磷石膏-矿渣基胶凝材料的制备及其性能研究

针对磷石膏基胶凝材料强度低、耐水差的缺点,运用碱激发剂改善磷石膏基胶凝材料的力学性能和耐水性。采用扫描电镜、X射线衍射和压汞法分析磷石膏基胶凝材料水化产物和孔结构。结果表明：将磷石膏在140 ℃条件下热活化4 h后得半水石膏,按m（半水石膏）∶m（矿渣）∶m（生石灰）=60∶40∶4配制粉料,水胶质量比为0.6,掺1%（质量分数）的碱激发剂,磷石膏基胶凝材料抗压强度和抗折强度分别为40.6 MPa和11.3 MPa,软化系数为0.84;硬化体中二水石膏和钙矾石为基本骨架,C-S-H凝胶包覆各组分形成致密网状结构,保证材料高强高耐水性。     

利用原状磷石膏制备石膏基复合胶凝材料的力学性能

以未经处理的原状磷石膏制备磷石膏基复合胶凝材料,测试磷石膏基复合胶凝材料的力学性能,考察生石灰的掺量、水灰比以及成型压力对磷石膏基复合胶凝材料力学性能的影响。结果表明:当生石灰掺量为4%时,磷石膏-矿渣复合胶凝材料具有较好的力学性能,矿渣微粉对磷石膏-粉煤灰复合胶凝材料的力学性能有增强作用。对于磷石膏-矿渣-炉渣复合胶凝材料,当成型压力超过3 MPa时,制备的材料力学性能明显下降。同浇注成型试样相比较,在5 MPa成型压力下的压实成型试样,材料孔隙率提高,特别对于200 nm以上孔所占体积分数来说,其所占体积分数要远远高于浇注成型试样,导致了材料微观结构劣化,力学性能变差。     

基于临界钙矾石膨胀破坏的磷石膏基复合胶凝材料的配料计算研究

为制备大掺量磷石膏基复合胶凝材料,在确定主要水化产物类型的基础上,通过计算临界钙矾石膨胀破坏的边界条件,确定各组分最佳掺量范围,研究其对复合胶凝材料力学性能、干缩性能的影响,并通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等测试方法研究水化产物的组成及发展规律。研究结果表明：通过理论配料计算,矿粉掺量为50%（质量分数）时,最大磷石膏掺量为26.3%（质量分数）,最小熟料掺量为23.6%（质量分数）。最佳配比组28 d胶砂抗压强度为45.2 MPa,线膨胀率小于0.04%;对比组28 d抗压强度仅有36.4 MPa,线膨胀率远大于0.04%。XRD、SEM表征结果表明,磷石膏基复合胶凝材料的水化产物主要是钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,氢氧化钙几乎反应完全;对比组钙矾石生成量远大于最佳配料组,微观结构存在大量裂缝。这说明理论配料计算可以有效用于磷石膏基复合胶凝材料的配比优化。     

镁盐晶须对磷石膏基胶凝材料力学性能的影响

以磷肥工业废弃物磷石膏为主要原料制备磷石膏基胶凝材料(PGF),研究镁盐晶须掺量对磷石膏基胶凝材料抗压强度、抗折强度、抗冲击功强度的影响,结合X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等测试方法,对磷石膏基胶凝材料的微观性能进行分析。结果表明,当MSW掺量为3%,其3 d、7 d和28 d抗压强度分别为15 MPa、18 MPa和21.9 MPa,较未掺晶须试样分别提高了64.8%、26.8%、25.9%。3 d、7 d抗折强度提高33.1%、32.4%。镁盐晶须作为无机盐增强材料,分散在磷石膏基胶凝材料中不参与水化反应,主要通过桥联、拔出和剥离等物理作用增强增韧磷石膏基胶凝材料。     

磷高强石膏-粉煤灰-石灰的耐水性研究

将粉煤灰及其激发剂石灰加入到磷石膏制备的高强石膏中制备出水硬性的磷石膏粉煤灰石灰(PGFL)复合胶凝材料。通过对比试验研究了石灰、粉煤灰、磷高强石膏(PGHH)掺量对产品软化系数、抗压强度性能的影响,结果表明:加入适量的粉煤灰、石灰可以显著提高PGFL的后期绝干抗压强度和软化系数,提高材料的耐水性,掺量过多则会带来不利影响。     

磷石膏基复合胶凝材料的性能优化及机理研究

采用水泥、矿渣粉、粉煤灰和减水剂对磷石膏进行改性。最终得到的磷石膏基复合胶凝材料的强度为原状磷石膏的2倍,软化系数从0.5提高至0.8。磷石膏基复合胶凝材料的比强度和孔隙率之间存在明显的线性关系,随着孔隙率的减小比强度增加。通过扫描电镜（SEM）对磷石膏基复合胶凝材料微观形貌的演变过程进行表征,发现随着矿渣粉、水泥、粉煤灰和减水剂的掺加,基体由疏松转变为致密;主要的水化产物二水石膏从针状转变为棒状或片状,并且出现了水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,其填充于体系内部的孔隙并将二水石膏连成整体。利用X射线衍射（XRD）分析和傅里叶变换红外吸收光谱（FT-IR）测试对水化产物的微观结构进行研究。结果表明,复合体系中的主要产物为二水石膏,但是由于可用水量的减少,体系中仍剩余少量磷石膏未水化。     

