增强剂对磷石膏免烧建材的性能影响研究

磷石膏胶凝性较差,阻碍了其在建材领域的资源化利用。通过研究碱激发预处理后磷石膏的物相与微观结构,并掺入增强剂制备了高掺量高抗压强度免烧建材。结果表明：当增强剂添加量为3 mL时,试件强度大大提高,7、28 d与浸水后强度分别为13.75、28.30、17.56 MPa,与空白样相比,7、28 d与浸水后强度增长率分别为62.3%、62.0%、36.8%,并且试件密度最大为2.42 g/cm³,吸水率最小为11.10%,无泛霜。同时28 d试件内部结构致密性较好、孔隙率小,且二水硫酸钙（CaSO₄·2H₂O）峰强较低,CaSO₄·2H₂O主晶相结构变弱,结晶度差,有利于提高石膏试件的强度和致密性,从而优化免烧建材的力学性能。     

利用铅锌冶炼废渣制备碱激发胶凝材料的实验研究

以铅锌冶炼废渣为主要硅铝原料,以水玻璃为碱性激发剂制备碱激发胶凝材料。实验结果表明:当水玻璃模数为1.5,掺量为6%,水灰比为0.35时,所制得碱激发胶凝材料3 d、7 d和28 d龄期抗压强度均最高,分别达到23.82 MPa,25.34 MPa、33.93 MPa。SEM分析表明:铅锌冶炼废渣碱激发胶凝材料中,凝胶类产物将未反应原料颗粒紧紧黏结在一起,微观结构致密,有助于强度的提高。     

铁尾矿粉-脱硫灰胶凝材料的制备及性能研究

为提高铁尾矿和脱硫灰等工业固废的综合利用,利用氢氧化钠和硫酸钙作为复合激发剂,铁尾矿粉、脱硫灰和矿渣微粉为原料,制备铁尾矿粉-脱硫灰胶凝材料。开展正交试验分析铁尾矿粉掺量、脱硫灰掺量、氢氧化钠掺量和硫酸钙掺量对胶凝材料抗压强度的影响,并进行配合比优化。结合X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的微观结构进行分析表征。结果表明:对胶凝材料3 d、7 d和28 d抗压强度影响最显著的分别是氢氧化钠掺量、铁尾矿粉掺量和硫酸钙掺量;铁尾矿粉、脱硫灰、氢氧化钠和硫酸钙的最佳掺量分别为20%、10%、1%和9%(质量分数),此时,胶凝材料3 d抗压强度为4.59 MPa,28 d抗压强度为18.44 MPa,微观结构致密,宏观强度最高。     

激发转炉钢渣制备高活性辅助胶凝材料的研究

采用激发剂和粉磨激发转炉钢渣的活性,制备高强度、高掺量的钢渣胶凝材料,并通过XRD、SEM和压汞法等物相检测方法揭示微观结构与宏观性能之间的内在联系。结果表明：通过激发剂和粉磨的综合效应,能够利用转炉钢渣制备出高活性辅助胶凝材料;转炉钢渣最适宜粉磨时间为60min;激发剂M（三异丙醇胺、聚乙二醇与去离子水的复配质量比为6∶4∶10）的激发效果最好,转炉钢渣在水泥中的掺量可达33%,其28d抗压强度可达50.4MPa。     

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.     

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。     

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。     

碳酸钠、氢氧化钠与水玻璃复合激发对地聚物胶凝材料性能的影响

采用碳酸钠替代氢氧化钠调节水玻璃模数制备复合碱激发剂,研究不同碱掺量下碳酸钠掺入比例对地聚物胶凝材料净浆流动度、凝结时间及抗压强度的影响,并通过FT-IR、XRD和SEM试验分析地聚物胶凝材料水化产物的物相组成及微观形貌。结果表明,氢氧化钠与碳酸钠共同复合水玻璃的激发剂激发效果优于二者单独与水玻璃复合的激发剂,当碱掺量为6%(质量分数)、碳酸钠替代比例为40%(质量分数)时,地聚物胶凝材料净浆流动度为185 mm, 28 d抗压强度为94.4 MPa。碳酸钠替代比例增加可延长地聚物胶凝材料凝结时间,当替代比例为100%时,地聚物胶凝材料初凝时间、终凝时间可达372和420 min。不同碱组分激发剂作用时,地聚物胶凝材料水化产物相似,均以无定形铝硅酸盐C-(A)-S-H凝胶为主。     

