钛石膏对水泥减水剂相容性的影响

2020-09-07李经堂郑志龙向丛阳余明江伍小成

水泥工程 2020年2期

李经堂，黄凯，郑志龙，向丛阳，余明江，伍小成

（1.中国葛洲坝集团水泥有限公司，湖北武汉 430073，2.葛洲坝宜城水泥有限公司，湖北襄阳 441419）

0 引言

钛石膏是硫酸法制取钛白粉过程中产生的工业副产物。钛石膏的化学组成及物相结构都具有作为水泥缓凝剂较好的条件[1]。但是由于钛石膏中杂质的影响，使得钛石膏水泥与减水剂的相容性变差。而水泥与减水剂的相容性是水泥的重要使用性能，是水泥供需双方都极为关心的问题。因此，研究钛石膏影响水泥减水剂相容性的主要因素，并提出适当的改性方法，不仅可以缓解日益上涨的天然石膏价格以及石膏资源枯竭对水泥成本的压力，同时可有效解决钛石膏堆放带来的环境问题。为了解决钛石膏减水剂相容性问题，进行了相关试验研究。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

试验所用的主要原材料为葛洲坝宜城水泥有限公司生产的硅酸盐水泥熟料、混合材及钛石膏，原材料的化学成分检测结果见表1。

钛石膏的主要物相是CaSO4·2H2O，且钛石膏的结晶形态较差，其中含有较多的絮状杂质Fe（OH）3[2]。

1.2 试验方法

将水泥熟料、石膏、石灰石、湿煤灰、煤矸石等原材料按比例混合后对试验样品进行检测；水泥标准稠度用水量及凝结时间的测定按GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行；水泥抗折、抗压强度检测按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检测方法》进行；水泥减水剂相容性试验按JC/T 1083—2008《水泥与减水剂相容性试验方法》中的净浆流动度法。

2 钛石膏对水泥物理性能影响的试验分析

试验样品总共6组，水泥熟料、石灰石、湿煤灰及煤矸石掺量固定不变，分别为77%、6%、6%和6%，天然石膏掺量依次降低，钛石膏掺量依次增加，具体试样原料配合比见表2。

表1 原材料的化学成分 %

表2 试样原料配合比 %

2.1 钛石膏对水泥标准稠度及凝结时间的影响

对六组试样进行物理性能检测，结果见表3。从试样的凝结时间可以看出，随着钛石膏掺量的增加，总体趋势是初凝时间和终凝时间都在缩短，与相同掺加量（5%）的天然石膏相比，初凝时间和终凝时间分别缩短了18 min和21 min。随着钛石膏掺量的提高，标准稠度用水量总体呈增加趋势，可能与钛石膏的形态或成分有关；试样的初始流动度不断减小，而损失值则不断增加，这说明钛石膏能够快速溶于水中吸收部分水，同时钛石膏中含有的杂质也会造成水泥相容性变差。随着钛石膏掺量的增加，3d、28 d抗折抗压强度略有增长。与相同掺量的天然石膏（5%）相比，3d、28d抗折强度分别增加0.8 MPa和0.9 MPa，抗压强度分别增加4.1MPa和5.1 MPa。

2.2 钛石膏化学组份对水泥物理性能的影响

将湿钛石膏露置于空气中，烘干混匀破碎后，按照钛石膏和天然石膏的化学分析结果，采用天然石膏模拟钛石膏化学组成，在天然石膏或钛石膏依次递加组分。化学组成模拟钛石膏试验方案见表4。

表3 试样物理性能检测结果

表4 化学模拟钛石膏配料方案 g

按YC公司P·O45.5水泥配比开展小磨试验，试验配料方案见表5。

表5 化学模拟钛石膏小磨试验方案 %

小磨时间为28 min，磨制出的水泥密度为3.030kg/m3，比表面积控制在360m2/kg，检测化学模拟钛石膏水泥物理性能结果见表6。

从C1～C6的检测结果可以看出，掺钛石膏水泥试样的需水量高于天然石膏水泥试样，水泥初凝时间和终凝时间均短于天然石膏试样，早期强度较高。在天然石膏中掺加Fe（OH）3后，试样的流动度下降明显，初始流动度从226mm下降至187mm，减少了39mm，与掺加钛石膏后的试样流动度相近，因此可以看出Fe（OH）3是影响钛石膏水泥减水剂相容性的主要因素。

为进一步探究Fe（OH）3含量对水泥减水剂相容性的影响规律，在天然石膏中分别掺加0%、5%、10%、15%的Fe（OH）3。配料方案见表7，实验结果见表8。