，故而a f t 含量略高于基准水泥的。 图2 所示的ld 水化结果与1 3h 的大体相同，p o4 2 5 r ( 1 ) 水泥的c h 和a f t 的生成量明显低于基准 水泥的，而p o4 2 5 r ( 2 ) 水泥的的c h 和a f t 生成量大幅度提高，基本上与基准水泥的相近，说明在掺合 料用量相同的情况下，提高石膏掺量确实能够促进普通硅酸盐水泥早期水化速度。 为了进一步证实提高石膏掺量对p o4 2 5 r 水 泥早期水化产物的影响，对p o4 2 5 r ( 1 ) 水泥和p 0 4 2 5 r ( 2 ) 水泥的硬化净浆进行了s e m 分析，结 果如图3 所示。 从图3 可以看出：在2 4h 水化龄期，p o4 2 5 r ( 2 ) 水泥试样的c h 、a f t 明显比p o4 2 5 r ( 1 ) 水泥 试样的多；适当提高石膏掺量的p o4 2 5 r ( 2 ) 试样 的a f t 被包裹在层状c h 和绒球状的凝胶体之间，孔 洞相对较少，结构相对较致密，石膏掺量较低的p o 4 2 5 r ( 1 ) 试样的凝胶体少，孔洞较多，结构较疏松。 x r b 及s e m 分析结果与3 1 和3 2 中所得结果 完全一致。 4 结论 图3 各净浆水化2 4h 的s e m 照片( a ) p o4 2 5 r ( 1 ) 水泥水化2 4h ；( b ) p o4 2 5 r ( 2 ) 水泥水化2 4h f i g 3 s e mi m a g e so fd i f f e r e n tp a s t e sa tt h eh y d r a t i o no f2 4h ( 1 ) 与基准水泥相比，石膏掺量较低的以矿渣微粉为掺合料的p o4 2 5 r 水泥的2 8d 强度变化不大， 但3d 强度明显低于基准水泥的；增加石膏掺量，可明显提高p o4 2 5 r 水泥的早、后期强度，在不使用含 k + 、n a + 的碱性激发剂的情况下，可有效地解决高混合材用量的p o4 2 5 r 水泥早期强度偏低的技术难 题。但是，石膏掺量不宜过大，否则p o4 2 5 r 水泥的强度会重新降低； ( 2 ) 与基准水泥相比，适当增大石膏掺量，掺2 0 矿渣微粉的p o4 2 5 r 水泥的水化温峰、1d 及3d 水化热明显增大，但当石膏掺量过大时，它们又会重新降低，说明石膏掺量存在合适值； 万方数据 第3 期何廷树等：石膏掺量对以矿渣为掺合料的普通硅酸盐水泥性能的影响 ( 3 ) 适当增加石膏掺量后，相同矿粉掺量的p 0 4 2 5 r 水泥的c h 和a f t 生成量大幅度提高，说明适量 的石膏掺量可有效地促进p 04 2 5 r 水泥的早期水化过程； ( 4 ) 合适石膏掺量的p 04 2 5 r ( 2 ) 水泥硬化净浆试样的早期c h 、a f t 及凝胶体明显增多，孔洞减少， 且结构较致密。 参考文献 1 】张树青。杨全兵。吴学礼，等掺石膏对矿渣粉生产和应用的影响 j 】水泥。2 0 0 1 ，( 1 1 ) ：6 - 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