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石膏品种和掺量对水泥促凝增强作用的影响

(2010-06-13 16:46:56)
标签：

杂谈
 

  摘要 试验结果表明，石膏品种和掺量的改变对水泥的促凝增强作用产生较大影响。石膏掺量相同时，其效果依次为盐石膏≥磷石膏≥二水石膏≥硬石膏。石膏品种相同时，对水泥的促凝增强效果随石膏掺量的增大而提高，但掺量增至一定范围后，使用盐石膏、磷石膏、二水石膏的增强效果增幅呈下降趋势，而使用硬石膏则呈上升势头，并提出最佳石膏掺量。
   

　　随着新标准的实施，各厂采取各种措施，以满足新标准的要求。此时作为水泥促凝、增强剂的石膏，在品种和掺量上如何选择，才能适应新标准？我们进行了初步的试验探索。

1　试验材料与性能

　　
1.1　试验材料
　　1)水泥熟料:选用机立窑厂采用晶种技术煅烧的水泥熟料。
　　2)混合材料:选用水泥厂正常使用的水淬渣、沸石及石灰石。
　　3)石膏:选用水泥厂正常使用的二水石膏、硬石膏、盐石膏和磷石膏。
1.2　材料性能
　　上述试验材料的部分理化性能见表1。

表1 试验材料的部分理化性能
材料名称 化学成分/% 其他相关性能
Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
水泥熟料 0.56 21.34 4.79 3.38 64.56 2.35 0.52 fCaO=1.24%；C3S=57.3%；C2S=18.2%；
C3A=7.0%；C4AF=10.3%
水淬矿渣 0.52 38.93 7.15 0.64 40.15 8.83 0.12 Ma=0.184；Mo=1.062；K=1.442；水淬率=96.8%
沸石 5.62 67.54 9.75 0.52 2.57 0.12 － 石灰吸收率162～176mg/g；沸石含量55.6%～61.2%
石灰石 41.59 3.86 1.04 0.19 50.18 2.75 －
二水石膏 － 3.52 1.13 0.25 33.65 4.86 44.28 结晶水=18.45%；附着水=3.13%
硬石膏 － 2.84 0.98 0.45 34.05 3.54 48.56 结晶水=7.28%；附着水=2.04%
盐石膏 － 4.12 0.34 0.25 34.88 4.12 42.24 结晶水=16.82%；附着水=3.74%，Cl－=0.42%
磷石膏 － 2.52 0.42 0.27 31.96 0.36 43.52 结晶水=17.54%，附着水=5.12%，P2O5=0.24%,pH=3.5～6.0

 

2　试验结果与比较

　　
2.1　试样制备
　　将试验材料分别破碎至3～5mm或烘干至水分≤2%后，按表2中PC00、PS00、HS00和KS00的组成要求计配拌成混合料，再用Φ500mm×500mm试验小磨将混合料和石膏分别单独磨细至0.08mm筛筛余≤4.00%的水泥样和石膏样，然后在各种水泥样中分别外加不同配比的各种石膏样，并用混样器拌匀后，作为水泥有关性能的试验用样。

