硫铝酸盐水泥对氟石膏的改性研究.doc

硫铝酸盐水泥对氟石膏的改性研究摘要：以硫铝酸盐水泥为激发剂对氟石膏进行改性，实验表明：硫铝酸盐水泥的加入可以提高氟石膏的水化活性，缩短氟石膏的凝结时间，使试件的耐水性及强度均有较大幅度的提高。通过控制硫铝酸盐水泥&-./+在氟石膏中的掺量可以取得最佳效果。关键词：氟石膏；硫铝酸盐水泥；强度；耐水性1前言氟石膏是氢氟酸制备过程中的副产品，我国无水产量每年约为6.5万t，而制造每吨产生氟石膏约3.5t，总计氟石膏产生量每年约为23万t。氟石膏主要为/因其难溶于水水化缓慢、凝结能力差，且不具有早期强度。用其成型的试样强度低、吸水率大，吸水后的强度保留率低，不能满足建材制品生产的要求，因此不能直接用于建材制品的生产。目前，部分氟石膏用作水泥的外加剂，而大部分氟石膏在稍加中和处理后就作为一种固体废弃物堆存。直接堆存不仅占有土地，还污染土壤和地下水环境。如果通过某些措施来激发;,:氟石膏的活性，提高其强度和耐水性能，将改性后的氟石膏应用于生产中，既有利于保护环境，又能节约能源和资源符合我国可持续发展战略。本实验以硫铝酸盐水泥对氟石膏进行改性通过调整氟石膏中硫铝酸盐水泥掺量，得到氟石膏胶凝材料的最佳配比，利用扫描电镜分析胶结料的水化过程和微观结构。2原材料与实验2.1原材料2.1.1氟石膏本实验所使用的氟石膏是山东某化工厂提供的，其化学成分、组成见表1、表2。从表1、表2中可看出，氟石膏中无水石膏的纯度很高，可达94.92%，还有少量未反应完全的2.1.2硫铝酸盐水泥采用某特种水泥厂生产的,525#快硬硫铝酸盐水泥其成分见表（3)。2.2实验本次实验拟考察不同掺加量的硫铝酸盐水泥对氟石膏水化产物耐水性能的影响。在氟石膏中分别掺入的硫铝酸盐水泥进行实验。分别测定标准稠度后，浇注成型出尺寸为的标准试件，每个配合比成型6个试件，在实验室条件下自然养护，再于. 烘至绝干后分别测试试件的抗压、抗折强度、软化系数等基本物理性能。以上实验均按照中华人民共和国国家标准建筑石膏进行。对掺有硫铝酸盐水泥和未掺硫铝酸盐水泥的氟石膏试样微观形貌进行扫描电镜分析。3.实验结果与分析3.1基本物理性能测试结果与分析在氟石膏中掺入的硫铝酸盐水泥试样，其基本性能测试结果见表4。从表4中数据可以看出，所使用的氟石膏粉料有一定的水化能力，但其水化速度慢，凝结时间长，强度低，抗压强度只有，试样吸水率大，吸水后的强度保留率低，不能满足建材制品生产的要求，故不能直接用于建材制品的生产。掺入硫铝酸盐水泥的试样，其抗折、抗弯强度比没有添加激发剂的试样都得到了显著的提高，吸水率下降明显。由表4分别绘制硫铝酸盐水泥对氟石膏凝结性能、吸水率及软化系数、抗折强度、抗压强度影响的折线图，通常对建筑胶凝材料的凝结时间要求，要能够满足操作工艺时间的需要，一般情况下凝结时间在比较适宜。由图1可以看出，硫铝酸盐水泥的掺量大于时，使氟石膏的初、终凝时间下降到以下，已经基本符合胶凝材料对初、终凝时间的要求。随着硫铝酸盐水泥掺加量的增加，氟石膏的初凝时间与终凝时间均呈缩短趋势，硫铝酸盐水泥掺加量为时，初凝时间可以达到，终凝时间可以达到。试样7d抗折软化系数及吸水率与硫铝酸盐水泥掺量的关系如图2所示。