磷石膏基水泥的開(kāi)發(fā)研究.pdf

1、磷石膏是磷化工企業(yè)濕法生產(chǎn)磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，每1噸磷酸將產(chǎn)生5噸磷石膏。隨著我國(guó)磷化工業(yè)的快速發(fā)展，每年副產(chǎn)磷石膏已經(jīng)超過(guò)4000萬(wàn)噸，累計(jì)堆積磷石膏超過(guò)2億噸。由于種種原因，目前我國(guó)磷石膏的資源化利用率不足10％，剩余部分作為固體廢棄物采用堆積或者填埋等方式處理，磷石膏堆積不但占用了大量土地，而且對(duì)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重污染，加快對(duì)磷石膏的資源化利用已經(jīng)刻不容緩。
　　 本文通過(guò)大量試驗(yàn)，以未經(jīng)煅燒處理的磷石膏為主要原料，通過(guò)添加鋼

2、鐵工業(yè)的高爐水淬礦渣和少量堿性激發(fā)劑，開(kāi)發(fā)出一種新型低能耗的水硬性膠凝材料--磷石膏基水泥，并通過(guò)組分設(shè)計(jì)和制備工藝優(yōu)化對(duì)提高磷石膏水泥的性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：使用45％的磷石膏與35％～45％的礦渣復(fù)合，添加10％鋼渣或者4％的硅酸鹽水泥作為堿性激發(fā)劑，可以制備出28d抗壓強(qiáng)度超過(guò)40MPa的水硬性膠凝材料。盡管該水泥凝結(jié)慢、早強(qiáng)低，但在水中養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度能不斷增長(zhǎng)。在鋼渣激發(fā)的磷石膏基水泥中添加1％的NaOH，能顯著縮短水泥的凝結(jié)時(shí)間

3、和提高早期強(qiáng)度，用超細(xì)粉磨的硅酸鹽水泥做堿性激發(fā)劑，磷石膏基水泥的3d抗壓強(qiáng)度超過(guò)12MPa，接近于32.5復(fù)合硅酸鹽水泥。
　　 通過(guò)XRD、SEM等對(duì)磷石膏基水泥的水化產(chǎn)物、水化機(jī)理、水化過(guò)程及微觀結(jié)構(gòu)的發(fā)展進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：磷石膏基水泥的水化產(chǎn)物是C-S-H凝膠和鈣礬石，磷石膏在水化過(guò)程中一部分參與水化形成水化產(chǎn)物鈣礬石，剩余部分被水化產(chǎn)物所包裹起集料填充作用。磷石膏基水泥水化時(shí)，礦渣在堿性激發(fā)下溶解，并與溶解在液相中

4、的石膏形成水化產(chǎn)物鈣礬石和C-S-H凝膠，鈣礬石和C-S-H凝膠交織在一起填充空隙，硬化漿體結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)，強(qiáng)度不斷發(fā)展。早期水化形成的鈣礬石，起到填充空隙作用，和C-S-H凝膠一起構(gòu)成硬化漿體的骨架，有利于促進(jìn)水泥凝結(jié)和提高早期強(qiáng)度。當(dāng)硬化漿體的致密性達(dá)到一定程度后，如果還形成大量結(jié)晶粗大的鈣礬石，水化產(chǎn)物中結(jié)晶相過(guò)多，并不利于漿體結(jié)構(gòu)致密度的提高，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)因鈣礬石的結(jié)晶壓力使?jié){體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，造成水泥的后期強(qiáng)度降低甚至膨脹開(kāi)裂。由于

5、磷石膏基水泥中石膏是過(guò)剩的，通過(guò)控制磷石膏基水泥中堿性激發(fā)劑的適當(dāng)摻量，可避免膨脹性鈣礬石所造成的破壞。
　　 通過(guò)試驗(yàn)對(duì)磷石膏基水泥的長(zhǎng)期強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、抗碳化性能、耐水性、抗硫酸鹽性能等耐久性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：
　　 1、磷石膏基水泥在水中長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)時(shí)，強(qiáng)度能不斷發(fā)展，增加到一定程度時(shí)趨于穩(wěn)定，其強(qiáng)度發(fā)展時(shí)間和所能達(dá)到的最終強(qiáng)度隨著礦渣摻量的增加而增加。
　　 2、鋼渣激發(fā)磷石膏基水泥在水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，具有微

6、膨脹性，膨脹到一定程度后趨于穩(wěn)定，膨脹量的大小隨著水泥強(qiáng)度的提高而減少，在空氣中養(yǎng)護(hù)時(shí)，與普通硅酸鹽水泥一樣，體積出現(xiàn)收縮，收縮量約為普通硅酸鹽水泥的一半。硅酸鹽水泥激發(fā)磷石膏基水泥在水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，水泥摻量少的試樣出現(xiàn)了收縮，水泥摻量多的試樣具微膨脹性，膨脹量低于鋼渣激發(fā)磷石膏基水泥。
　　 3、磷石膏基水泥的抗碳化性能劣于普通硅酸鹽水泥，在碳化箱中人工碳化28d后，磷石膏基水泥的抗壓強(qiáng)度為未碳化時(shí)的65％～84％，降低幅度與未碳

7、化時(shí)的強(qiáng)度有關(guān)，強(qiáng)度越高的試樣，碳化后降低的比例越少。碳化時(shí)碳酸與磷石膏基水泥的水化產(chǎn)物C-S-H凝膠和鈣礬石反應(yīng)，形成了方解石和石膏，使?jié){體結(jié)構(gòu)疏松化，是磷石膏基水泥碳化后強(qiáng)度降低的主要原因。
　　 4、磷石膏基水泥水化產(chǎn)物中含有大量剩余石膏，早期水化結(jié)構(gòu)還未發(fā)展致密時(shí)，浸泡在水中有部分石膏溶解，但隨著水化進(jìn)行，石膏被水化產(chǎn)物鈣礬石和C-S-H凝膠包裹緊密，溶解越來(lái)越慢最終停止，因此具有很好的耐水性。
　　 5、磷石膏