表2 石膏品种和掺量对水泥凝结和力学性能的影响
水泥试样
编号		 水泥组成/% 水泥细度
/%		 凝结时间及比较/(h:min) 抗压强度及比较/(MPa/%) 水泥SO3
/%
熟料 矿渣 沸石 石灰石 石膏 初凝 终凝 3d 28d
PC00 100 　 3.68 3:32/0:00 5:46/0:00 34.6/100.0 53.4/100.0 0.52
PC01
PC02
PC03		 PC00 100
PC00 100
PC00 100		 二 1.5
二 3.0
二 4.5		 3.85
3.74
3.64		 3:05/－0:27
2:48/－0:44
2:52/－0:40		 5:25/－0:21
4:56/－0:50
4:48/－0:58		 36.5/105.5
38.4/111.0
38.9/112.4		 56.5/105.8
58.4/109.3
57.2/107.1		 1.17
1.79
2.40
平均 PC00 100 二 3.0 3.74 2:55/－0:37 5:03/－0:43 37.9/109.6 57.4/107.4 1.79
PC04
PC05
PC06		 PC00 100
PC00 100
PC00 100		 硬 1.5
硬 3.0
硬 4.5		 3.62
3.65
3.81		 3:25/－0:07
3:20/－0:12
3:15/－0:17		 5:35/－0:11
5:30/－0:16
5:22/－0:24		 34.8/100.6
35.5/102.6
36.0/104.0		 55.6/104.1
56.4/105.6
58.0/108.6		 1.23
1.91
2.58
平均 PC00 100 硬3.0 3.69 3:20/－0:12 5:29/－0:17 35.4/102.4 56.7/106.1 1.91
PC07
PC08
PC09		 PC00 100
PC00 100
PC00 100		 磷 1.5
磷 3.0
磷 4.5		 3.64
3.67
3.56		 3:00/－0:32
2:35/－0:57
2:37/－0:55		 5:10/－0:36
4:55/－0:51
4:46/－1:00		 37.2/107.5
39.6/114.5
38.8/112.1		 57.0/106.7
58.4/109.4
58.0/108.6		 1.16
1.77
2.37
平均 PC00 100 磷 3.0 3.62 2:44/－0:48 4:57/－0:49 38.9/111.4 57.8/108.2 1.77
PC10
PC11
PC12		 PC00 100
PC00 100
PC00 100		 盐 1.5
盐 3.0
盐 4.5		 3.52
3.64
3.66		 2:54/－0:38
2:32/－1:00
2:22/－1:10		 5:20/－0:26
4:54/－0:52
4:34/－1:12		 37.8/109.2
40.5/117.1
39.8/115.0		 56.8/106.4
59.4/111.2
58.2/109.0		 1.14
1.74
2.32
平均 PC00 100 盐 3.0 3.61 2:36/－0:56 4:56/－0:50 39.8/113.8 58.1/108.9 1.74
PS00 88 12 　 3.54 3:45/0:00 5:50/0:00 21.4/100.0 43.8/100.0 0.47
PS01
PC02
PC03		 PS00 100
PS00 100
PS00 100		 二 2.0
二 3.5
二 5.0		 3.64
3.56
3.76		 3:20/－0:25
3:00/－0:45
2:55/－0:50		 5:35/－0:15
5:10/－0:40
4:54/－0:56		 22.5/105.1
23.6/110.3
23.5/109.8		 46.4/105.9
47.5/108.4
47.1/107.6		 1.33
1.95
2.56
平均 PS00 100 二 3.5 3.65 3:05/－0:40 5:13/－0:37 23.2/108.4 47.0/107.3 1.95
PS04
PC05
PC06		 PS00 100
PS00 100
PS00 100		 硬 2.0
硬 3.5
硬 5.0		 3.74
3.68
3.53		 3:40/－0:05
3:35/－0:10
3:30/－0:15		 5:35/－0:15
5:25/－0:25
5:30/－0:20		 21.8/101.9
22.0/102.8
21.7/101.6		 45.8/104.1
46.7/106.6
47.2/107.8		 1.41
2.10
2.76
平均 PS00 100 硬 3.5 3.65 3:35/－0:10 5:30/－0:20 21.8/102.1 46.6/106.2 2.10
PS07
PC08
PC09		 PS00 100
PS00 100
PS00 100		 磷 2.0
磷 3.5
磷 5.0		 3.65
3.56
3.68		 3:14/－0:31
2:52/－0:53
2:48/－0:57		 5:24/－0:26
5:02/－0:48
5:04/－0:46		 22.9/107.0
24.5/114.5
23.6/110.3		 45.8/104.1
48.0/109.6
47.3/108.0		 1.30
1.75
2.50
平均 PS00 100 磷 3.5 3.63 2:58/－0:47 5:10/－0:40 23.7/110.6 47.3/108.0 1.93
PS10
PC11
PC12		 PS00 100
PS00 100
PS00 100		 盐 2.0
盐 3.5
盐 5.0		 3.74
3.54
3.68		 2:55/－0:50
2:34/－1:11
2:22/－1:23		 5:20/－0:30
4:44/－1:06
4:32/－1:18		 23.3/108.9
25.0/116.8
24.6/115.0		 46.4/105.9
49.0/111.9
47.3/108.0		 1.29
1.88
2.50
平均 PS00 100 盐 3.5 3.65 2:37/－1:08 4:52/－0:58 24.2/113.6 47.6/108.6 1.88
