改性磷石膏PH对水泥凝结时间的影响

陈经华

(华润水泥（阳春）有限公司 529626)

目前我国高速公路修建的稳定层所需缓凝水泥凝结时间要求终凝大于六小时，为了满足其凝结时间要求水泥厂通常使用缓凝作用较强的改性磷石膏做生产P.C32.5R水泥缓凝剂。但是不同PH值的改性磷石膏对水泥的缓凝作用也存在较大差别，针对不同PH值环境下磷石膏会对水泥凝结时间产生什么样的影响，还需要进行更多的相关实验。

1 磷石膏延长水泥凝结时间的机理

由于磷石膏本身含有不同量的可溶性磷、氟、硫酸等杂质，导致磷石膏在酸碱性上呈酸性。磷石膏PH值与可溶性磷含量之间的关系，当PH值保持在3-5时，可溶性磷含量变化很少，当PH值超过5时，可溶性磷含量开始显著下降，当PH值大于或等于 7时，可溶性磷含量约为零。根据以上可以得知，如果使用磷石膏作为水泥缓凝剂，就需要先对磷石膏的可溶性磷含量进行有效控制，只有磷石膏自身的物理属性能够达到工作标准，才能够很好的发挥控制作用。水泥的凝结时间对于磷石膏的PH值要求不得低于7，只有达到这一条件，磷石膏才能正常作为水泥缓凝剂使用。

2 改性磷石膏不同PH对水泥凝结作用试验实例

某工程用户为了完成施工任务，对使用的P.C32.5R水泥提出了以下特性要求：水泥终凝时间必须≥ 6 h 且≤10h。当时我司P.C32.5R水泥采用脱硫石膏与磷石膏1:1比例搭配预混做水泥缓凝剂，终凝时间约4h，距离用户要求还有较大差距。为了满足客户所提的要求，针对PC32.5R缓凝水泥进行了一系列的相关实验。

受当地原材料供应条件限制，制订了以下两个小磨试验方案：

方案一：全部使用PH8.5改性磷石膏做缓凝剂，并逐步提高掺量

第一组配比按照水泥大磨生产掺量，将石膏全部改为使用PH8.5改性磷石膏，第二组配比则在此基础上将石膏掺量由4%加大至7%，试验结果如下：

生产配比序号 熟料%石灰石%钢渣% 黑石%PH8.5磷石膏%凝结时间min抗折强度MPa抗压强度MPa助磨剂%SO3 %初凝 终凝 3天28天3天 28天1-1 59 13 10 14 4 0.045 1.87 241 302 4.6 7 20.4 39.5 1-2 59 10 10 14 7 0.045 2.62 270 347 4.3 6.5 21.8 36.8

通过上述两组小磨试验数据来看，大幅度增加磷石膏掺量后虽产生较明显缓凝效果，比目前实际生产P.C水泥凝结试验延长了大约60min～100min，但1-1#、1-2#两组样品终凝时间均低于6h，强度表现均达到国家指标要求。

方案二：全部使用PH7.4改性磷石膏做缓凝剂，并逐步提高掺量

在方案一的试验配比基础上，改为使用新取样的 PH7.4改性磷石膏，试验结果如下：

根据两组小磨试验来看，PH7.4磷石膏掺量达到7%时，终凝时间已经大于10h，28天抗压强度也低于32.5MPa，均达不到《GB175-2007通用硅酸盐水泥》国家标准要求。将PH7.4磷石膏掺量调低至4%时，终凝时间接近7h，28天抗压强度也满足国家标准要求，效果较为理想。因此使用该方案进一步实施大磨生产试验。

生产配比序号 熟料%石灰石%钢渣% 黑石%PH7.4磷石凝结时间min抗折强度MPa抗压强度MPa膏%助磨剂%SO3 %初凝 终凝 3天28天 3天 28天2-1 58 14 7 17 4 0.045 1.94 313 415 4.9 6.9 23.7 37.6 2-2 58 14 7 14 7 0.045 2.69 482 609 3.9 6.2 16.7 31.8

大磨实验：

根据2-2#小磨试验结果，使用PH值偏中性磷石膏缓凝效果较理想，也能较好保持水泥的强度和安定性。为了验证小磨试验结果，新进一批 PH7.4磷石膏进行大磨试验。考虑大磨生产中皮带秤下料存在系统误差，因此将磷石膏掺量调至5%，采用正常生产配比。试验结果如下：

生产配比序号 熟料%石灰石%钢渣% 黑石%PH7.4磷石凝结时间min抗折强度MPa抗压强度MPa膏%助磨剂%SO3 %初凝 终凝 3天28天 3天 28天C062 57 14 7 17 5 0.045 2.35 304 412 4.2 6.1 19.8 36.5

结果表明：水泥的终凝时间接近7h，且3d 、28d强度都达到国家标准要求。依照 2-2#小磨方案在实际生产中满足了客户对终凝时间大于 6h的要求，且对配料、磨机系统影响较小，仅是更换了磷石膏品种，也能较好保持水泥各项性能。

3 实验结论

在小磨实验过程中，通过对水泥样品的凝结时间进行记录，发现单一使用改性磷石膏都可以达到较明显的水泥凝结时间延长效果，但是使用不同PH值的改性磷石膏在相近配比情况下，凝结时间延长效果存在较大差距。

小磨实验中相近配比情况下，改性磷石膏掺量为4%时，使用PH7.4改性磷石膏水泥样品凝结时间比使用PH8.5改性磷石膏水泥样品凝结时间延长达110min，终凝时间达到7h左右。因此在实际生产中使用PH值为7.5%左右的改性磷石膏作缓凝剂，可以较好地满足道路缓凝水泥所需的性能要求。

4 结束语

随着国家道路建设的蓬勃开展，对道路缓凝水泥的市场需求也逐渐扩大。通过掌握不同PH值改性磷石膏对水泥凝结时间的不同延长效果，有助于水泥生产企业在无需对水泥配料、磨机系统进行大幅度调整情况下实现缓凝水泥性能要求，也能较好保持水泥的化学性能、强度和安定性。

参考资料

[1]岳琴.磷石膏做水泥缓凝剂的改性工艺探究及其性能影响[J].广东化工,2017,(11):96-98.