快烧对磷石膏脱水相组成及胶凝性能的影响

去除可溶磷杂质和脱水是利用磷石膏制备胶凝材料必需的处理过程。通过改变快烧温度和时间对磷石膏进行处理,分别测定快烧磷石膏可溶磷含量、脱水相组成和胶凝性能,并对几种典型快烧条件下的磷石膏矿物组成和形貌进行分析,同时与经水洗后150℃煅烧4 h制备的磷石膏胶凝材料进行对比。结果表明:快烧后磷石膏为Ca SO4·2H2O、Ca SO4·1/2H2O和Ⅲ、Ⅱ型Ca SO4组成的复相石膏体系,可溶磷杂质含量随快烧温度提高和时间延长明显降低;800℃快烧30 s得到的磷石膏胶凝材料强度最高,2 h抗压强度达到3.79 MPa;经快烧处理磷石膏的颗粒尺寸明显减小。800℃快烧30 s能有效降低磷石膏中可溶磷杂质含量,并获得较高强度的磷石膏胶凝材料;虽然相比水洗后煅烧工艺,快烧制备的磷石膏胶凝材料强度和可溶磷杂质去除率稍低,但快烧是一种具有竞争力的处理工艺。     

不同激发剂对钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料力学性能影响的研究

通过往钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料中掺加不同掺量的减水剂、硫酸钠和水泥,研究不同激发剂不同掺量对其力学性能的影响及影响机理,并确定各激发剂的不同掺量,以达到提高力学性能的目的。分析研究表明,当减水剂掺量为0.8%时钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料力学强度最大,其28d抗折、抗压强度分别为1.48MPa和5.75MPa;当硫酸钠掺量为0.8%时钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料力学强度最大,其28d抗折、抗压强度分别为2.54MPa和9.61MPa;当水泥掺量为10%时力学性能较好,其28d抗折、抗压强度分别为,6.31MPa和18.75MPa。     

磷石膏基复合相变材料的制备及储热性能研究

以磷石膏为原料,采用常压盐溶液法在硝酸镁溶液中制备α-半水石膏,以凹凸棒土和聚氨酯为载体、十水硫酸钠和结晶乙酸钠二元共晶水合盐为相变材料,采用真空吸附法制备定形相变材料,然后将α-半水石膏与定形相变材料复合制备磷石膏基相变材料,并考察了其机械强度和储放热性能。结果表明,由磷石膏制备的α-半水石膏抗折、抗压强度分别为8.9、36.8 MPa,定形相变材料的相变温度为28.5 ℃,相变焓为82.6 J/g。由于掺入相变材料导致石膏晶体结合点减少,磷石膏基相变材料抗压强度降低,但其仍然能够达到建筑石膏的使用要求。升、降温实验结果表明,磷石膏复合相变材料与纯磷石膏保温箱相比,温差为8.9 ℃,具有一定的储能效果。     

磷石膏粒径对湿拌砂浆性能及微观结构的影响研究

选取四种不同粒径磷石膏,分别与机制砂、水泥及外加剂混合制备了湿拌砂浆,考察了磷石膏粒径对砂浆工作性及力学性能的影响,并通过XRD、TG-DSC、MIP以及SEM测试探究了磷石膏粒径对湿拌砂浆水化产物及微观结构的影响机理。结果表明,随着磷石膏粒径增大,湿拌砂浆工作性及力学性能呈先增大后减小的趋势,当掺入30%(质量分数)粒径为53~106 μm的磷石膏时,湿拌砂浆稠度损失19%,保水率为90%,28 d抗压强度为10.7 MPa,14 d拉伸黏结强度为0.25 MPa,可满足抗压强度大于10 MPa的技术指标要求。随着磷石膏粒径增大,磷石膏中的共晶磷含量减少,水泥水化过程受抑制程度减弱,砂浆中水化硅酸钙(C-S-H)生成量增多,且在远离CaSO₄·2H₂O颗粒的区域有大量C-S-H出现。然而,砂浆硬化体的孔体积却呈先减小后增大的趋势,当掺入30%(质量分数)粒径为53~106 μm的磷石膏时,砂浆的孔体积最小,仅为0.130 9 mL/g。磷石膏粒径范围适宜控制在53~106 μm,此时湿拌砂浆具有良好的工作性及力学性能。     

