金征

（常州市建筑材料研究所有限公司，江蘇 常州 213161）

0 前言

近年來，建筑裝飾材料市場悄然發(fā)生著巨大的變化，石膏基建筑材料由于其微膨脹、快凝早強(qiáng)等優(yōu)良特性，市場需求量與日俱增。在當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)保態(tài)勢下，天然石膏礦的管控日趨嚴(yán)格，石膏基建筑材料多采用工業(yè)副產(chǎn)石膏為主要原料[1-3]。在各種工業(yè)副產(chǎn)石膏中，鈦石膏中由于含有 Fe (OH)3凝膠，具有粘度大、含水量高、顏色深等特點(diǎn)，目前的綜合利用率僅為10% 左右，是利用率最低的副產(chǎn)石膏之一[4]。與鈦石膏類似，鋼渣由于早期活性低、易磨性差、安定性不良等缺點(diǎn)，成為綜合利用率最低的工業(yè)廢渣之一[5]，其綜合利用率為10% 左右，與鈦石膏相當(dāng)。

武漢理工大學(xué)的林宗壽等將磷石膏、礦渣、堿性激發(fā)劑復(fù)合，制備出可耗用大量磷石膏的過硫磷石膏礦渣水泥[6-8]。與磷石膏相比，鈦石膏中沒有導(dǎo)致水泥凝結(jié)時(shí)間異常的磷酸鹽，且含有一定量可作為堿性激發(fā)劑的Ca(OH)2，以鈦石膏為主要原料，使用堿度高的鋼渣作為堿性激發(fā)劑，制備公路穩(wěn)定碎石，可以解決鈦石膏脫水難的問題，使綜合利用率低的工業(yè)固廢得到良好地利用，并且可以大幅度降低公路穩(wěn)定碎石的制備成本。

1 原材料

（1）水泥：盤固 P·O42.5水泥，28d 水泥強(qiáng)度為48.8MPa。

（2）礦粉：友邦 S95，比表面積425m2/kg，28d 活性指數(shù)99%。

（3）鋼渣粉：南鋼嘉華，比表面積505m2/kg。

（4）鈦石膏：江南鈦白廠，含水率25%～30%。

以上材料化學(xué)組成見表1。

（5）級配碎石：公稱粒徑0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～26.5mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 鈦石膏摻量對過硫水泥強(qiáng)度的影響

表1 水泥、礦粉、鋼渣粉和鈦石膏的化學(xué)組成 %

參照過硫磷石膏礦渣水泥的制備方法，采用5% 的P·O42.5水泥作為激發(fā)劑，調(diào)節(jié)鈦石膏（干基）與礦粉的比例（兩者比例為1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4），檢測過硫鈦石膏水泥的力學(xué)性能，具體試驗(yàn)方法為首先檢測鈦石膏的含水率，按膠砂成型用水量為225mL（水膠比0.5）補(bǔ)充拌合用水，使用強(qiáng)力攪拌機(jī)攪拌10min 成均勻料漿，向料漿中加入礦粉、水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂，攪拌、振實(shí)、成型、養(yǎng)護(hù)。測試結(jié)果見表2。

表2 過硫鈦石膏礦渣水泥的力學(xué)性能測試結(jié)果

結(jié)果表明，鈦石膏系膠凝材料的抗壓強(qiáng)度隨著鈦石膏的摻量增大先增加后減小，當(dāng)鈦石膏與礦粉的比例為4:6時(shí)，過硫鈦石膏礦渣水泥的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高值，28d 抗壓強(qiáng)度接近32.5MPa。由于過硫水泥的強(qiáng)度源自礦粉和水泥中的鋁相（和鐵鋁相）礦物與鈦石膏中的硫酸根反應(yīng)生成的鈣礬石以及在堿激發(fā)作用下形成的C-S-H 凝膠，該膠凝體系的水化反應(yīng)產(chǎn)物主要為 AFt、C-S-H 和過量 CaSO4·2H2O。當(dāng)鈦石膏比例較低時(shí)，硫酸根含量不足導(dǎo)致鈣礬石的生成量較低，較弱的堿激發(fā)作用下形成的 C-S-H 凝膠量較少；當(dāng)鈦石膏比例較高時(shí)，過剩的 CaSO4·2H2O 量增多，而可供反應(yīng)的鋁相（和鐵鋁相）礦物不足，過硫水泥的強(qiáng)度下降。

