4.水泥中石膏摻量的確定

水泥中石膏摻量的確定講稿）所謂石膏適宜摻量，是指能使水泥凝結(jié)正常、強(qiáng)度高、安定性良好、比較經(jīng)濟(jì)的摻量。水泥中的石膏組分，不僅是起緩凝作用，加入適量時(shí)，還起提高水泥強(qiáng)度、特別是早期強(qiáng)度的作用;但加入過(guò)多，則會(huì)引起安定性不良，造成水泥石體積膨脹、降低強(qiáng)度。一、硅酸鹽水泥的水化水泥的水化過(guò)程很復(fù)雜C3S［次快］C3SHX（水化C3s）B-C2S

［慢』C2SHY(水彳硬化和水化性能：可用下圖簡(jiǎn)單表示c2S)C-S-H凝膠(c/s?)Ir【快］［快的作用;但加入過(guò)多，則會(huì)引起安定性不良，造成水泥石體積膨脹、降低強(qiáng)度。一、硅酸鹽水泥的水化水泥的水化過(guò)程很復(fù)雜C3S［次快］C3SHX（水化C3s）B-C2S

［慢』C2SHY(水彳硬化和水化性能：可用下圖簡(jiǎn)單表示c2S)C-S-H凝膠(c/s?)Ir【快］［快溶］4［略/%廣IX.C”AH“°413A，六方片狀晶體）態(tài)，無(wú)石膏時(shí)導(dǎo)致瞬凝］、1+Ca(OH)2［飽和溶液］冰化cC3A-3CS-H32硫型水化硫鋁酸鈣C-S-H凝膠(c/s=~)［慢］［當(dāng)so42耗盡后還剩C3A時(shí)］固溶體）［介穩(wěn)態(tài)］Aft,針狀，稱(chēng)鈣磯石;放熱）盡后AF時(shí)］C3(A,F)-3Cs-H(鋁、鐵鈣磯石AFt)［當(dāng)SO；2耗還剩C4C3（A，F(xiàn)）Hs-H32（鐵置換AFm固溶體）C4（A,F）H13（水化鋁、鐵酸鈣C3A.CS.H12J（單硫型水化硫鋁酸鈣Afm,六方片狀）水化硅酸鈣C3AH6lC3A.(Cs.CH).H12C3(A,F)(CS.CH).H12C3(A,F)h4微晶體）水化鋁酸鈣晶體）（水化固溶體）水化固溶體）（水化鋁、/酸鈣固溶體圖中縮寫(xiě)注：CsH—

mnH――

w(A,F)—水化硅酸鈣，m、n為克分子數(shù)；結(jié)合水，w為水克分子數(shù)；鐵與鋁間比例不定的固溶成分;cs—水化硫酸鈣;cH－氫氧化鈣;粗體－主要水化產(chǎn)物。圖1水泥的水化過(guò)程示意圖水泥加水后，c3a立即發(fā)生反應(yīng)，C3S和c4af也很快水化，而C2S則水化較慢。電鏡觀察，可見(jiàn)幾分鐘后在水泥顆粒表面生成鈣磯石（AFt）針狀晶體、無(wú)定形的水化硅酸鈣（C-S-H）以及Ca（OH）2或水化鋁酸鈣等六方板狀晶體。由于鈣磯石不斷生長(zhǎng)，使液相中SO離子逐漸減少并在耗盡后，就會(huì)有單硫型水化硫鋁（鐵）酸鈣出現(xiàn)（AFm）。如石膏不足，還有C3A和C4AF剩余，則會(huì)生成單硫型水化物、C4（A,F）H13固溶體、甚至單獨(dú)的C4AH13，而后兩者處于介穩(wěn)狀態(tài)，有逐漸轉(zhuǎn)變成等軸晶體C3（A,F）H6、C3AH6的趨勢(shì)。水泥水化、硬化可分為三個(gè)階段：鈣磯石形成期：c3a率先水化，在石膏存在的條件下，迅速形成鈣磯石晶體；c3s迅速水化析出Ca（OH）2晶體。第一次放熱。晶體開(kāi)始相互連接、交織形成橋架，開(kāi)始初凝。

