石膏摻量

石膏摻量

石膏摻量，是指能使水泥凝結時石膏的摻量。水泥中的石膏組分，不僅是起緩凝作用，加入適量時，還起提高水泥強度、特別是早期強度的作用；但加入過多，則會引起安定性不良，造成水泥石體積膨脹、降低強度。

基本介紹

  • 中文名：石膏摻量
  • 外文名：Gypsum content
  • 目的：提高水泥強度
  • 摻量確定：根據矽酸鹽水泥的強度及凝結時間
  • 套用：矽酸鹽水泥生產
簡介,石膏摻量的確定,矽酸鹽水泥的性能,水泥凝結性能與石膏適宜摻量的確定,

簡介

石膏在水泥中成分雖然只占到3%左右甚至更少，但是卻在水泥中扮演著舉足輕重的角色。石膏在水泥中主要是為了延緩水泥的凝結時間，有利於混凝土的攪拌、運輸和施工。水泥中若沒有石膏，混凝土在攪拌過程中就會迅速凝固，導致無法攪拌和施工。
未加石膏的水泥加水拌和之後之所以會發生快凝，主要是由於熟料中的C3A佷快地溶於水中，迅速生成鋁酸鈣水化物。從而使水泥漿體很快凝結。為了避免這種不正常的快凝現象，水泥中一般都需加入適量石膏，以調節水泥的凝結時間。
適量石膏，對水泥熟料的緩凝作用一般認為是由於水泥水化時，石膏很快與C3A及Ca（HO）2發生反應生成難溶於水的水化硫鋁鈣（即鈣礬石C3A·3CaSO4·Ca（HO）2，在C3A粒子表面形成包裹層，阻止了C3A進一步水化，使溶液中鋁酸鹽的溶解度降低，以致鋁酸鈣的水化產物不能分離出來。這樣，對凝結時間起決定作用的將不是C3A，而是反應較慢的C3S膠體溶液自身濃度的增大，從而延緩了水泥的凝結時間。石膏在水泥中成分雖然只占到3%左右甚至更少，但是卻在水泥中扮演著舉足輕重的角色。以下從急凝和假凝來分析石膏對水泥的影響。
當水泥中未摻石膏時，水泥中鋁酸三鈣（C3A）會與水迅速反應，矽酸三鈣（C3S）也會有顯著的水化作用。若C3A含量較高，水泥的比表面積又較大，則有可能產生急凝。水化過程中伴隨顯著的放熱，並且隨後則有水泥漿體的硬化，這就是所謂的急凝。急凝使新拌混凝土失去可塑性，對混凝土的生產極為不利。因此，在水泥粉磨時應加入適宜的石膏量。C3A含量高時，應摻入較多的石膏，但石膏過多反而會產生不良的影響，會使水泥產生假凝現象，甚至會導致水泥的安定性不良。

石膏摻量的確定

石膏適宜的摻量可以使水泥凝結正常、強度高、安定性良好、經濟。水泥中石膏摻量的確定主要由以下幾個方面考慮。

矽酸鹽水泥的性能

水泥加水後，C3A立即發生反應，C3S 和C4AF也很快水化，而C2S則水化較慢。電鏡觀察，可見幾分鐘後在水泥顆粒表面生成鈣礬石(AFt)針狀晶體、無定形的水化矽酸鈣（C-S-H）以及Ca(OH)2或水化鋁酸鈣等六方板狀晶體。由於鈣礬石不斷生長，使液相中SO2－4 離子逐漸減少並在耗盡後，就會有單硫型水化硫鋁（鐵）酸鈣出現(AFm)。如石膏不足，還有C3A和C4AF剩餘，則會生成單硫型水化物、C4 (A , F) H13固溶體、甚至單獨的C4 A H13，而後兩者處於介穩狀態，有逐漸轉變成等軸晶體C3(A , F) H6、C3A H6的趨勢。
水泥水化、硬化可分為三個階段：
1．鈣礬石形成期：C3A率先水化，在石膏存在的條件下，迅速形成鈣礬石晶體；C3S迅速水化析出Ca(OH)2晶體。第一次放熱。晶體開始相互連線、交織形成橋架，開始初凝。
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；鈣礬石晶體長大並初步連線成龐大的空間網架，凝膠體填入網架中孔隙，使水泥漿凝結，強度增加，達到終凝；大量放熱（第二次放熱）。
3．結構形成和發展期：石膏耗盡，三硫型鈣礬石Aft向單硫型水化硫鋁酸鈣Afm轉化，放熱減緩、趨於穩定，生成一系列水化產物；水化產物不斷増加並填入由水所占有的孔隙中，逐漸連線、相互交織、結構趨於緻密，強度不斷增長，發展成硬化的水泥漿體。

