石膏品种与SO3含量对矿粉活性的影响

1、石膏品种与SO3含量对矿粉活性的影响 作者：李春 0前言在山西长治地区存在着几家规模较大的炼钢厂、电厂，排出大量的矿渣及脱硫石膏等副产品，而当地 也有着丰富的石膏资源，天然石膏、硬石膏储量较高，因此对研究不同石膏激发矿粉就有着现实的意义， 在实验过程中出现了由于水泥中SO3的含量而导致的水泥结构遭到破坏进而强度劣化的行为，因此对不同 种类石膏激发矿粉的活性以及水泥中SO3含量的研究是非常必要的。不同种类的石膏对矿粉的激发效果作用是不同的1，硬石膏中主要由CaSO4为主，天然石膏为 CaSO42H2O，脱硫石膏主要以CaSO42H2O为主。脱硫石膏通常是采用湿式石灰石石膏法-工艺技术对燃 煤所排

2、放烟气中的二氧化硫进行脱除过程产生的副产品。湿式石灰石-石膏法是目前世界上采用最多、技术 成熟的一种燃煤烟气脱硫方法2。脱硫石膏的主要成分是主要以CaSO42H2O为主，颜色微黄，其酸碱度 与天然石膏相当，呈中性或略偏碱性。化学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%范围内，硬石膏中CaSO4含量也在90%左右，有研究表明， 脱硫石膏、硬石膏在不影响水泥强度的情况下可以替代天然石膏，或将脱硫石膏、硬石膏掺入水泥基材料 中作为激发剂使用，并获得较好的效果。本文主要通过研究不同种类的石膏及石膏中SO3含量对矿粉的激 活作用以

3、及对水泥强度的影响。1原材料化学组成将硬石膏、天然石膏用中500 x500mm试验标准磨分别粉磨至比表面积达到400m2/kg左右，脱硫石膏 呈细粉状，但湿度较高，在测定其含水量之后，然后在实验中保证SO3含量为主，试验中扣除脱硫石膏中 的水分P.C42.5的组分为70%的熟料，20%的矿粉，5%的石灰石，5%的天然石膏，比表面积大于350m2/kg。云1原材料化学组成钉名称Loss*3S仙FsQkCaW水分A矿粉4-1一对34.4713.771 一心40瓦小7.6896.38硬石菖*2.370.330.220.2440.1344.询87.67脱硫仁1育422.270.92.0.1403413

4、? 一4霁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的物检结兵4凝结时间:nin标稿Z%*2安定性点抗折强度IIP眼1抗压强度MPa初凝终凝3州28d3W7d2SdP16226.6合格5.27.29一卸20.134.那54.52实验方案实验中先将各材料分别粉磨，后经混料机混合均匀之后实验，胶砂强度执行水泥胶砂强度检验方法 (GB/T17671-1999)、比表面积执行水泥比表面积测定方法(GB/T8074-2008)，化学成分分析执行水泥 化学分析方法(GB/T176-2008)、其他执行水泥标

5、准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法 (GB/T1346-2001)，将试样按标准稠度加水充分搅拌均匀、成型，后在温度201C、湿度922%条件下养护， 参照国标GB/T17671-1999进行水泥抗压抗折强度实验，测其3d、7d、28d的强度。3结果分析与讨论3.1矿粉掺量对强度的影响K0表示单掺矿粉0%的水泥，K15、K20、K25依次类推。表3单搂矿粉对水泥强废的聚1IV抗折强度MP部抗压强度眼13即汕2汕Kg5 一霁7.220.134 一 854矣KI5.119*3岫52.019.50.74.76.41S.128.24心由表3可以看出随着矿粉掺量的增加，水泥强度呈下降趋势。随着矿粉掺

6、量的增加，水泥掺量减少， 且矿粉活性没有得到很好的激发，水化程度低，所以水泥强度呈下降的趋势。水泥水化硬化中期强度下降 较大，后期下降幅度减小。3.2 SO3对水泥凝结时间的影响 在复合矿粉中分别掺入6%、8%、10%的硬石膏，再在42.5水泥中 分别掺入15%、20%和25%的复合矿粉。取硬石膏做实验的结果分析，研究SO3含量对水泥凝结时间的影 响，结果如下表4。表4硬石膏激发的矿粉的物检结具w名称硬石曹掺重复合矿粉凝结时间min-标稿安定性4初凝尸终凝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冲21026齐合格Kl-8-25部1401舟26.7合格口KL-10-251眼13为L954合格口从表4中可以看出，随着矿粉掺量的增加，水泥凝结时间大体呈延长趋势，但当石膏掺量过高时，也 出现了凝结时间缩短的情况。具体的机理是：随着矿粉掺量的增加，水泥的凝结时间呈延长趋势，这与矿 粉的活性较低有关，但随着矿粉中石膏掺量的增加，水泥中SO3含量逐渐增加，水化生成的AFt数目逐渐 增多，包裹住水泥水化较快的C3A表面，从而延缓了水泥的水化。但随着石膏掺量的增加，水泥的凝结时 间又缩短，应该是石膏

8、掺量增加产生石膏次生结晶体，它使得带有包裹层的水泥粒子互相接触形成网状结 构，因而促进水泥的凝结。3.3不同石膏品种的比较 分别取矿粉含量为15%、20%、25%时的硬石膏、脱硫石膏以及天然石膏 做对比分析，对比的标准为相同SO3含量（复合矿粉中均在1.80%左右）下对矿粉及水泥的3d、7d抗折及抗 压强度。实验结果如下表5、6、7（K表示单掺矿粉，Y表示硬石膏，T表示天然石膏，TS表示脱硫石膏）。辰5 /粉携量为1SL不同种关石音润水泥强度的影响U咨称水泥中的SQ总量J搂入的SO；的含童抗折强度MPa-抗压强度3霹3“了加2Sdg5.UIP昏30.4+352.01.800.534&9京成6#