HS00 72 　 23 5 　 3.43 4:35/0:00 5:45/0:00 19.6/100.0 42.5/100.0 0.37
HS01
HS02
HS03		 HS00 100
HS00 100
HS00 100		 二 2.0
二 4.0
二 6.0		 3.68
3.64
3.59		 4:10/－0:25
3:55/－0:40
3:40/－0:55		 5:22/－0:23
5:04/－0:41
4:55/－0:50		 20.8/106.1
21.6/110.2
21.2/108.2		 45.0/105.9
45.9/108.4
45.4/106.8		 1.23
2.06
2.86
平均 HS00 100 二 4.0 3.64 3:55/－0:40 5:07/－0:38 21.2/108.2 45.4/106.8 2.06
HS04
HS05
HS06		 HS00 100
HS00 100
HS00 100		 硬 2.0
硬 4.0
硬 6.0		 3.64
3.85
3.74		 4:20/－0:15
4:25/－0:10
4:18/－0:17		 5:35/－0:10
5:34/－0:11
5:27/－0:18		 19.8/101.0
20.2/102.1
20.5/104.6		 43.8/103.1
44.7/105.2
45.5/107.1		 1.31
2.22
3.10
平均 HS00 100 硬 4.0 3.74 4:21/－0:14 5:32/－0:13 19.9/102.6 44.7/105.2 2.22
HS07
HS08
HS09		 HS00 100
HS00 100
HS00 100		 磷 2.0
磷 4.0
磷 6.0		 3.62
3.54
3.45		 4:05/－0:30
3:42/－0:53
3:34/－1:01		 5:15/－0:30
4:50/－0:55
4:45/－1:00		 20.8/106.1
21.9/111.7
21.5/109.7		 45.0/105.9
46.5/109.4
45.4/106.9		 1.24
2.02
2.98
平均 HS00 100 磷 4.0 3.54 3:47/－0:48 4:57/－0:48 21.4/109.2 45.6/107.4 2.02
续表2
水泥试样
编号		 水泥组成/% 水泥细度
/%		 凝结时间及比较/(h:min) 抗压强度及比较/(MPa/%) 水泥SO3
/%
熟料 矿渣 沸石 石灰石 石膏 初凝 终凝 3d 28d
HS10
HS11
HS12		 HS00 100
HS00 100
HS00 100		 盐 2.0
盐 4.0
盐 6.0		 3.55
3.68
3.45		 4:00/－0:35
3:36/－0:59
3:30/－1:05		 5:20/－0:25
4:38/－1:07
4:20/－1:25		 21.5/109.7
22.5/114.8
22.0/112.2		 45.0/105.9
46.8/110.1
45.9/108.0		 1.19
1.98
2.74
平均 HS00 100 盐 4.0 3.56 3:42/－0:53 4:46/－0:59 22.0/112.2 45.9/108.0 1.98
KS00 70 25 　 5 　 3.58 4:25/0:00 5:30/0:00 20.4/100.0 43.6/100.0 0.39
KS01
KS02
KS03		 KS00 100
KS00 100
KS00 100		 二 2.0
二 4.0
二 6.0		 3.66
3.82
3.58		 4:05/－0:20
3:38/－0:47
3:35/－0:50		 5:10/－0:20
4:48/－0:42
4:45/－0:45		 21.8/106.9
22.4/109.8
22.2/108.5		 45.8/105.0
47.4/108.7
46.5/106.7		 1.25
2.05
2.72
平均 KS00 100 二 4.0 3.69 3:46/－0:39 4:54/－0:36 22.1/108.3 46.6/106.8 2.05
KS04
KS05
KS06		 KS00 100
KS00 100
KS00 100		 硬 2.0
硬 4.0
硬 6.0		 3.85
3.68
3.46		 4:10/－0:15
4:08/－0:17
4:15/－0:10		 5:20/－0:10
5:17/－0:13
5:05/－0:25		 20.8/102.0
21.0/102.9
20.8/102.0		 44.3/101.6
46.5/106.7
46.8/107.3		 1.41
2.32
3.16
平均 KS00 100 硬 4.0 3.66 4:11/－0:14 5:14/－0:16 20.9/102.3 45.9/105.2 2.02
KS07
KS08
KS09		 KS00 100
KS00 100
KS00 100		 磷 2.0
磷 4.0
磷 6.0		 3.54
3.65
3.68		 3:45/－0:40
3:27/－0:58
3:30/－0:55		 4:55/－0:35
4:36/－0:54
4:35/－0:55		 22.0/107.8
22.6/110.8
22.3/109.3		 46.5/106.7
47.6/109.2
46.9/107.6		 1.30
2.08
3.02
平均 KS00 100 磷 4.0 3.62 3:34/－0:51 4:42/－0:48 22.3/109.3 47.0/107.8 2.08
KS10
KS11
KS12		 KS00 100
KS00 100
KS00 100		 盐 2.0
盐 4.0
盐 6.0		 3.40
3.64
3.38		 3:45/－0:40
3:27/－0:58
3:15/－1:10		 4:55/－0:35
4:37/－0:53
4:25/－1:05		 22.2/108.8
23.3/114.2
22.4/109.8		 46.2/106.0
48.0/110.1
47.0/107.8		 1.21
2.00
2.78
平均 KS00 100 盐 4.0 3.54 3:29/－0:56 4:39/－0:51 22.6/110.9 47.1/108.0 2.00