水泥凝結性能與石膏適宜摻量的確定

1.水泥凝結：標誌著水泥漿體失去流動性而具有一定的塑性強度。
(1)凝結時間：初凝時間與C3A、C4AF水化及 C3S 開始迅速水化（初步形成橋架）有關；終凝則由水泥顆粒被水化矽酸鈣完全覆蓋決定（形成龐大網架且網架內填充增多）。凝結時間還因K2O、Na2O、加水量（水大慢凝但強度低）、溫度、細度等而變化。
(2)石膏的作用及緩凝機理：
石膏的作用是：調節凝結時間，提高早期強度，還能降低水泥石乾縮變形，改善耐蝕、抗凍、抗滲性等，在礦渣水泥中可作激發劑，起增強作用。
石膏的緩凝機理是：水化的C3A在石膏、飽和Ca(OH)2溶液中形成鈣礬石,長在水泥顆粒表面上,成為一層薄膜，封閉了水泥顆粒，阻止水的進入，延緩了C3A的水化。當表面結晶壓力達到一定值後，將薄膜局部脹裂，水又進入
薄膜，與水泥顆粒繼續水化，又封閉、脹裂，反覆進行。因此，緩凝是鈣礬石薄膜阻水的結果。
緩凝時間與石膏摻量不成正比，當
中SO32 .5%時緩凝作用不再顯著，卻會因水泥石結硬後尚存有石膏繼續與C3A形成鈣礬石造成膨脹破壞。我國一般取1.5%~2.5% 之間。國標規定通用矽酸鹽水泥的SO3不超過3.5%（礦渣矽酸鹽泥的SO3不超過4.0%）。
2.石膏適宜摻量：石膏適宜摻量難以精確計算，應以24小時石膏剛好SO3耗盡為宜。通常用試驗方法確定：即將同一熟料按不同石膏摻加量磨至相同細度，分別測凝結時間與強度,確定石膏適宜摻量。以初凝和終凝適宜、3d和28d強度最高為石膏最佳摻量。
石膏適宜摻量與熟料礦物組成、鹼含量、混合材中Al2O3含量和細度有關。熟料中C3A高時石膏應多摻；混合材中Al2O3含量高時石膏應多摻；水泥細時石膏也應多摻；熟料中含鹼高時，鹼（Na2O、K2O）的水化物析出NaOH、KOH，然後再與石膏作用生成Na2SO4 、K2SO4和Ca(OH)2，要消耗一部分石膏, 石膏也應多摻，還有人認為K2SO4還會進一步與石膏生成鉀石膏（K2SO4CaSO4H2O），還要消耗一部分石膏,故石膏還應再多摻；熟料中SO3高時石膏應少摻，混合材中SO3高時一般情況下石膏也應少摻。
除二水石膏外，天然硬石膏和化工副產品石膏也可作緩凝劑。儘管硬石膏溶解度比二水石膏大，不過它的溶解速度很慢，為滿足緩凝要求，其加入量以SO3計，一般要比二水石膏適當增加。有些廠兩種石膏混合使用效果也很好。化工副產品石膏中含有少量游離酸，會使凝結時間過長，應純化處理（洗滌或用鹼性物質中和）才能很好利用。

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