１试验
１．１原材料
熟料：采用华新水泥厂的新型干法熟料（石膏外掺），其物理力学性能见表１；硬石膏：其化学成分见表２；脱硫渣：采用武钢的干法烟气脱硫渣，其化学成分见表３；粉煤灰：采用青山热电厂的二级粉煤灰；矿粉：取自武钢粉磨厂，其ＳＯ３含量为０．３５％；标准砂：采用的标准砂是厦门ＩＳＯ标准砂。
１．２方法
水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性检验按照ＧＢ／Ｔ１３４６—２００１《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》［６］进行。水泥胶砂流动度按照ＧＢ／Ｔ２４１９—１９９９《水泥胶砂流动度测定方法》［７］进行。水泥胶砂强度按照ＧＢ／Ｔ１７６７ｌ—１９９９《水泥胶砂强度检验方法》［８］进行。水泥胶砂干缩试验按照ＪＣ／Ｔ６０３—２００４《水泥胶砂干缩试验方法》［９］进行。
１．３试验配合比
试验中控制熟料掺量为３５％，矿粉掺量为３０％，通过调节脱硫渣和硬石膏掺量，探讨了脱硫渣及硬石膏掺量的变化对复合水泥性能的影响规律。其中，在脱硫渣和硬石膏复掺试验中，脱硫渣与硬石膏中所含ＳＯ３比例为１∶１。
２结果与讨论
２．１硬石膏（未掺脱硫渣）对水泥性能的影响
从Ａ－１到Ａ－３的试验结果中可以看出：随着石膏掺量的增加，水泥标准稠度用水量逐渐增大；水泥的凝结时间有所延长，ＳＯ３含量的变化从３．０％～４．０％，水泥初凝时间增加近６０ｍｉｎ，终凝时间增加近３０ｍｉｎ；此外，每组水泥的初凝和终凝时间相差６０ｍｉｎ左右。作出水泥各龄期力学强度随石膏掺量变化趋势图，见图１。从图１中可知，该组水泥试样的３ｄ和２８ｄ的抗折强度均随着硬石膏掺量的增加而逐渐增大，其抗压强度与抗折强度有着相同的规律。
２．２脱硫渣（未掺硬石膏）对水泥性能的影响
从Ｂ－１到Ｂ－３的试验结果中可以看出：随着脱硫渣掺量的增加，水泥的标准稠度用水量呈逐渐增大的趋势，水泥凝结时间也逐渐延长，同样，ＳＯ３含量的变化从３．０％～４．０％，水泥的初凝及终凝时间均增加近１５０ｍｉｎ；此外，每组水泥的初凝和终凝时间差达到１８０ｍｉｎ左右。与Ａ－１到Ａ－３的试验结果对比发现，ＳＯ３含量相同两组试验，掺脱硫渣的水泥试样的标准稠度用水量、初凝及终凝时间均要大于掺硬石膏的水泥试样，并且随着ＳＯ３含量的增加，水泥凝结时间延长的幅度也随之加大。当ＳＯ３含量都为３．０％时，两者初凝相差１０ｍｉｎ，终凝相差１３１ｍｉｎ；ＳＯ３含量都为３．５％时，两者初凝相差２５ｍｉｎ，终凝相差１３７ｍｉｎ；ＳＯ３含量都为４．０％时，两者初凝相差１０３ｍｉｎ，终凝相差２４１ｍｉｎ。由此可见，脱硫渣能够明显延缓水泥的凝结时间，并且其缓凝效果要强于硬石膏。脱硫渣对水泥的缓凝作用，增大了水泥初凝和终凝的时间间隔，并且合理掺量的脱硫渣对水泥的缓凝效果能满足相应规范对水泥凝结时间的要求。作出水泥各龄期力学强度随脱硫渣掺量变化趋势图，见图２。从图２中可知，该组水泥试样３ｄ抗折、抗压强度随着脱硫渣掺量的增加先降低后增大，而２８ｄ抗折、抗压强度则逐渐增大，并且２８ｄ强度值比较接近，脱硫渣掺量从９．２％增加到１３．７％，２８ｄ抗压强度提高了６．０１％。但与Ａ－１到Ａ－３的试验结果对比可发现，相同ＳＯ３含量的两组试验，掺有脱硫渣的水泥试样的３ｄ抗折、抗压强度均低于掺硬石膏的水泥试样。与Ａ－１试样相比，Ｂ－１试样的３ｄ抗折、抗压强度分别降低１１．１％和１０．９％；与Ａ－２试样相比，Ｂ－２试样的３ｄ抗折、抗压强度分别降低３４．１％和４０．２％；与Ａ－３试样相比，Ｂ－３试样的３ｄ抗折、抗压强度分别降低３８．６％和４３．２％；然而掺有脱硫渣的水泥试样２８ｄ抗压强度值却偏高，与Ａ－１试样相比，Ｂ－１试样的２８ｄ抗压强度提高了３６．２％；与Ａ－２试样相比，Ｂ－２试样的２８ｄ抗压强度提高了３２．８％；与Ａ－３试样相比，Ｂ－３试样的２８ｄ抗压强度提高了１８．６％。由此可见，与硬石膏相比，脱硫渣的掺入对水泥早期强度的发展不利，且随着脱硫渣掺量的增加，３ｄ强度降幅增大；但脱硫渣有利于水泥后期抗压强度的增长。
２．３脱硫渣和硬石膏复掺对水泥性能的影响
