毒重石作水泥混合材的研究*

刘，，

（西南科技大学，四川省先进建筑材料重点实验室，四川绵阳621010）

研究 开发

毒重石作水泥混合材的研究*

刘煦，吕淑珍，霍冀川

（西南科技大学，四川省先进建筑材料重点实验室，四川绵阳621010）

结合毒重石质量优、易加工、生产成本低及吸收X射线、γ射线等特点，制备了以普通硅酸盐水泥熟料为主要原料，毒重石作水泥混合材，辅以适量石膏的水硬性胶凝材料。考察了毒重石掺量对水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性、不同龄期机械强度以及辐射屏蔽能力的影响。结果表明：毒重石对普通硅酸盐水泥熟料具有一定的缓凝作用；毒重石本身参与水化的能力很差，在水泥中基本上是作为非活性掺和材料，主要起填料的作用；毒重石水泥具有一定的辐射屏蔽能力，且随着毒重石掺量的增加，水泥的屏蔽效果增强。

毒重石；凝结时间；机械强度；辐射屏蔽

毒重石是除重晶石（barite）外自然界中存在的另一种主要含钡矿物，具有密度大、硬度低、吸收X射线和γ射线等特性，广泛应用于油气钻探、化工、轻工、冶金、建材、医药等行业，是制备化工产品的优质含钡原料［1-7］，但在水泥行业应用很少。基于毒重石质量优、易加工及成本低等特点［8-9］，笔者将其用作水泥混合材，研究其对水泥物理性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料

水泥熟料、石膏来自川煤广旺集团，毒重石来自城口新枞富矿。实验配方各组分化学组成见表1。

1.2 实验方法

毒重石水泥配方见表2。水泥净浆标准稠度用水量、凝结时间、安定性的测定按照GB/T 1346— 2001进行，机械强度的测定按照GB/T 17671—1999进行，放射性屏蔽效果测定按照GB 6566—2001进行。

2 结果与讨论

2.1 物理性能测试结果

按照表2配料，测得水泥物理性能指标见表2。从表2可见：当毒重石掺量（质量分数，下同）达到70%时，水泥安定性已不合格；随着毒重石掺量的增加，水泥标准稠度用水量逐渐减少；随着毒重石掺量的增加，水泥凝结时间先增加后减少，且和空白样相比含毒重石样品的凝结时间均大大延长，延长时间最长为毒重石掺量为20%（A3），此时初凝时间延长了177 min，终凝时间延长了227 min。这说明毒重石在掺石膏的水泥体系中具有缓凝作用。

从表2看到，随着龄期的增长，相应强度有所增加，这可能是水泥熟料中的矿物不断水化，使水化产物不断增多造成的。但是无论是水化3 d还是28 d，随着毒重石掺量的增加，水泥的抗压、抗折强度都大幅降低，特别是抗压强度，并且水化时间越长强度降低得越快。这可能是由于：一方面随着毒重石掺量增多，水泥熟料质量分数逐渐减少，导致C3S、β-C2S、C3A、C4AF等矿物减少；另一方面毒重石参与水化能力很差，或者说水泥熟料的水化产物对于毒重石没有激发作用，毒重石在水泥中基本上是作为非活性掺和材料，主要起填料作用。

2.2 防辐射效果测试结果

辐射屏蔽效果测试结果见表2。从表2可以看出，毒重石掺量越高，防辐射效果越明显，这主要是由于毒重石中含有大量钡元素。γ射线透过物质时，与物质相互作用可以产生3种主要效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应［10-11］。当射线通过毒重石时，对于任何一种效应，只要发生一次，则γ射线或者被全部吸收，或者损失部分能量后改变其运动方向。也就是说，只要发生一次相互作用，具有原来特性（能量和运动方向）的γ射线就不复存在，或者说原来的γ射线被物质吸收，或者能量衰减后传递。因此，毒重石作水泥混合材制成的水泥具有一定的防辐射效果，可以屏蔽一定的有害放射性射线。

表2 毒重石水泥配方及物理性能、防辐射效果检验结果

3 结论

毒重石对水泥具有一定的缓凝作用。当毒重石掺量为20%时凝结时间最长，初凝时间延长177 min，终凝时间延长277 min。随着毒重石掺量的增加，水泥的抗压、抗折强度迅速减小。毒重石作水泥混合材制成的水泥具有一定的防辐射效果，且随着毒重石掺量的增加防辐射效果增强。

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Study on witherite as admixture of cement

Liu Xu，Lü Shuzhen，Huo Jichuan
（Key Laboratory for A dvanced Building Materials of Sichuan Province，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China）

Combining witherite′s characteristics，such as high quality，easy-processing，low production cost，absorbing X ray and γ ray etc.，hydraulic cementing material was prepared by using ordinary portland cement clinker as main material，witherite as admixture，and proper amount of gypsum as excipients.Influences of different witherite doping contents on water requirement of normal consistency，setting time，soundness，mechanical strength，and radiation shield performance of the cement were investigated.Results showed that witherite had some retarding effect on the Portland cement clinker.However，the ability of witherite to participate in hydration of cement clinker was so poor that it was basically being an inactive admixture and played a role of filler in cement.Cement based materials with witherite as admixture had certain radiation shield ability，and the radiation shielding effect was more apparent as the content of witherite increased.

witherite；setting time；mechanical strength；radiation shield

TQ132.35

：A

：1006-4990（2012）06-0012-02

2012-01-18

刘煦（1985—），女，在读硕士，已公开发表论文1篇。

四川省先进建筑材料重点实验室开放基金资助项目（08zxxk09）。

联系人：吕淑珍

联系方式：lvshuzhen@swust.edu.cn