天然硬石膏水化硬化及活性激發(fā)研究.pdf

1、我國(guó)石膏資源以硬石膏為主，且品位高，分布廣，其儲(chǔ)量居世界第一。硬石膏溶解度大于二水石膏，其水化反應(yīng)是熱力學(xué)自發(fā)過(guò)程，即硬石膏具備膠凝性。但硬石膏結(jié)構(gòu)致密、溶解緩慢、水化活性很低，大多數(shù)作為廢棄物拋棄，不僅占用土地，增加費(fèi)用，而且造成環(huán)境污染?；钚约ぐl(fā)是硬石膏資源化成效的關(guān)鍵。
　　 通過(guò)硬石膏水化率、水化溫升、粒度分析、SEM、XRD微結(jié)構(gòu)分析、液相離子濃度測(cè)定等，結(jié)合宏觀性能試驗(yàn)，對(duì)硬石膏水化硬化歷程、pH值、溫度和雜質(zhì)對(duì)其性

2、能影響、粉磨、煅燒物理活化、助磨劑助磨分散作用、硫酸鹽激發(fā)作用及其作用機(jī)理、非硫酸鹽激發(fā)作用、無(wú)機(jī)活性材改性、膠結(jié)材配制進(jìn)行了系統(tǒng)、深入研究。
　　 天然硬石膏水化硬化緩慢，其水化始終在低飽和度下進(jìn)行，這是導(dǎo)致硬石膏水化程度低、晶體粗大、接觸點(diǎn)少、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度低的主要原因。pH值為酸性條件下溶液的過(guò)飽和度最大，有利于硬石膏的水化和結(jié)晶，其水化率和強(qiáng)度均較高。提高水化溫度將使硬石膏溶解度降低，導(dǎo)致過(guò)飽和度降低，水化率減小，中后

3、期尤其明顯。硬石膏中含有的二水石膏在水化早期可快速溶解提高漿體的初始過(guò)飽和度，并起到晶種作用，對(duì)析晶有利，但后期影響不大。Na、Al等可溶性鹽雜質(zhì)快速溶解，因?yàn)殛?yáng)離子的溶劑化效應(yīng)，且提高了液相中SO42-濃度和過(guò)飽和度，因此可加速硬石膏的水化。
　　 隨著比表面積的增大，硬石膏晶粒細(xì)化，晶體形貌有所改善，水化程度提高，硬化體的強(qiáng)度提高。但細(xì)度越大，粉磨能耗也越大，其水化需水量增加，強(qiáng)度降低。因此硬石膏的細(xì)度不宜過(guò)大，以450～5

4、00 m2/kg之間為宜。FDN具有較好助磨分散和減水增強(qiáng)作用，適宜摻量為0.5％，可作為必備組分助磨劑使用。
　　 煅燒可顯著提高硬石膏的溶解水化活性，其中的CaSO4·2H2O脫水生成β-CaSO4·1/2H2O，快速水化后生成的二水石膏晶體對(duì)硬石膏的水化產(chǎn)生晶種誘導(dǎo)效應(yīng)，同時(shí)CaSO4·2H2O、MgCO3和CaCO3等礦物發(fā)生分解，使硬石膏結(jié)構(gòu)松弛，易磨性提高，比表面積增大，促進(jìn)了硬石膏的溶解，提高了液相過(guò)飽和度，硬石膏

5、水化進(jìn)程明顯加快，水化率增大，強(qiáng)度提高。煅燒溫度以150℃為宜。
　　 硫酸鹽激發(fā)劑使硬石膏溶解速率明顯加快，凝結(jié)時(shí)間顯著縮短，水化率顯著提高，水化放熱集中，水化溫度升高，硬石膏水化進(jìn)程大大加快，硬化體強(qiáng)度成倍提高，是硬石膏活性激發(fā)的高效激發(fā)劑。硫酸鹽促進(jìn)硬石膏溶解，抑制了二水石膏溶解；提高二水石膏析晶過(guò)飽和度，使二水石膏晶體成核與生長(zhǎng)速率加快，晶體尺寸細(xì)化，晶體間相互搭接增強(qiáng)，硬化體強(qiáng)度顯著提高；形成富SO42-液相，有利于二

6、水石膏晶體結(jié)構(gòu)基元的形成，增加二水石膏晶體成核中心，改變了二水石膏晶體生長(zhǎng)習(xí)性；削弱溶劑水的氫鍵作用，使其溶解能力提高。硫酸鹽也會(huì)增長(zhǎng)硬石膏體積膨脹，體積穩(wěn)定性下降，并且會(huì)出現(xiàn)返霜、起泡等不利影響。大多數(shù)復(fù)合激發(fā)劑激發(fā)效果優(yōu)于單獨(dú)激發(fā)，尤其以3％煅燒明礬和1％Na2SO4復(fù)合激發(fā)的效果最好，但存在后期膨脹的負(fù)面影響。
　　 Na2C2O4是硬石膏高效激發(fā)劑，對(duì)硬石膏膨脹有一定抑制作用，其適宜摻量在2％以內(nèi)。Na2C2O4、K2C

7、r2O7、Na2SiO3等非硫酸鹽除了陽(yáng)離子的溶劑化效應(yīng)外，陰離子與Ca2+反應(yīng)，生成難溶鹽，形成富SO42-濃度的液相，促進(jìn)了硬石膏溶解，使硬石膏凝結(jié)時(shí)間縮短、水化熱集中，水化率提高、水化進(jìn)程加快，硬化體結(jié)構(gòu)致密，晶體細(xì)化，硬化體強(qiáng)度提高。
　　 SO42-對(duì)二水石膏晶體成核與生長(zhǎng)的影響明顯大于Ca2+，凡是能形成富SO42-液相組成提高液相過(guò)飽和度的可溶鹽對(duì)硬石膏水化活性具有較好的激發(fā)作用。
　　 硬石膏水化過(guò)程與礦