从Ｃ－１到Ｃ－３的实验结果中可以看出：随着ＳＯ３含量的增加，水泥试样的标准稠度用水量逐渐增大，但水泥凝结时间相近，变化不明显，水泥初凝时间将近１０ｈ，终凝时间到达１２ｈ左右，水泥凝结时间明显偏长。由此说明脱硫渣与石膏复掺时会出现更强的缓凝效果，水泥凝结时间大幅延长。作出水泥各龄期力学强度随ＳＯ３含量变化趋势图，见图３。从图３中可知，该组水泥试样３ｄ抗折、抗压强度随着ＳＯ３含量的增加先降低后增大，２８ｄ抗折强度逐渐增大，２８ｄ抗压强度却逐渐降低。但是，在相同ＳＯ３含量的情况下，与Ａ组实验进行比较发现，其变化规律与Ｂ组和Ａ组比较结果的变化规律相似，即Ｃ组水泥试样３ｄ强度低于Ａ组试样，但２８ｄ抗压强度仍然高于Ａ组试样；与Ａ－１试样相比，Ｃ－１试样的２８ｄ抗压强度提高了４５．２％；与Ａ－２试样相比，Ｃ－２试样的２８ｄ抗压强度提高了３６．２％与Ａ－３试样相比，Ｃ－３试样的２８ｄ抗压强度提高了１３．２％。通过上述分析可知，脱硫渣和硬石膏进行复掺，使复合水泥的凝结时间大幅延长，其凝结时间已经不能满足复合水泥对凝结时间的要求，但其对水泥强度的影响规律和单掺脱硫渣的水泥类似。因此，两者复掺主要对水泥的凝结时间影响较大，可能是由于两者掺配比例不合理的原因。
２．４脱硫渣对水泥干缩性能的影响
为了研究脱硫渣对水泥干缩性能的影响，本次试验中选取Ａ－１、Ｂ－１、Ｂ－２及Ｂ－３四组配比，测定了水泥砂浆的不同龄期的干缩率，试验结果见图４。从图４中可以看出，４组水泥试样的干缩率均随着龄期的增加而增大，在养护的初期阶段，水泥干缩率的增长速率较快，养护１４ｄ后，水泥干缩率的增长速率降低；比较Ａ－１和Ｂ－１可知，在相同ＳＯ３含量的情况下，掺有脱硫渣的水泥试样在各龄期的干缩率均低于掺硬石膏的水泥试样；从Ｂ－１到Ｂ－３可看出，水泥试样各龄期的干缩率随着脱硫渣掺量的增加而降低。由此可见，脱硫渣的掺入能明显改善水泥的干缩性能，且随着脱硫渣掺量的增加，改善效果越好。
２．５脱硫渣对水泥缓凝及补偿收缩效应机理分析
脱硫渣中Ｃａ（ＯＨ）２的含量较高，这使水泥在水化初始即形成Ｃａ（ＯＨ）２的高度过饱和液相，对钙矾石生成影响最大的Ｃａ２＋、ＯＨ－浓度与普通水泥相比要大的多，在水化初始形成钙矾石的诸离子的溶度积Ｋ即超过了形成钙矾石所需的临界值Ｋｓｐ，钙矾石的析晶速率更快，晶体尺寸更小，生成更具有屏蔽作用的胶体状钙矾石覆盖在水泥颗粒表面，延缓了水泥特别是Ｃ３Ａ的水化［１０］。而ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ与Ｃ３Ａ体系在纯水中水化３０ｍｉｎ时即可生成胶体状的Ｃ３Ａ·ＣａＳＯ３·１１Ｈ２Ｏ覆盖在Ｃ３Ａ的表面，也可能造成Ｃ３Ａ在开始之初水化延缓。由于脱硫渣中同时含有硫酸钙和亚硫酸钙这两种物质，可能由于两者的双重作用效果，使得脱硫渣的缓凝效果要强于硬石膏。袁润章等人研究了矿渣在不同介质下呈现出水硬活性的能力，矿渣通常只有在ｐＨ值大于１２的碱性环境下才能呈现出一定的胶凝能力，同时ＣａＳＯ４和Ｃａ（ＯＨ）２共同作用下对矿渣的激发效果比Ｃａ（ＯＨ）２单独激发的效果更加显著［１１］。脱硫渣中含有大量的Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＳＯ４等活性激发组分，在大幅度提高水泥水化液相碱含量的同时，不仅可以促进矿渣和粉煤灰活性更早地被激发，还能大大提高矿渣和粉煤灰的二次水化反应程度，进而提高水泥后期强度增长率［１２］。通过掺入脱硫渣能促进水泥水化过程中钙矾石晶体的生成，通过钙矾石的吸水肿胀和结晶膨胀作用来达到微膨胀的作用，显著改善水泥的收缩和抗裂性能。
３结论
ａ．脱硫渣与硬石膏相比，比表面积较大，需水量多。ｂ．脱硫渣对复合水泥的缓凝效果要好于硬石膏，其缓凝时间能满足复合水泥对凝结时间的要求，脱硫渣能够取代硬石膏用做水泥缓凝剂。但将两者复掺时，复合水泥的凝结时间却大幅延长，其缓凝时间不能满足复合水泥对凝结时间的要求，两者复掺比列还需进一步研究。ｃ．脱硫渣对复合水泥早期强度影响不利，却能提高水泥后期强度的增长率；在ＳＯ３含量相同时，Ｂ组水泥试样（脱硫渣掺量９．２％～１３．７％）与Ａ组相比，３ｄ抗压强度下降１０．９％～４３．２％，而２商业经济论文８ｄ抗压强度提高了１８．６％～３６．２％。ｄ．在合理掺量范围内，脱硫渣的掺入能明显改善复合水泥的干缩性能，且随着脱硫渣掺量的增加，改善效果越好。
作者：拓守俭 单位：武汉理工大学
