浅谈钛石膏代替脱硫石膏对水泥强度及性能的影响

陈迪松

摘要：随着钛白产业迅速升温，我国钛白粉生产线建设急速发展，本文就钛石膏来源、现状及背景以及影响进行一个概述，以供参考。

关键词：钛白；脱硫石膏；水泥强度；影响

1. 钛石膏来源、现状及背景

近年来，随着钛白产业迅速升温，我国钛白粉生产线建设急速发展，2014年国内钛白粉生产企业约100余家，钛白粉总产量为243.5万吨，由于氯化法钛白工艺被国外垄断，国内钛白粉生产仍然以硫酸法为主，我国每生产1吨钛白粉副产6~7吨钛石膏，目前钛石膏年排放量已接近1500万吨，并随着钛白行业发展有不断增加的趋势。但仅有少量钛石膏可用于复合胶结材料和外加剂使用，而大量钛石膏都无法利用，污染环境的同时给企业带来沉重的经济负担，并影响企业的发展。因此，亟待开发钛石膏的综合利用。钛石膏的特点钛石膏是采用硫酸法生产钛白粉时，为治理酸性废水，加入石灰(或电石渣)以中和大量的酸性废水而产生的以二水石膏为主要成分的工业废渣，是硫酸法钛白粉主要工业副产品，其杂质主要是铁的氢氧化物，二价铁置于空气中被氧化成三价铁而呈红色(偏黄)，又称红石膏或黄石膏，其化学成分与天然石膏相近。

钛石膏开发利用现状及问题钛石膏作水泥缓凝剂:钛石膏作水泥缓凝剂与天然石膏做水泥缓凝剂相比，水泥性能没有较大变化，钛石膏含水量低于20%可以直接用来做水泥缓凝剂。一方面要降低其处理加工成本;另一方面需求量要大，用于水泥中作为缓凝剂和建材领域是钛石膏发展的两个不错方向，而钛石膏应用于这两个方向的前提，都要求其具有较低的含水率和提高品位。因此，降低钛石膏含水率和提高品位成为提高开发的关键。

二、钛石膏代替脱硫石膏对水泥强度及性能的影响概述

钛石膏与脱硫石膏占比从不掺钛石膏、钛石膏占25%、钛石膏占33%、钛石膏占50%到单掺钛石膏。

P·II42.5R水泥3天强度下降0.7至1.5MPa，28天强度下降2.8至4.4MPa；标准稠度上升0.1至0.6%；初始流动度下降15mm至34mm，60分钟经时损失变差；凝结时间延长，当钛石膏占50%时，初凝延长22分钟，终凝延长36分钟。

P·O42.5R水泥3天强度下降0.8至1.5MPa，28天强度上升0.6至1.6MPa（钛石膏占25%除外）；标准稠度上升0.1至0.7% ，凝结时间基本没有变化；初始流动度下降4mm至34mm，60分钟经时损失有变差趋势。

P·C42.5水泥3天强度下降0.7至1.4MPa，28天强度下降0.5至1.4MPa；标准稠度上升0.1%，凝结时间、胶砂流动度基本不变。

M32.5水泥3天强度下降0至1.3MPa，28天强度上升1.8至2.8MPa ；标准稠度上升0至0.4%；凝结时间、胶砂流动度基本不变；保水率上升（变好）。

建议：P·II42.5R水泥不掺加钛石膏；P·O42.5R水泥钛石膏掺量33%；P·C42.5水泥钛石膏掺量100%；M32.5水泥钛石膏掺量100%。

三、进厂钛石膏质量情况及不同占比钛石膏对抗压强度及性能的影响

1. 进厂钛石膏质量情况

   日期	附着水分≤15.0%	S03≥35.0％	结晶水≥15.0%	酸不溶物≤13.0%	P2O5 ≤0.2%
   1.3	21.64	38.09	18.56	1.42	0.03
   2.1	21.36	38.02	18.56	1.7	0.03
   4.2	20.5	37.95	18.95	1.46	0.02
   11.2	19.56	36.84	19.3	2.62	0.02