蒸压参数与杂质对磷石膏制备α-半水石膏的影响

通过分析磷石膏蒸压后样品的物相组成、相对结晶度、烘干抗压强度、微观形貌,研究了蒸压温度、保温时间、液固比、杂质等因素对磷石膏蒸压制备α-半水石膏的影响。结果表明：磷石膏蒸压后所得样品的烘干抗压强度与α-半水石膏晶体的相对结晶度呈正相关关系;在蒸压温度为130 ℃、保温时间为3~5 h、液固质量比为0.25条件下,所得α-半水石膏的相对结晶度高、烘干抗压强度大、晶体微观形貌完整且长径比小;磷石膏中的杂质会对蒸压样品的力学强度产生影响,将磷石膏水洗处理后,在蒸压温度为130 ℃、保温时间为3 h、液固质量比为0.25条件下,可制得2 h抗折强度为7.3 MPa、烘干抗压强度为32.8 MPa的α-半水石膏,该α-半水石膏符合JC/T 2038—2010《α型高强石膏》α30强度等级的要求。     

磷石膏制备建筑石膏的实验研究

研究了磷石膏制备建筑石膏粉的工艺条件,通过添加减水剂改善磷建筑石膏粉的力学性能。采用常规分析方法、XRD和扫描电镜等方法对磷石膏原料,磷建筑石膏粉进行分析和表征。结果表明:磷石膏为片状结晶体,含有少量石英颗粒;在温度180℃和焙烧时间2.0 h条件下,半水石膏含量达到76.6%;磷建筑石膏粉强度随着减水剂掺量的增加而升高,聚羧酸减水剂掺量0.7%时,抗折强度达到15.0 MPa,强度提高近64.84%;FDN减水剂掺量0.7%时,抗折强度达到14.8 MPa,强度提高近62.64%。     

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。     

蒸压参数与杂质对磷石膏制备α-半水石膏的影响

通过分析磷石膏蒸压后样品的物相组成、相对结晶度、烘干抗压强度、微观形貌,研究了蒸压温度、保温时间、液固比、杂质等因素对磷石膏蒸压制备α-半水石膏的影响。结果表明:磷石膏蒸压后所得样品的烘干抗压强度与α-半水石膏晶体的相对结晶度呈正相关关系;在蒸压温度为130℃、保温时间为3~5 h、液固质量比为0.25条件下,所得α-半水石膏的相对结晶度高、烘干抗压强度大、晶体微观形貌完整且长径比小;磷石膏中的杂质会对蒸压样品的力学强度产生影响,将磷石膏水洗处理后,在蒸压温度为130℃、保温时间为3 h、液固质量比为0.25条件下,可制得2 h抗折强度为7.3 MPa、烘干抗压强度为32.8 MPa的α-半水石膏,该α-半水石膏符合JC/T 2038—2010《α型高强石膏》α30强度等级的要求。     

钢渣-磷酸体系对磷建筑石膏凝结性能的调节作用机制

石膏材料的凝结硬化性能对其应用至关重要。本文研究了钢渣-磷酸体系对磷建筑石膏的凝结时间、绝干抗压及抗折强度的影响,提出一种利用石膏浆料初始pH调控石膏凝结性能的方法。结果表明：当磷酸调节石膏浆体初始pH为1.5、钢渣掺量为3%时,磷建筑石膏的初凝时间由空白组的9min延长到119min,绝干抗折强度及抗压强度损失分别为12.68%、23.17%,与添加柠檬酸和多聚磷酸钠的石膏体系相比,力学性能损失显著降低。通过水化温升及水化率变化研究了石膏体系的水化过程,借助XPS及XRD分析水化产物,得出钢渣-磷酸体系对于磷建筑石膏凝结性能的调控作用机制：钢渣中的氧化钙与磷酸反应释放出Ca²⁺,Ca²⁺与HPO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}结合生成磷酸氢钙难溶盐覆盖在二水硫酸钙晶体表面,阻滞了二水石膏晶核的生成及长大,降低了半水石膏的水化速率。SEM分析发现,钢渣-磷酸体系改性石膏水化硬化体的微观结构中空隙较空白组有所增加,晶体形貌仍然呈针棒状,但 尺寸略小。     

基于响应面法的半水磷石膏复合胶凝材料优化设计及性能研究

为实现工业副产品磷石膏的资源化利用，本文基于响应面法中的中心复合试验法，选择硫铝酸盐水泥(SAC)和蛋白类缓凝剂(SC)掺量作为配比变量，对半水磷石膏复合胶凝材料(HPCM)进行性能优化，制备高性能HPCM。通过数据处理，得到变量与1 d抗压强度、绝干抗压强度、初凝时间和终凝时间的响应面曲线，建立相应的响应面模型。结果表明，SAC和SC掺量最优值分别为20.48%(质量分数)和0.12%(质量分数),测得HPCM的绝干抗压强度为23.1 MPa,初凝时间为38 min, HPCM力学性能、工作性能等皆良好。基于水化进程及水化产物组成进行分析，主要是矿物相改变造成的新水化产物的生成改善了体系微观结构组成，从而优化了性能。