2.2 鋼渣粉摻量對過硫水泥強(qiáng)度的影響

礦粉具有良好的水化活性和抗化學(xué)侵蝕性能，是一種優(yōu)質(zhì)的輔助性膠凝材料，2003年礦渣即從工業(yè)廢棄物的名錄中刪除，目前已成為一種緊俏的資源，價(jià)格始終居高不下。與礦粉相比，鋼渣依然是一種綜合利用率極低的工業(yè)固廢，在組成上，鋼渣具有較高的堿度、部分“死燒”的 C3S 和 C2S 以及一定量的鋁相礦物，將鋼渣粉作為礦粉的替代原料（取代比例為10%、20%、30%、40%、50%、60%），保持鈦石膏與礦粉（礦粉+鋼渣粉）的比例為4:6，檢測過硫水泥的力學(xué)性能，結(jié)果見表3。

表3 鋼渣粉摻量對過硫水泥強(qiáng)度的影響

結(jié)果表明，當(dāng)鋼渣粉的摻量為10% 時(shí)，過硫水泥的抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)有一定程度的提高，28d 抗壓強(qiáng)度超過32.5MPa，與32.5水泥強(qiáng)度相當(dāng)，此后隨著鋼渣粉摻量的提高，過硫水泥的強(qiáng)度逐步下降。其原因可能是鋼渣粉摻量較低時(shí)，其較高的堿度起到了很好的激發(fā)作用，使膠凝材料體系的強(qiáng)度提升，但由于其水化活性遠(yuǎn)低于礦粉，鋼渣粉取代礦粉后使得過硫水泥的力學(xué)性能下降。

2.3 過硫鈦石膏礦渣水泥在公路穩(wěn)定碎石中的應(yīng)用

按照上述試驗(yàn)結(jié)果，過硫鈦石膏中的物料比例為 P·O42.5水泥5%，鈦石膏和礦粉的混合料為95%（其中鈦石膏占混合料的40%，鋼渣粉占6%，礦粉占54%），以此作為公路穩(wěn)定碎石的膠凝材料，考慮到5% 水泥穩(wěn)定碎石使用的 P·O42.5水泥，而過硫鈦石膏礦渣水泥的強(qiáng)度相對較低，將過硫鈦石膏礦渣水泥的用量調(diào)整至7%，公稱粒徑0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～26.5mm 的碎石用量分別為每方730kg、420kg、420kg、520kg，經(jīng)檢測，其7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為5.7MPa，而5% 水泥穩(wěn)定碎石的7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為4.3MPa，過硫鈦石膏礦渣水泥公路穩(wěn)定碎石的性能優(yōu)于5% 水泥穩(wěn)定碎石，而其水泥用量僅為7%×5%=0.35%，礦粉用量僅為7%×95%×56%=3.72%，鈦石膏和鋼渣粉均為綜合利用率極低的工業(yè)廢棄物，鈦石膏的價(jià)格甚至遠(yuǎn)低于碎石。因而，使用過硫鈦石膏礦渣水泥可以大幅度降低公路穩(wěn)定碎石的配料成本。

此外，將鈦石膏制成料漿，既解決了鈦石膏脫水難的問題，又避免了因烘干增加的能耗成本，使鈦石膏的大規(guī)模使用成為可能。

3 結(jié)論

（1）過硫水泥的強(qiáng)度源自礦粉和水泥中的鋁相（和鐵鋁相）礦物與鈦石膏中的硫酸根反應(yīng)生成的鈣礬石以及在堿激發(fā)作用下形成的 C-S-H 凝膠，當(dāng)鈦石膏與礦粉的比例為4:6時(shí)，過硫鈦石膏礦渣水泥的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高值，28d 抗壓強(qiáng)度接近32.5MPa。

（2）鋼渣粉具有良好的堿激發(fā)作用，當(dāng)鋼渣粉取代礦粉的比例為10% 時(shí)，過硫水泥的抗壓強(qiáng)度有一定程度的提高，28d 抗壓強(qiáng)度超過32.5MPa，與32.5水泥強(qiáng)度相當(dāng)。

（3）7% 過硫鈦石膏礦渣水泥公路穩(wěn)定碎石的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為5.7MPa，性能優(yōu)于5% 水泥穩(wěn)定碎石，鈦石膏和鋼渣粉均為綜合利用率極低的工業(yè)廢棄物，鈦石膏的價(jià)格甚至遠(yuǎn)低于碎石，使用過硫鈦石膏礦渣水泥可以大幅度降低公路穩(wěn)定碎石的配料成本。