2. 不同占比钛石膏对抗压强度的影响

钛石膏占比上升：P·II42.5R水泥：3天强度下降0.7至1.5MPa，28天强度下降2.8至4.4M Pa；P·O42.5R水泥：3天强度下降0.8至1.5MPa, 28天强度上升0.6至1.6MPa（钛石膏占25%除外）；P·C42.5水泥：3天强度下降0.7至1.4MPa，28天强度下降0.5至1.4M Pa；M32.5水泥：3天强度下降0至1.3MPa，28天强度上升1.8至2.8MPa 。

3. 不同占比钛石膏对标准稠度的影响

钛石膏占比上升：标准稠度P·II42.5R水泥上升 0.1至0.6%；P·O42.5R水泥上升 0.1至0.7%；P·C42.5水泥上升0.1%；M32.5水泥上升 0至0.4MPa。整体对高强度等级水泥影响大一些。

3、不同占比钛石膏对凝结时间的影响

钛石膏占比上升，除P·II42.5R水泥初凝、终凝时间延长较长外（钛石膏比例1：1时，初凝延长22分钟，终凝延长36分钟）；其他品种凝结时间基本没有变化。

4. 不同占比钛石膏对净浆流动度的影响

钛石膏占比上升，P·II42.5R水泥初始流动度下降15mm至34mm，60分钟经时损失变差；P·O42.5R水泥初始流动度下降4mm至34mm。但钛石膏占比25%时P·O42.5R水泥初始流动度上升6mm。

5、不同占比钛石膏对胶砂流动度、保水率的影响

随着钛石膏占比的提高，标准稠度升高；3天、28天强度、初始净浆流动度逐渐下降；净浆流动度60分钟经时损失变差；凝结时间延长22-36分钟。

四、P·II42.5R水泥使用钛石膏后强度，标准稠度用水量，凝结时间、净浆流动度的变化

总体上：随着钛石膏占比的提高，标准稠度升高；3天、28天强度、初始净浆流动度逐渐下降；净浆流动度60分钟经时损失变差；凝结时间延长22-36分钟。

1、P·II42.5R水泥使用钛石膏强度，标准稠度用水量的变化。

钛石膏占比	试样编号	标准稠度%	抗压强度Mpa
			3天	28天
0%	Y156	24.2	32.6	60.4
25%	Y157	24.3	31.9	57.6
33%	Y158	24.7	31.9	56.0
50%	Y159	24.8	31.1	56.9

随着钛石膏占比上升，标准稠度逐渐升高，3天、28天强度逐渐降低。

2、P·II42.5R水泥使用钛石膏初凝结时间、终凝结时间的变化

钛石膏占比	试样编号	净浆流动度mm
		初始	经时损失
0%	Y156	238	-44
25%	Y157	223	-32
33%	Y158	216	-32
50%	Y159	204	-22

随着钛石膏占比上升 ，初凝、终凝时间延长，钛石膏占比50%时，初凝延长22分钟，终凝延长36分钟。

3. P·II42.5R水泥使用钛石膏净浆流动度变化。

钛石膏占比	试样编号	净浆流动度mm
		初始	经时损失
0%	Y156	238	-44
25%	Y157	223	-32
33%	Y158	216	-32
50%	Y159	204	-22

随着钛石膏比例上升，初始流动度下降，60分钟经时损失变差。

五、P·O42.5R水泥使用钛石膏强度，标准稠度用水量，凝结时间、净浆流动度。

总体上：随着钛石膏占比上升，标准稠度显上升趋势；3天强度显下降趋势；28天强度、凝结时间变化不明显；初始流动度有下降趋势、60分钟经时损失变差。

1. P·O42.5R水泥使用钛石膏强度，标准稠度的变化。

钛石膏占比	编号	标准稠度%	抗压强度Mpa
			3天	28天
0%	Y160	25.1	29.3	55.2
25%	Y161	25.4	27.9	53.7
33%	Y162	25.2	28.5	55.8
50%	Y163	25.8	28.0	56.3
100%	Y164	25.6	27.8	56.8

随着钛石膏占比上升，标准稠度在占比小于33%时，基本持平；3天强度逐渐下降低、28天强度有上升趋势。

2、P·O42.5R水泥使用钛石膏初凝结时间、终凝结时间的变化。

钛石膏占比	编号	凝结时间min
		初凝	终凝
0%	Y160	184	239
25%	Y161	179	233
33%	Y162	180	235
50%	Y163	185	240
100%	Y164	183	238