从图2可看出，在硫铝酸盐水泥掺量小于10%时，软化系数随硫铝酸盐水泥掺量增加而增大，吸水率随硫铝酸盐水泥掺量增加而减小；当掺量超过10%时，软化系数有所下降，吸水率有所增大。实验表明，硫铝酸盐水泥掺量为10%时，氟石膏制品的耐水性能最好。由图3可以看出，氟石膏试样3d和7d的抗折强度随硫铝酸盐水泥掺量变化的规律相似。随着硫铝酸盐水泥掺量的增加其强度增加，掺量超过10%后抗折强度有下降趋势，硫铝酸盐水泥掺量在10%时其抗折强度达到最大值。比较3d和7d的抗折强度随硫铝酸盐水泥掺量增加而变化的折线的斜率，7d对应的折线斜率略微大于3d对应的折线斜率，可以看出硫铝酸盐水泥掺量的增加对7d抗折强度的增加效果更加显著。3d和7d的抗压强度的变化趋势与抗折强度基本相同，如图4所示。当掺加10%的硫铝酸盐水泥时，其抗压强度达到最大值。实验表明，掺加硫铝酸盐水泥后使氟石膏试样的耐水性及强度均有提高，但并不是成正比增加。随硫铝酸盐水泥增加，强度性能和耐水性指标上升到一定程度后，又出现了下降的趋势。由以上实验结果得出，硫铝酸盐水泥的掺量控制在8%-15%范围内比较适宜，在此掺量范围内，氟石膏试样的性能达到了建筑材料的要求，从而使氟石膏可以作为一种生产建筑材料的原材料。3.2微观形貌测试与分析用扫描电镜观察硫铝酸盐水泥掺量为5%和10%时的试样，胶凝材料水化产物的电镜照片如图5、图6所示。从图5和图6中可以看到，二水石膏结晶中存在的大量的凝胶，即水化硅酸钙。在以石膏为主的结晶结构网中，起到了填充的作用。氟石膏基胶凝材料水化时由于各组分的水化反应速度不同，首先形成二水石膏结晶结构网，其次是水泥各组分的水化，由于处在过饱和的氟石膏浆体中，硫铝酸盐水泥的水化产物除水化硅酸钙凝胶、铝胶、铁胶外，大部分是高硫型的水化硫铝酸钙钙钒石，而水化硅酸钙的溶解度仅为钙钒石的溶解度还要小，即钙钒石几乎不溶于水。这些溶解性小的水化产物，包覆在石膏结晶体的表面，降低其溶解性，且均匀的分布于胶结料中，所以降低了制品的吸水率，使石膏的耐水性得到了提高。掺加水泥后形成了钙钒石，其针状结构（如图6）与其它物质的交叉、共生对制品起到增强作用，从而使石膏基混合胶材料的强度产生较大幅度的提高。在硫铝酸盐水泥掺量少时，形成少量的钙钒石与水化硅酸钙，由于分布在石膏结晶体内，水化硅酸钙以凝胶出现，钙钒石以针状晶体出现，在以石膏为主的结晶结构网中，起到了填充、交叉共存的作用，随着硫铝酸盐水泥掺加量的增加，这种填充、交叉共存的作用更趋明显，宏观上表现为对抗压、抗折强度的增长的作用；随着掺量的进一步增大，水化硅酸钙的数量增多，形成的钙钒石的数量也增多，由于钙钒石的体积大，此时将导致石膏结晶结构网的破坏，内部微裂纹增多，宏观上表现为抗折、抗压强度的下降。同时硫铝酸盐水泥掺量过大时，水分容易进入由钙钒石膨胀破坏石膏结晶结构网而形成的微裂纹中，导致石膏制品的体积膨胀，湿抗压强度减小，软化系数降低。4结论（1）硫铝酸盐水泥加入氟石膏后，在饱和的氟石膏浆体中水化生成微溶性的水化硅酸钙与钙钒石，弥补了石膏结晶体的高溶解性，可以使氟石膏的凝结时间大大缩短。（2）硫铝酸盐水泥掺量少时，形成的针状钙钒石晶体与水化硅酸钙凝胶，在以石膏为主的结晶结构网中，起到了填充、交叉共存的作用，使氟石膏制品的耐水性及强度有较大幅度的提高；硫铝酸盐水泥掺量过多时，钙钒石的数量增多，由于钙钒石的体积大，导致了