硅酸盐水泥中掺加适量的石膏不仅可调节凝结时间，同时还能提高强度，用不同种类的石膏对水泥凝结时间调凝时，硅酸盐水泥的性能存在较大的差别。通常水泥生产过程中所用的石膏为二水石膏，但近年来受到资源限制，二水石膏不能满足生产需要，人们探讨用其它种类的石膏作为缓凝剂。本文选取了四种石膏:常用的二水石膏、天然硬石膏、两种工业副产品---磷石膏和脱硫石膏，对其掺入硅酸盐水泥熟料后粉磨制成的水泥的物理性能进行了试验对比，并从石膏的性能和水化产物的微观形貌进行了讨论。
　　1、石膏的分类 
　　1.1二水石膏
 　　天然二水石膏又称生石膏、软石膏或简称石膏，分子式为CaS04.2H20。化学组成的理论质量为：CaO-32.57％，S03-46.50％，H20～20.93％，常伴有粘土细砂等杂质。二水石膏属单斜晶系，Ca2+联结[SO4]2-四面体，构成双层的结构层，H20分子则分布于双层结构层之间。石膏的双晶形常成燕尾状。由于二水石膏的晶面发育好，其解理完全，所以在显微镜下常看到菱形薄板状、柱板状或针状体。
 　　1.2硬石膏
　　天然硬石膏主要由无水硫酸钙(CaS04)组成，化学组成的理论质量为：CaO-41.19％，S03-58.81％，属正交晶系，硬石膏的矿层一般位于二水石膏层下面，硬石膏通常在水的作用下变成二水石膏，因此在天然硬石膏中通常含有5％-10％的二水石膏。 
　　1.3磷石膏
 　　磷石膏是复肥厂的副产品，刚排出的磷石膏含水较多，约17％左右，密度为2.239/cm3，堆积密度为820kg/m3。经过晾晒风干后水分可达到7％，有资料研究表明其主要矿物组成为CaS04.2H20、少量长石、磷灰石、a石英等。其有害成分为可溶性磷酸盐及少量有机杂质，PH值在6.0～6.2之间，其化学成分稳定。通常的含水磷石膏呈分散的细小颗粒，呈深灰色，略有异味。干燥后的磷石膏多呈灰白色，有的呈黄色或灰黄色。磷石膏的结晶形态为棱形或柱形的板状结构。与天然石膏不同的是磷石膏中CaS04.2H20晶体表面有“瘤状物”，经分析，其可能是磷石膏中的P205、F-与其他一些杂质在CaS04.2H20晶体表面的附着物。
　　1.4脱硫石膏 
　　 脱硫石膏主要是电厂烟气湿法脱硫的副产品，主要成分为CaSO4.2H2O,还有一些杂质，如未反应完全的碳酸钙及石灰石中所含有的其他杂质和少量钾、钠盐，一般含量不大于0.5%。干燥的脱硫石膏为灰白色粉末状。有资料研究表明：脱硫石膏比天然二水石膏的组成更为复杂,明显含有CaCO3和CaSO4•0.5H2O等杂质,因而其中的CaSO4•2H2O晶体结构缺陷较多,活性相对较高。  

2   各种石膏的化学组成 （见表）
　　石膏种类 nnn SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 结晶水 附着水 ∑
　　二水石膏 20.98 1.34 0.35  0.36 31.08 1.64 40.36 15.09 0.13 96.11
　　硬石膏 7.23 4.55 0.80 0.24 36.57 3.56 43.94 2.96 0.14 97.26
　　磷石膏 21.06 6.04 0.75 0.48 27.94 0.24 40.72 　 9.18 97.32
　　脱硫石膏 23.01 0.45 0.30  0.24 32.78 1.10  41.29 　 9.00  99.17