随着钛石膏占比上升，初凝、终凝时间变化不大。

3、P·O42.5R水泥使用钛石膏净浆流动度的变化。

钛石膏占比	编号	净浆流动度（mm)
		初始	经时损失
0%	Y160	180	13
25%	Y161	186	25
33%	Y162	176	21
50%	Y163	146	16
100%	Y164	145	17

随着钛石膏占比上升 ，初始流动度有下降趋势、60分钟经时损失变差。

5. ·C42.5水泥掺加钛石膏后强度，标准稠度用水量，凝结时间、胶砂流动度变化

总体上：随着钛石膏占比上升，标准稠度基本持平；3天强度逐步下降、28天强度下降不太明显、胶砂流动度除单掺钛石膏外，基本持平；凝结时间变化不大。

1. P·C42.5水泥使用钛石膏强度，标准稠度用水量的变化

钛石膏占比	编号	标准稠度%	3天强度MPa	28天强度MPa
0%	Y151	26.2	28.3	50.7
25%	Y152	26.2	27.3	49.3
33%	Y153	26.2	27.6	50.2
50%	Y154	26.3	27.1	49.5
100%	Y155	26.3	26.9	49.9

随着钛石膏占比上升，标准稠度基本持平；3天强度逐渐下降低、28天强度下降不明。

2. P·C42.5水泥使用钛石膏初凝结时间、终凝结时间的变

钛石膏占比	编号	凝结时间min
		初凝	终凝
0%	Y151	194	254
25%	Y152	191	251
33%	Y153	192	253
50%	Y154	191	251
100%	Y155	193	253

随着钛石膏占比上升，初凝、终凝时间娈化不大。

3. P·C42.5水泥使用钛石膏胶砂流动度的变化。

钛石膏占比	编号	胶砂流动度mm
0%	Y151	219
25%	Y152	220
33%	Y153	218
50%	Y154	219
100%	Y155	213

除单掺钛石膏外，胶砂流动度基本不变。

4. P·C42.5水泥使用钛石膏后水泥颜色的变化。

钛石膏占比	编号
0%	Y151
25%	Y152
33%	Y153
50%	Y154
100%	Y155

随着钛石膏比例上升 ，水泥颜色由黑色变为微黄色

5. M32.5水泥使用钛石膏强度，标准稠度用水量，凝结时间、保水率、胶砂流动度。

总体上：单掺脱硫石膏或钛石膏，标准度最低。高标稠反而有利于装修施工。随着钛石膏占比上升，保水率上升（变好）；3天强度没有明显下降（除单掺外），28天强度有上升趋势，；胶砂流动度、凝结时间变化不大。

1. M32.5水泥使用钛石膏强度，标准稠度用水量的变化。

钛石膏占比	编号	标准稠度%	抗压强度Mpa
			3天	28天
0%	Y165	26.9	24.7	39.8
25%	Y166	27.3	24.6	41.6
33%	Y167	27.3	24.7	41.8
50%	Y168	27.1	24.3	42.6
100%	Y169	26.9	23.4	42

单掺脱硫石膏或钛石膏，标准稠度最低。高标准稠度反而有利于装修施工。随着钛石膏占比上升，3天强度没有明显下降，除单掺外；28天强度有上升趋势。

2. M32.5水泥使用钛石膏初凝结时间、终凝结时间的变化。

钛石膏占比	编号	凝结时间min
		初凝	终凝
0%	Y165	193	253
25%	Y166	196	256
33%	Y167	199	259
50%	Y168	196	256
100%	Y169	194	254

随着钛石膏占比上升 ，初凝、终凝时间变化不大。

3. M32.5水泥使用钛石膏保水率、胶砂流动度的变化。

钛石膏占比	编号	保水率	胶砂流动度（mm）
0%	Y165	87.8	188
25%	Y166	89.8	190
33%	Y167	90.7	189
50%	Y168	90.2	185
100%	Y169	90.3	187

随着钛石膏比例上升 ，保水率上升（变好）； 胶砂流动度变化不大。

结束语

综上所述做好钛石膏代替脱硫石膏对水泥强度及性能的影响是重要工作之一。

参考文献

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