脱硫石膏晶须对水泥石性能的影响研究

　　脱硫石膏是燃煤电厂的副产物，我国2012年产量达6000万t，综合利用率约为86%。脱硫石膏是石膏可再生资源，对其综合利用，有利于环境保护、节约能源和白然资源，符合我国可持续发展战略要求。
　　脱硫石膏主要用于水泥缓凝剂、纸面石膏板、石膏砌块、粉刷石膏和高强石膏等产品，其附水量大、返霜、开裂、耐水差以及低附加值等缺陷制约了脱硫石膏的运用。杨慧先指出掺锻烧石膏水泥的水化产物无明显差别。杨淑珍等研究表明锻烧硬石膏能促进水泥水化和致密水泥石的结构。侯贵华等锻烧石膏由于溶解度低，水化生成较少的AFt，从而延缓AFt对水泥水化，加速整个熟料矿物的水化。目前关于掺石膏晶须水泥性能的研究鲜有报道，本文充分利用石膏晶须在稳定剂处理后，不易水化，难以提供较多的参与生成AFt，从而延缓AFt对水泥水化，促进熟料水化，致密水泥石的结构。通过研究水泥石的力学性能、水化热、孔隙率、断面形貌和水化产物等，分析增韧补强水泥石的机制，以期拓宽高附加值脱硫石膏晶须在建筑领域的应用。
　　1.原材料与实验方法
　　1.1原材料
　　脱硫石膏晶须由江苏省新材料科技有限公司提供，水热法制取，浅黄色粉末状，堆积密度180 g/L，主要成分是CaS040.5H20，晶体呈纤维状，不溶于水;42.5级普通硅酸盐水泥(江苏南京)。
　　2结果与讨论
　　2.1脱硫石膏晶须在不同溶液的水化产物
　　脱硫石膏晶须(CaS040.5H20)在水中可水化为二水硫酸钙，但经过稳定剂YS处理后，能稳定存在水溶液中，将改性后的脱硫石膏晶须浸在水溶液、pH=13的氢氧化钠和饱和氢氧化钙溶液中。改性后的脱硫石膏晶须能稳定存在水溶性中，而在碱性溶液中，在氢氧化钙溶液中石膏晶须1 d就开始水化，部分水化为二水硫酸钙。这可能是稳定剂与石膏晶须反应生成沉淀，覆盖在石膏晶须的表面，通过白身的憎水基团和生成的沉淀阻止水化反应，在碱性溶液中，该沉淀与OH反应生成氢氧化钙，后期大部分石膏晶须水化为二水硫酸钙。由此可见，在碱性溶液中28 d后适量脱硫石膏晶须掺入水泥中可提供部分促进水化，从而宏观上提高力学性能。
　　2.2脱硫石膏晶须对水泥水化热的影响
　　目前，研究水泥水化动力学多数是基于对纯C3s水化动力学研究，一方面是由于水泥成分复杂多变，不利于研究;另一方面C3s在水泥矿物组成中占绝大部分，因此C3s的水化行为一定程度上可反映水泥的水化过程，跟踪测量水泥水化放热过程，是研究水泥水化动力学的重要手段之一。根据C3s水化热曲线特征，通常将其分为水化初期、诱导期、加速期和减速期。
　　改性脱硫石膏晶须对水泥水化的诱导前期、诱导期影响不明显，但可提高水泥水化加速期的反应速率;水泥水化过程中放出的水化热随着脱硫石膏晶须掺量的增加呈现先增加后减少的趋势，当掺量在2%，水化放出的水化放热量最大。这可能是在C3s水化加速期内，适量脱硫石膏晶须在碱性环境下生成较少的AFt，促进水泥水化反应，但晶须掺量过多，会覆盖在水泥的表面和AFt过多，从而减缓水泥的水化作用。
　　3结论
　　(1)改性脱硫石膏晶须能稳定存在水溶液中，但在碱性溶液中，28 d后大部分参与水化。
　　(2)在水中养护条件下适量的改性脱硫石膏晶须(最佳掺量2%)可以显著补强增韧水泥石，3d抗压强度和抗折强度(分别为42.4 MPa和8.3 MPa)较净浆水泥石的提高了33.0%和45.8%; 28 d抗压强度和抗折强度(分别为73.6MPa和14.1 MPa)较净浆水泥石的提高了24.1 %和1.4%.粘结强度和抗冲击功较净浆水泥石提高了16.8%和27.4% 。
　　(3)养护28 d掺2%石膏晶须的水泥石主要水化产物为C-S-H凝胶，水泥石的孔结构较同龄期的净浆水泥石更为致密;未水化的晶须紧紧地穿插于水泥石中，通过裂纹桥接作用提高水泥石的韧性，缓解外力对整体结构的破坏作用，部分水化的参与水泥的水化反应生成适量的钙矶石，可延缓AFt对水泥的水化，加速整个熟料物水化，提高体系的强度。