3石膏种类对水泥性能的影响 
　　3.1石膏种类对水泥物理性能的影响
　　编号 标稠 初凝 终凝 1D 3D 28D 备注
　　SY1 25.2 138 191 4.6/17.4 7.5/34.0 8.7/56.9 二水石膏
　　SY2 25.3 125 176 5.0/17.1 7.4/33.8 8.5/54.5 硬石膏
　　SY3 25.0 263 343 3.7/12.0 6.7/34.6 8.8/58.0 磷石膏
　　SY4 25.6 159 209 4.6/15.2 6.9/32.0 8.9/53.5 脱硫石膏
3.2石膏种类对水泥凝结时间的影响 
　　由试验结果可知，在掺量相同的情况下，掺加硬石膏的水泥样品要比掺二水石膏的水泥样品凝结时间短。产生上述情况的原因主要是二种石膏的溶解速度不同。二水石膏的溶解度约为2.1克/升，硬石膏的溶解度约为2.4克/升，溶解度二者相差不大，但是，二水石膏溶解速度快，在几分钟内可达到溶解平衡，而天然硬石膏一般要40天以后才能达到溶解平衡，溶解速度要慢得多。水泥熟料中的C3A水化速度快，其水化产物溶解度也大，只有使最初水化的C3A与溶解的CaS04化合，生成水化硫铝酸钙时，才能达到缓凝的目的。硬石膏的溶解速度慢，抑制C3A快速水化的能力比二水石膏差，所以掺加硬石膏水泥的凝结时间比掺加二水石膏的要短。
　　掺加磷石膏的水泥样品凝结时间缓慢的机理，一般是认为磷石膏中含有具有缓凝作用的P205及其他微量有机物等，可溶性的P205能够影响溶液的酸碱性。磷石膏所含的这些水溶性杂质，随同磷石膏一道溶解，并进入水泥浆体之中，由于水泥浆体碱性较强，磷酸盐和氟化物之类杂质随之被中和，致使溶液无法达到氢氧化钙的饱和或过饱和，铝酸钙消耗硫酸盐形成钙矾石或单硫型水化硫铝酸盐被推迟，因此延缓了水泥的凝结时间。亦即磷石膏的缓凝作用除了其S03起作用外，P205及其他微量有机物也在起作用，最终的凝结时间是S03与P205及微量有机物共同作用的结果。P205及微量有机物对水泥凝结时间的影响是成正比关系，而其含量又随磷石膏掺量的增加而增加，故使得凝结时间随磷石膏掺加量的增加而延长。因此，有的国家规定用于水泥缓凝剂的磷石膏其可溶P205应为0。我国有的企业标准也规定用于水泥中的磷石膏其可溶P205<0.1。
　　掺加脱硫石膏时，由于其溶解速度和溶解度极，因而缓凝效果较好，但如果掺量不当，会在未水化熟料表面很快覆盖上一层致密的三硫型水化硫铝酸钙薄膜，明显地阻碍了水泥水化的继续进行。从矿物组成看，鲍格等人认为铝酸三钙的含量是控制水泥凝结时间的决定性因素。如果单将熟料磨细，铝酸三钙很快水化，生成足够数量的水化铝酸钙，形成松散的网状结构，就会在瞬间很快凝结。掺加石膏等作为缓凝剂后，降低了铝酸三钙的溶解速度，其水化物不能很快析出，铝酸三钙就不再是控制凝结时间的主要组成。不同种类的石膏由于其溶解速度和溶解度不同，对水泥的缓凝作用也不相同。 
　　3.3石膏种类对水泥强度的影响

水泥的水化产物由钙矾石晶体、多种形貌的C-S-H、六方板状的氢氧化钙和单硫型水化硫铝酸钙等组成，它们密集连生交叉结合，又受到颗粒间的范德华力或化学键的影响，因而硬化水泥浆体具有强度。由此可以推断，水化产物的形貌/表面结构以及生长的情况等，是影响水泥强度的重要因素。有资料研究表明：掺加二水石膏样品的各龄期水化产物都要比掺加硬石膏样品的各龄期水化产物结构致密，相互之间结合较好，所以相应的强度也较高。
　　在直接用磷石膏做水泥缓凝剂时，与采用天然二水石膏做缓凝剂相比，对水泥的凝结时间及1天强度影响较大，但3天、28天强度发挥更好。这是由于延长凝结时间使各矿物水化速度较慢，但C-S-H凝胶能生长成更大的纤维，从而使强度得到充分发挥。
脱硫石膏成分较复杂，溶解速度快，活性高，料浆凝固后所含自由水分增多，所形成的二水石膏晶体结构网络变小。因此，掺加脱硫石膏的水泥样品各龄期的强度相对而言有所下降。
　　4.结语
　　通过试验对比可以看出:掺加二水石膏的水泥样品各项性能均符合国家标准，在所讨论的四个样品中效果最好。掺加硬石膏与二水石膏相比，水泥的初凝时间有所减少，28天强度略有降低，但仍然符合国家标准，所以在试验合格的情况下，可以使用硬石青代替二水石膏作缓凝剂。利用磷石膏作水泥缓凝剂时，与采用天然二水石膏作缓凝剂相比，对水泥的凝结时间影响较大，但后期强度有发挥正常，对安定性无影响。因此，磷石膏作为二水石膏替代品应进行改性研究，消除有害可溶磷，使磷石膏具有正常的缓凝性能。使用脱硫石膏作缓凝剂，强度略有下降，对水泥安定性无影响。
　　各种石膏产地不同，其化学组分及结构也不近相同，表现出不同的性能。同时，各生产厂家熟料的化学组分及矿物结构也不完全一致，所以，具体使用中要进行认真的试验和细致的分析研究，以确定品种及合理掺量 ，使水泥具有良好的使用性能。