2.水化加速期：水泥加速水化，生成大量C-S-H凝膠體和、Ca（OH）2晶體，覆蓋了水泥顆粒；鈣礬石晶體長(zhǎng)大并初步連接成龐大的空間網(wǎng)架，凝膠體填入網(wǎng)架中孔隙，使水泥漿凝結(jié)，強(qiáng)度增加，達(dá)到終凝；大量放熱（第二次放熱）。3.結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期：石膏耗盡，三硫型鈣磯石Aft向單硫型水化硫鋁酸鈣Afm轉(zhuǎn)化，放熱減緩、趨于穩(wěn)定，生成一系列水化產(chǎn)物；水化產(chǎn)物不斷増加并填入由水所占有的孔隙中，逐漸連接、相互交織、結(jié)構(gòu)趨于致密，強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，發(fā)展成硬化的水泥漿體。二、水泥凝結(jié)性能與石膏適宜摻量的確定：1.水泥凝結(jié)：標(biāo)志著水泥漿體失去流動(dòng)性而具有一定的塑性強(qiáng)度。⑴凝結(jié)時(shí)間：初凝時(shí)間與c3a、c4af水化及C3S開(kāi)始迅速水化（初步形成橋架）有關(guān);終凝則由水泥顆粒被水化硅酸鈣完全覆蓋決定（形成龐大網(wǎng)架且網(wǎng)架內(nèi)填充增多）。凝結(jié)時(shí)間還因K20、Na2O、加水量（水大慢凝但強(qiáng)度低）、溫度、細(xì)度等而變化。（2）石膏的作用及緩凝機(jī)理：石膏的作用是：調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度，還能降低水泥石干縮變形，改善耐蝕、抗凍、抗?jié)B性等，在礦渣水泥中可作激發(fā)劑，起增強(qiáng)作用。SO3（％）圖2石膏適宜摻量石膏的緩凝機(jī)理是：水化的C3A在石膏、飽和Ca（OH）2溶液中形成鈣磯石,長(zhǎng)在水泥顆粒表面上，成為一層薄膜，封閉了水泥顆粒，阻止水的進(jìn)入，延緩了C3SO3（％）圖2石膏適宜摻量緩凝時(shí)間與石膏摻量不成正比，如右圖示：當(dāng)水泥中SO3V%時(shí)無(wú)緩凝作用，>2.5%時(shí)緩凝作用不再顯著，卻會(huì)因水泥石結(jié)硬后尚存有石膏繼續(xù)與c3a形成鈣磯石造成膨脹破壞。我國(guó)一般取%~%之間。國(guó)標(biāo)規(guī)定通用硅酸鹽水泥的SO3不超過(guò)％（礦渣硅酸鹽水泥的SO3不超過(guò)％）。石膏適宜摻量：石膏適宜摻量難以精確計(jì)算，應(yīng)以24小時(shí)石膏剛好SO3耗盡為宜。通常用試驗(yàn)方法確定：即將同一熟料按不同石膏摻加量磨至相同細(xì)度，分別測(cè)凝結(jié)時(shí)間與強(qiáng)度，確定石膏適宜摻量（見(jiàn)圖2）。以初凝和終凝適宜、3d和28d強(qiáng)度最高為石膏最佳摻量。石膏適宜摻量與熟料礦物組成、堿含量、混合材中Al2O3含量和細(xì)度有關(guān)。熟料中C3A高時(shí)石膏應(yīng)多摻；混合材中Al2O3含量高時(shí)石膏應(yīng)多摻；水泥細(xì)時(shí)石膏也應(yīng)多摻；熟料中含堿高時(shí)，堿（Na2O、K2O）的水化物析出NaOH、KOH，然后再與石膏作用生成Na2SO4、K2SO4和Ca（OH）2,要消耗一部分石膏，石膏也應(yīng)多摻，還有人認(rèn)為K2SO4還會(huì)進(jìn)一步與石膏生成鉀石膏（K2SO4-CaSO4-H2O），還要消耗一部分石膏，故石膏還應(yīng)再多摻；熟料中SO3高時(shí)石膏應(yīng)少摻，混合材中SO3高時(shí)一般情況下石膏也應(yīng)少摻。F-M李認(rèn)為：普通硅酸鹽水泥熟料中C3AV7%時(shí)，水泥中SO3最大含量才％,C3A>7%時(shí)，水泥中SO3最大含量才％；美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)（ASTM）提出對(duì)普通波特蘭水泥中SO3的最大限制值為：C3AW8%時(shí)，水泥中SO3最大含量才％,C3A>8%時(shí)，水泥中SO3最大含量才％。近年來(lái)，許多廠為迎合一部分用戶(hù)對(duì)早期強(qiáng)度的苛求，熟料片面追求過(guò)高的鋁氧率即高C3A含量，C3A往往>8%甚至高于10%，卻忽視了水泥中SO3含量的問(wèn)題，也是造成水泥28天強(qiáng)度偏低的原因之一。當(dāng)熟料C3A確實(shí)需要很高時(shí)，應(yīng)該通過(guò)石膏適宜摻量這方面的試驗(yàn)工作，找出石膏最佳摻量，以使熟料發(fā)揮出最大強(qiáng)度潛力。除二水石膏外，天然硬石膏和化工副產(chǎn)品石膏也可作緩凝劑。盡管硬石膏溶解度比二水石膏大，不過(guò)它的溶解速度很慢，為滿(mǎn)足緩凝要求，其加入量以SO3計(jì)，一般要比二水石膏

