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石膏品种与SO3含量对矿粉活性的影响

作者:李春1,汪… 出处:乐投letou网 更新时间:2014/1/14 16:26:55    热     ★★★

 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CaSO4·2H2O,脱硫石膏主要以CaSO4·2H2O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CaSO4·2H2O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CaSO4·2H2O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Φ500×500mm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。
 

 

2 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《乐投优惠稠度用水量、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20±1℃、湿度92±2%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。
 

 

  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。
 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)。
 

 

 

  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。
 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。
 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矾石生成量最多,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的水化物生成钙矾石,溶液中的SO3不能持续地被提供,钙矾石的量不再增加,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在不断消耗的同时能被持续地提供,钙矾石的生成量也是持续的,虽然水化物与钙矾石也生成AFm,但是,钙矾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:
 (1)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。
  (2)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。
 (3)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。而矿粉掺量在20%~25%时,硬石膏和脱硫石膏的激发效果优于天然石膏,3d抗压强度相差1~2MPa,28d抗压强度相差3~6MPa。
  
  
参考文献
 [1] 袁润章,高琼英,欧阳世翕. 矿渣结构与水硬活性及其激发机理[J]. 武汉工业大学学报,1995,(3):297-302.
 [2] 张荫济,徐强. 湿法“石灰石-石膏”烟气脱硫技术及烟气脱硫石膏应用的分析研究[J]. 粉煤灰,2003(2):22-24.
 [3] 崔素萍等. 石膏种类对硅酸盐水泥性能的影响[J]. 乐投优惠,2005,2.

 

 

 

 

 


 

来源:《四川水泥》2012-05

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