9、为*50.71.820.545.2获21.0+30 一部TS1PL 了卯0.52成6#30 一部49.7从表5中可以看出，硬石膏、脱硫石膏并未有效激发矿粉的活性，抗压强度相近，但抗折强度还有略 微下降趋势，而天然石膏则能够有效地激发矿粉的活性，从3d强度可以看出，3d强度能够提升超过1MPa， 7d及28d强度则相近，这主要是跟硬石膏、天然石膏及脱硫石膏的溶解速度相关，研究表明硬石膏、脱硫 石膏的溶解速度要大大的低于天然石膏，因此可以认为在水泥水化初期，SO3总量不足的情况下，天然石 膏高的溶解速度能够很快的生成能够填充水泥浆内部空隙的AFt，密实水泥浆内部结构，提高水泥的早期 强度，同时水化

10、时能带走水泥浆中的Ca、Al离子，加速了矿粉的溶解，从而达到了激发矿粉的目的。6矿粉搓置为对七不同伸关石耆对水泥强度的影响名.祢:水泥中的汕总,掺入的SO：的含重p抗折强度MPa抗压强度3曲7曲奏M3曲K201期g5 一脸心9 一卷19.1网一”5/0 一仙5 一7 .Op10.21遍31 一 W53 一 3T0.724方5 &9:61国网一部TS舞1一8如0.695 一7.410.321.132并53.5从表6可以看出，脱硫石膏及硬石膏对矿粉的激发作用均比天然石膏要高，这是因为脱硫石膏与硬石 膏由于溶解速度较天然石膏慢，能提供给水泥水化的SO3含量有限，没有在短期内生成大量的AFt，AFt

11、由于体积较大的关系，数量较少时能够改善水泥浆的密实度，若早期生成数量过多时，则对已生成的强度 并不高的水泥砂浆形成破坏，因此溶解速度快的天然石膏由于溶解的SO3含量数目过多，对已有的结构形 成破坏，强度则下降，而硬石膏、天然石膏则因为溶解速度慢，生成的AFt速度慢，AFt数目逐渐增多， 并不会出现AFt向AFm的转化的趋势，而缓慢生成的AFt能够达到密实水泥砂浆空隙的作用，而硬石膏与 脱硫石膏相比，硬石膏3d、7d及28d的强度比脱硫石膏的强度相比较低，因此可以认为脱硫石膏的溶解速 度交硬石膏快，在SO3含量适中的情况下，对矿粉的激发作用还是较硬石膏明显。表7矿粉裱置为霆幻不同种类石膏灯水泥强

12、废的易响w名称#水泥中的se总量搀人的SO：的含重册抗折强度上I?*抗压强度3“3如28d L13f眼顷IS.l28.2g2.010.88315.如10.11溢32.153.和T342.034.46.29齐16.4+2讨4S.OTS3L90.86P4.76.29齐19.3+2S.652.5从表7中可以看出，在矿粉掺量为25%、矿粉中SO3含量为0.90%,水泥中SO3含量约为2.0%时， 3d、7d及28d强度的结果表明硬石膏对矿粉的激发作用最佳，而脱硫石膏次之，天然石膏已明显的感觉掺 量过多，对砂浆的强度明显的劣化，而脱硫石膏则已轻微的过量，对强度的激发作用也已经不及硬石膏， 劣化作用还不是

13、很明显，当SO3掺量继续增加时，必然会引起砂浆的劣化，而此时硬石膏的激发作用则达 到最佳。由上面的分析可以推测，不同种类石膏对水泥性能的影响主要是由其溶解速度和溶解度的差异引起的 5。就溶解速率而言，天然石膏脱硫石膏硬石膏。因此可以认为掺加硬石膏的水泥样品钙矶石生 成量最多，掺加脱硫石膏的水泥样品次之，掺加天然石膏的水泥样品最少。其原因是，天然石膏在水化开 始的很短时间之内就达到饱和浓度，并且很快与熟料C3A的水化物生成钙矶石，溶液中的SO3不能持续地 被提供，钙矶石的量不再增加，C3A的水化物又与先前形成的AFt生成AFm，减少了 AFt的量。相对的 硬石膏的溶解速度慢，在水化时，SO3在不

14、断消耗的同时能被持续地提供，钙矶石的生成量也是持续的， 虽然水化物与钙矶石也生成AFm，但是，钙矶石的减少量相对要小。4结论石膏和SO3含量对矿粉活性有明显的激发效果，不同种类石膏对水泥强度的影响主要是由其溶解速率 和溶解度的差异引起的。具体表现为：掺入适量石膏后，矿粉掺量对水泥强度的影响减小，此时水泥强度比单掺矿粉的强度高，其中 当矿粉掺量为25%时，水泥28d抗压强度相差4MPa。矿粉掺量增加，SO3含量应随之增加。掺入15%复合矿粉时，SO3含量宜为1.7%；掺入复合矿 粉20%25%时，SO3含量宜为1.9%； SO3含量超过2.0%后，水泥强度急剧下降。矿粉掺量较少时，天然石膏的激发效果优于硬石膏和脱硫石膏。而矿粉掺量