半水磷石膏固化原状磷石膏制备胶凝材料及性能研究

以原状磷石膏（RPG）为基材,通过单因素实验研究了原状磷石膏（RPG）与β-半水磷石膏（HPG）相对掺量以及生石灰、水泥、硅灰3种掺合料对磷石膏基复合胶凝材料（PGBM）抗压强度、抗折强度及软化系数的影响规律以及作用机理。结果表明：HPG、生石灰、水泥、硅灰相对掺量的增加均能有效提高PGBM的强度及软化系数,其中硅灰的作用最为明显。但是,当生石灰和水泥的掺量（以质量分数计）分别大于4%和6%时,对PGBM耐水性能的改善不明显。当RPG与HPG相对掺量（质量分数比）为7∶3,生石灰、水泥、硅灰掺量（以质量分数计）分别为4%、12%、5%时,试件28 d抗压强度和软化系数分别可以达到26.29 MPa和0.79。微观分析表明：各掺合料主要通过水化产物填充率影响RPG颗粒之间的接触强度,进而对PGBM的强度和耐水性产生影响。     

磷石膏煅烧制备复合胶凝材料的研究

采用磷石膏为主要原材料,与适量活性炭和粉煤灰混合后煅烧分解,制备新型高强复合胶凝材料.通过正交试验研究煅烧温度、保温时间、活性炭和粉煤灰掺量对新型胶凝材料中三氧化硫含量和抗压强度的影响.结果表明:当煅烧温度为1200℃,保温时间为30 min,活性炭掺量为10％,粉煤灰掺量为5％时,所制得胶凝材料的3d、28d抗压强度分别为46.35 MPa、92.70 MPa.该条件下,新型胶凝材料中三氧化硫含量为11.60％,煅烧过程中形成C2S、C3S及C3A等具有活性的矿物成分,28 d水化产物中出现氢氧化钙和钙矾石.与磷石膏制硫酸联产水泥工艺相比,该方法能耗低,工艺流程简单,熟料抗压强度高,可作为磷石膏资源化利用的新途径.     

矿渣及脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料的试验研究

研究了不同的煅烧温度及保温时间对脱硫石膏-粉煤灰新型复合胶凝体系抗压强度的影响.在此基础上引入矿渣,研究矿渣及其掺量时脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝体系的影响,并通过掺加矿物激发剂和化学激发剂对其改性.对较优配比的复合胶凝材料进行XRD与SEM研究,分析了其水化产物的成分与形貌.最后,对复合胶凝材料的基本性能进行检测.结果显示,适当的脱硫石膏的煅烧温度与保温时间、适宜掺量的矿渣、矿物激发剂与化学激发剂均能提高复合胶凝体系的强度;经改性的复合胶凝材料具有较好的性能.     

石灰-水泥-粉煤灰改性磷石膏对水泥物理性能的影响研究

采用石灰、水泥、粉煤灰对磷石膏进行改性处理,测定了改性磷石膏中硫酸根的溶解性能,对比了原状磷石膏与改性磷石膏对水泥物理性能的影响,并结合X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析了改性前后磷石膏对水泥不同龄期水化产物的影响。结果表明：随着石灰掺量的增加改性磷石膏的pH逐渐增大,当石灰掺量为4%（质量分数）时磷石膏的pH达到12.22,此时磷石膏中的可溶性磷、氟转化成难溶性的磷酸盐、氟化钙;随着水泥和粉煤灰掺量的增加,改性磷石膏的溶解性能呈现降低趋势。当石灰掺量为4%、水泥掺量为10%（质量分数）、粉煤灰掺量为10%（质量分数）时,改性磷石膏经过7 d养护在水中浸泡8 h所得滤液中硫酸根的质量浓度为0.30 g/L,比未改性磷石膏在水中浸泡8 h所得滤液中硫酸根的质量浓度降低了81.8%。与掺加未改性磷石膏的水泥浆体相比,掺加改性磷石膏的水泥浆体的水灰质量比由0.41降低到0.38、初凝时间和终凝时间分别缩短34.6%和27.2%、28 d抗压强度提高21.1%。石灰、水泥、粉煤灰改性处理磷石膏后,生成的水化硅酸钙和钙矾石等水硬性产物包裹在石膏颗粒表面,使硫酸根在水中的溶出速率降低,减少了对水泥中铝酸三钙的影响,使得硬化体内部结构变得致密、力学性能显著提高。     