適當(dāng)增加。有些廠兩種石膏混合使用效果也很好。化工副產(chǎn)品石膏中含有少量游離酸，會(huì)使凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)純化處理（洗滌或用堿性物質(zhì)中和）才能很好利用。三、用作混合材的粉煤灰及單獨(dú)粉磨后摻磨細(xì)粉煤灰：1.用作水泥混合材的粉煤灰的品質(zhì)：粉煤灰化學(xué)成分：SiO235%~60%,AI2O313%~40%,CaO2%~5%,Fe2O32%~12%，未燃盡碳（以燒失量計(jì)）1%?24%。礦物組成：玻璃體含量50%?70%,晶體部分主要是莫來(lái)石（3AI2O3-2SiO2）、石英（a—SiO2）,還有赤鐵礦、磁鐵礦。粒度：=1%~35%,＜30um的顆粒占30%?35%，比表面積200?390m2/kg。真密度：1800?2400kg/m3,視密度（容積密度）520?880kg/m3。活性來(lái)源：游離SiO2和ai2o3,含量越高，活性越高。實(shí)心球形玻璃體含量越高，活性越高。不規(guī)則多孔玻璃體含量越高，需水量大，活性下降。未燃盡碳輕質(zhì)多孔，需水量大，抗壓強(qiáng)度比（%）試驗(yàn)樣品28d抗壓強(qiáng)度比（%）試驗(yàn)樣品28d抗壓強(qiáng)度對(duì)比樣品28d抗壓強(qiáng)度x100%降低強(qiáng)度。由于高溫熔融外殼致密，水化速度較慢，故粉煤灰硅酸鹽水泥強(qiáng)度增進(jìn)率最低。2.用作水泥混合材的粉煤灰的技術(shù)要求：表1用作水泥混合材的粉煤灰的技術(shù)要求（GB1596-91）序號(hào)指標(biāo)I級(jí)II級(jí)序號(hào)指標(biāo)I級(jí)II級(jí)1燒失量（％）,不大于583三氧化硫（％）,不大于332含水量（％）,不大于11428d抗壓強(qiáng)度比（％）,大于7562試驗(yàn)樣品用30%粉煤灰和70%硅酸鹽水泥配成，對(duì)比樣品即硅酸鹽水泥。粉煤灰要求含水量＜1%，細(xì)度方孔篩篩余為5%?7%。試驗(yàn)用硅酸鹽水泥安定性必須合格，28d抗壓強(qiáng)度＞，比表面積290?310m2/kg,石膏摻量（外摻）SO3計(jì)為％?％。粉煤灰的強(qiáng)度作用：粉煤灰中的活性SiO2和AI2O3，與熟料礦物的水化產(chǎn)物——堿性激發(fā)劑Ca（OH）2反應(yīng)，生成水化鋁酸鈣（C3AH6）和水化鋁硅酸鈣組分；其非活性部分和尚未水化部分起填充作用，降低水泥石中水所占有的孔隙，提高水泥石的致密性，提高強(qiáng)度。后摻磨細(xì)粉煤灰：?jiǎn)为?dú)磨細(xì)的粉煤灰可以比與熟料共同粉磨的粉煤灰獲得更細(xì)的粒度，其比表面積可以達(dá)到500?600m2/kg。只要后摻量適宜，不僅比共同粉磨的粉煤灰提高了反應(yīng)速度，生成更多的水化組分，而且有更多、更細(xì)小的顆?？商畛渌嗍紫叮档退鄻?biāo)準(zhǔn)稠度需水量，進(jìn)一步提高水泥石的致密性，提高強(qiáng)度。但摻入量不宜過(guò)多。否則比表面積過(guò)大，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量增高，反而降低強(qiáng)度。粉煤灰與石膏摻量的關(guān)系：礦渣中的AI2O3與CaO在高溫下已形成C3A,故應(yīng)比硅酸鹽水泥多摻石膏。而粉煤灰中的AI2O3則因CaO較低而未形成C3A，且其球形顆粒表面結(jié)構(gòu)致密，盡管有Ca（OH）2和石膏的激發(fā)，水化