鈦石膏對水泥減水劑相容性的影響

李經堂，黃 凱，鄭志龍，向叢陽，余明江，伍小成

（1.中國葛洲壩集團水泥有限公司，湖北 武漢 430073，2.葛洲壩宜城水泥有限公司，湖北 襄陽 441419）

0 引言

鈦石膏是硫酸法制取鈦白粉過程中產生的工業副產物。鈦石膏的化學組成及物相結構都具有作為水泥緩凝劑較好的條件[1]。但是由于鈦石膏中雜質的影響，使得鈦石膏水泥與減水劑的相容性變差。而水泥與減水劑的相容性是水泥的重要使用性能，是水泥供需雙方都極為關心的問題。因此，研究鈦石膏影響水泥減水劑相容性的主要因素，并提出適當的改性方法，不僅可以緩解日益上漲的天然石膏價格以及石膏資源枯竭對水泥成本的壓力，同時可有效解決鈦石膏堆放帶來的環境問題。為了解決鈦石膏減水劑相容性問題，進行了相關試驗研究。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

試驗所用的主要原材料為葛洲壩宜城水泥有限公司生產的硅酸鹽水泥熟料、混合材及鈦石膏，原材料的化學成分檢測結果見表1。

鈦石膏的主要物相是CaSO4·2H2O，且鈦石膏的結晶形態較差，其中含有較多的絮狀雜質Fe（OH）3[2]。

1.2 試驗方法

將水泥熟料、石膏、石灰石、濕煤灰、煤矸石等原材料按比例混合后對試驗樣品進行檢測；水泥標準稠度用水量及凝結時間的測定按GB/T 1346—2001《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行；水泥抗折、抗壓強度檢測按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢測方法》進行；水泥減水劑相容性試驗按JC/T 1083—2008《水泥與減水劑相容性試驗方法》中的凈漿流動度法。

2 鈦石膏對水泥物理性能影響的試驗分析

試驗樣品總共6組，水泥熟料、石灰石、濕煤灰及煤矸石摻量固定不變，分別為77%、6%、6%和6%，天然石膏摻量依次降低，鈦石膏摻量依次增加，具體試樣原料配合比見表2。

表1 原材料的化學成分 %

表2 試樣原料配合比 %

2.1 鈦石膏對水泥標準稠度及凝結時間的影響

對六組試樣進行物理性能檢測，結果見表3。從試樣的凝結時間可以看出，隨著鈦石膏摻量的增加，總體趨勢是初凝時間和終凝時間都在縮短，與相同摻加量（5%）的天然石膏相比，初凝時間和終凝時間分別縮短了18 min和21 min。隨著鈦石膏摻量的提高，標準稠度用水量總體呈增加趨勢，可能與鈦石膏的形態或成分有關；試樣的初始流動度不斷減小，而損失值則不斷增加，這說明鈦石膏能夠快速溶于水中吸收部分水，同時鈦石膏中含有的雜質也會造成水泥相容性變差。隨著鈦石膏摻量的增加，3d、28 d抗折抗壓強度略有增長。與相同摻量的天然石膏（5%）相比，3d、28d抗折強度分別增加0.8 MPa和0.9 MPa，抗壓強度分別增加4.1MPa和5.1 MPa。

2.2 鈦石膏化學組份對水泥物理性能的影響

將濕鈦石膏露置于空氣中，烘干混勻破碎后，按照鈦石膏和天然石膏的化學分析結果，采用天然石膏模擬鈦石膏化學組成，在天然石膏或鈦石膏依次遞加組分。化學組成模擬鈦石膏試驗方案見表4。

表3 試樣物理性能檢測結果

表4 化學模擬鈦石膏配料方案 g

按YC公司P·O45.5水泥配比開展小磨試驗，試驗配料方案見表5。

表5 化學模擬鈦石膏小磨試驗方案 %

小磨時間為28 min，磨制出的水泥密度為3.030kg/m3，比表面積控制在360m2/kg，檢測化學模擬鈦石膏水泥物理性能結果見表6。

從C1～C6的檢測結果可以看出，摻鈦石膏水泥試樣的需水量高于天然石膏水泥試樣，水泥初凝時間和終凝時間均短于天然石膏試樣，早期強度較高。在天然石膏中摻加Fe（OH）3后，試樣的流動度下降明顯，初始流動度從226mm下降至187mm，減少了39mm，與摻加鈦石膏后的試樣流動度相近，因此可以看出Fe（OH）3是影響鈦石膏水泥減水劑相容性的主要因素。

為進一步探究Fe（OH）3含量對水泥減水劑相容性的影響規律，在天然石膏中分別摻加0%、5%、10%、15%的Fe（OH）3。配料方案見表7，實驗結果見表8。

表6 化學模擬摻鈦石膏水泥物理性能檢測結果

表7 Fe（OH）3摻量對水泥流動度影響試驗方案 %

表8 Fe（OH）3摻量對水泥流動度影響試驗結果

從試驗結果可以看出，隨著石膏中Fe（OH）3的含量的上升，試樣的初始流動度逐漸下降，經時損失值逐漸上升。可以看出，Fe（OH）3是影響鈦石膏水泥減水劑相容性的主要影響因素，且隨著Fe（OH）3含量的升高，相容性逐漸變差。

3 結語

（1）對于P·O42.5復合硅酸鹽水泥而言，隨著鈦石膏摻量的增加，凝結時間縮短，標準稠度需水量增加，強度增加，水泥相容性變差。

（2）Fe（OH）3是影響鈦石膏水泥物理性能的主要影響因素，隨著Fe（OH）3含量的升高，水泥減水劑相容性逐漸變差。