掺合料对磷石膏基复合胶凝材料耐水性及强度的影响综述

磷石膏中含有的可溶性磷、氟等杂质使其在建筑行业利用率较低。而且磷石膏材料耐水性较差,需要复配其他水硬性掺合料来提高其耐水性,不同地区的磷石膏因其理化性质不同,其复合胶凝材料的力学性能也存在一定的差异。针对上述问题,介绍了主要的磷石膏基复合胶凝材料类型,分析了粉煤灰、矿渣、生石灰、水泥对不同磷石膏基复合胶凝材料耐水性及强度的影响,阐明其影响规律,确定了粉煤灰、矿渣、生石灰、水泥在磷石膏基复合胶凝材料中的建议掺量区间。     

粉煤灰泡沫混凝土屋面材料的研究

粉煤灰泡沫混凝土屋面材料具有保温隔热隔音和质轻等性能优势。文章主要探讨了水泥、粉煤灰、膨胀珍珠岩和发泡剂的不同用量对屋面材料体积质量、抗压强度、导热系数等性能的影响,并用熟石灰作为激发剂改善屋面材料性能。试验结果表明,体积质量为700kg/m3级别的泡沫混凝土屋面材料,其28d强度最高可达3.61MPa,导热系数最低至0.15W/(m·K),具有较好的使用性能要求;综合考虑强度和导热系数因素,确定合理的配合比为水泥∶粉煤灰∶膨胀珍珠∶工业熟石灰∶减水剂∶发泡剂=475∶216∶22∶29∶2.4∶0.4。     

非煅烧磷石膏基胶凝材料的改性实验

磷石膏基水硬性胶凝材料是近几年发展起来的一种以磷化工业副产物磷石膏为主要原料的新型建筑材料。与传统硅酸盐和矿渣水泥相比,磷石膏无活性不能直接作为胶凝材料,使用前必须对其进行改性。针对目前磷石膏基胶凝材料凝结时间长、早期强度低等缺点,研究了材料组成配比及外加剂对凝结时间和早期强度的影响,获得了磷石膏基胶凝材料的改性方法。当矿渣粉（KF）和硅基纳米粉末（WS）质量比为3∶17,水玻璃（NS）、富铝盐（NA）和高效聚羧酸减水剂（JS）的质量分数分别为0.3%、0.7%和0.3%时,可将其初凝时间控制在130~260 min、终凝时间控制在280~600 min;胶砂早期抗折强度3 d达3.5 MPa以上、7 d达5 MPa以上;早期抗压强度3 d达20 MPa以上、7 d达35 MPa以上。改性后的磷石膏基胶凝材料可替代25%~40%及以上普通硅酸盐水泥应用于建筑材料领域。     

硅灰、偏高岭土对矿渣-粉煤灰微珠胶凝材料性能的影响

首先通过改变粉煤灰微珠掺量,确定满足快速修补要求的矿渣-粉煤灰微珠胶凝材料基体的最佳配比,再调节偏高岭土、硅灰掺量,研究其对复合胶凝材料凝结时间、力学性能和水化机理的影响。研究发现,偏高岭土对凝结时间的改变较硅灰更敏感。通过化学结合水测试,分析了不同硅灰和偏高岭土掺量对矿渣-粉煤灰微珠胶凝材料水化反应程度影响的原因。力学实验结果表明：矿渣-粉煤灰微珠胶凝基体复合掺加5%硅灰（质量分数）+15%偏高岭土（质量分数）,试块2 h抗压强度为11.5 MPa、28 d抗压强度达到75.2 MPa,且呈现缓慢递增的趋势。     

半水磷石膏参与固化原状磷石膏制备复合胶凝材料

利用半水磷石膏（HPG）协同灰钙粉和水泥固化原状磷石膏（RPG）制备磷石膏基复合胶凝材料（PBCM）。采用单因素实验探究了HPG掺量对PBCM浆体性能的影响,并通过正交实验进一步探究各掺合料对PBCM强度及耐水性的影响。结果表明：HPG可作为RPG的固化材料,既高效又环保,掺量在20%（质量分数,下同）以上的HPG可彻底解决PBCM浆体的泌水问题,显著缩短浆体凝结时间,掺量在40%以上的HPG可有效改善浆体流动性;HPG、灰钙粉和水泥可有效提高PBCM强度,其中水泥对耐水性影响显著。微观形貌分析显示,PBCM的主要水化物二水硫酸钙和钙矾石晶体交织生长于RPG晶体之间,从而实现了对RPG的有效固化。     

钢渣-粉煤灰复合胶凝材料的试验研究

以钢渣、粉煤灰等固体废物,掺加少量的普通硅酸盐水泥、脱硫石膏,辅以适量化学激发剂,研制开发新型复合胶凝材料。试验表明,少量水泥能够有效地激发出钢渣-粉煤灰体系潜在的活性,单掺水泥的钢渣-粉煤灰体系最优配比为:钢渣/粉煤灰=6:4,水泥掺量为15%;对于复掺水泥和脱硫石膏的钢渣-粉煤灰体系来说,最优配比为钢渣/粉煤灰=6:4,水泥掺量为15%,脱硫石膏掺量为10%。合适的化学激发剂可以较好地提高复合胶凝材料的性能,复合胶凝材料在自然养护的条件下比标准养护条件下强度增长更快。