2.2　试验结果
　　按照GB1346<水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法>和GB/T17671<水泥胶砂强度检验方法(ISO法)>对水泥试验用样进行凝结、力学性能试验，结果见表2。
2.3　统计比较
　　为了便于比较，对表2中的试验结果，按石膏品种和掺量进行分类统计后绘制出图1～4。图中看出，在原材料性能、水泥组成和筛余细度相对不变的情况下，使用的石膏品种和掺量的改变，使水泥凝结和力学性能产生较大差异。按促凝和增强效果由大到小排序，依次为盐石膏≥磷石膏≥二水石膏≥硬石膏。
　　

 

http://www.cement114.com/manage/eWebEditor/UploadFile/200762691425111.jpg

 

　　图1　石膏品种对水泥凝结性能的影响

　　

http://www.cement114.com/manage/eWebEditor/UploadFile/200762691431513.jpg

 

　　图2　石膏品种对水泥抗压强度的影响

　　

http://www.cement114.com/manage/eWebEditor/UploadFile/200762691438929.jpg

 

　　图3　石膏品种和掺量对水泥凝结时间的影响

　　

http://www.cement114.com/manage/eWebEditor/UploadFile/200762691444155.jpg

 

　　图4　石膏品种和掺量对水泥抗压强度的影响

　　1)石膏品种对水泥凝结性能的影响:从图1来看，石膏掺量相同，水泥SO3含量相近，掺加盐石膏使水泥初、终凝时间平均加快60min和55min；改用磷石膏、二水石膏或硬石膏，分别加快55min和45min、40min和30min或10min和20min左右。
　　2)石膏品种对水泥力学性能的影响:从图2可以看出，石膏掺量相同，水泥SO3含量相近，掺加盐石膏平均使水泥3d、28d抗压强度分别增强12%和9%；改用磷石膏、二水石膏或硬石膏，分别增强10%和8%、9%和7%、3%和5%左右。
　　3)石膏掺量对水泥凝结性能的影响:由图3来看，石膏品种相同，水泥凝结时间随着石膏掺量的增大而明显加快。外掺1.5%(2.0%)盐石膏、磷石膏、二水石膏或硬石膏，使水泥初凝时间分别加快40min、35min、25min和10min；掺量增至4.5%(5.0%、6.0%)时，分别加快70min、60min、50min和20min左右。终凝结时间的变化与初凝时间类似。
　　4)石膏掺量对水泥抗压强度的影响:图4表明，石膏品种相同，水泥抗压强度随着石膏掺量的增大而明显增高。但掺量增至一定范围后，抗压强度增幅略呈下降趋势。外掺1.5%(2.0%)的盐石膏、磷石膏、二水石膏或硬石膏时，水泥抗压强度3d龄期分别增强10%、7.5%、6%和2.5%，28d龄期分别增强10%、8%、6%和4%左右。掺量增至3.0%(3.5%、4.0%)时，平均使水泥抗压强度3d龄期分别提高15%、12%、10%和3%；28d龄期分别提高12%、11%、8%和6%。掺量增至4.5%(5.0%、6.0%)后，用盐石膏使水泥抗压强度3d龄期增幅下降到13%，28d降低到11%；用磷石膏、二水石膏时3d龄期增幅提高到13%和11%，28d增幅分别降低到10%和9%；用硬石膏时3d龄期增幅提高到4%，28d龄期增幅提高到8%。

3　结论

　　1)盐石膏和磷石膏是一种优质的水泥促凝增强材料，在生产中加以充分利用，不仅对水泥起到促凝增强作用，而且能节省资源，改善环境。
　　2)在原材料性能、水泥组成及颗粒细度基本相同的情况下，水泥凝结和力学性能随石膏品种和掺量的改变而产生较大差异。其中石膏掺量相同而品种不同时，对水泥的促凝增强效果:盐石膏≥磷石膏≥二水石膏≥硬石膏。石膏品种相同而掺量不同时，对水泥的促凝增强效果随掺量的增大而提高，但掺量增至一定范围后，使用盐石膏、磷石膏、二水石膏的增强效果增幅呈下降趋势，而使用硬石膏仍呈上升势头。
　　3)从改善水泥快凝、早强性能来看，石膏的最佳掺量在使用盐石膏和磷石膏时为3.0%～4.0%；使用二水石膏时为4.5%～6.0%；使用硬石膏≥6.0%。

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