原状磷石膏-富镁镍渣基胶凝材料制备及性能评价

磷肥工业废弃物磷石膏和冶金工业废弃物富镁镍渣每年的排放量较大,由于二者具有胶凝活性较低和安定性差等缺点,导致其利用率较低。本文将原状磷石膏和富镁镍渣协同利用制备胶凝材料,研究了磷石膏-富镁镍渣基胶凝材料基础性能。通过对浆体的流动度、硬化体的力学性能,以及28 d吸水率和软化系数进行评价,为原状磷石膏和富镁镍渣协同综合利用提供实验支持。研究结果表明：磷石膏-富镁镍渣胶凝材料硬化体抗压强度28 d强度可达31.7 MPa,且耐水性好吸水率为2.46%,软化系数为0.91。将制得的磷石膏-富镁镍渣基胶凝材料硬化体与32.5普通硅酸盐水泥进行对比,性能相接近。     

旁路放风收集料改性磷石膏作水泥缓凝剂的 试验研究

水泥窑旁路放风收集料对磷石膏改性效果明显,2%～8%旁路放风收集料辅加3%的粉煤灰,与原状磷石膏混合、加水、搅拌和陈化制备得到改性磷石膏。相比原状磷石膏,将其作水泥缓凝剂时,水泥凝结时间可缩短80min以上,并且改性效果随着旁路放风收集料掺量增加而增强,初凝和终凝最高可缩短115min和130min,能有效解决原状磷石膏直接作水泥缓凝剂时,水泥严重缓凝的现象。     

磷石膏胶结料体系优化配制研究

对磷石膏-矿渣-石灰-水泥体系胶结料性能进行了研究.通过正交试验确定了该体系胶结料的优化配合比为磷石膏:矿渣:生石灰:水泥=40:45:5:10.该胶结料90℃下蒸养7 h,然后自然养护,28 d抗压强度高达42.3MPa,耐水性良好.胶结料强度随养护温度的升高而增加,尤其在70～90℃之间,强度增加更明显.90℃下,胶结料强度随蒸养时间的增加而增加,但超过7 h后,增加不明显.     

磷石膏中可溶磷形态、分布及其对性能影响机制的研究

可溶磷是磷石膏中主要有毒杂质,采用ＤＳＣ,ＳＥＭ,原子吸收光９结晶永测定,结合宏观性能试验,对可溶磷分布、形态及其对性能影响进行了研究,结果表明：可溶磷主要颁估二永石膏品体表面,其含量随磷石膏粒度增加而增加,可溶磷降低二永石膏脱水温度和液相过饱和度,使二永石膏品体粗化,硬化体强度降低,磷石膏胶结材永化时,可溶磷转化为Ｃａ４（ＰＯ４）２沉淀,覆盖在半永石膏晶体表面,阻碍其溶解与永化,使其缓凝,不同２     

改性磷石膏球作缓凝剂对水泥性能的影响

研究了工业化生产的改性磷石膏球对水泥标准稠度用水量、凝结时间、胶砂流动度、胶砂强度及水泥与减水剂相容性的影响,并与原状磷石膏和天然石膏进行对比,结合X-射线衍射、综合热分析等微观测试,分析了改性磷石膏球对水泥水化产物相、水化程度的影响.结果表明:采用改性磷石膏球配制的水泥,其初凝、终凝时间与掺配原状磷石膏水泥相比分别缩短217 min、227 min,1d、3d强度显著高于原状磷石膏配制的水泥,28d强度高于天然石膏配制的水泥,且标准稠度用水量、胶砂流动度、与减水剂的相容性等指标优于天然石膏配制的水泥.改性磷石膏球对水泥早期水化无不良延缓作用,且能提高水泥后期水化程度.综合对比上述三种石膏对水泥性能影响的各项指标,认为改性磷石膏球可以完全替代天然石膏作水泥缓凝剂.     

不同形态氟对石膏性能的影响

将不同形态氟加入天然石膏中模拟磷石膏,通过DSC/TG同步热分析研究它们对石膏脱水过程的影响,通过测定液相过饱和度、结晶水含量、凝结时间和硬化体强度以及SEM分析方法研究可溶氟对建筑石膏水化进程、宏观物理性能和硬化体微观结构的影响.结果表明:可溶氟和不溶氟对石膏脱水过程没有影响.可溶氟使建筑石膏水化初期液相过饱和度偏低,水化加速期提前,凝结时间缩短;使二水石膏晶体粗化,硬化体强度降低.     

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。     

高能球磨活化硬化水泥浆体的研究

研究了硬化水泥浆体的高能球磨机械力化学活化，借助于XRD、SEM和DTA等，测定了硬化水泥浆体的结构和力学性能随球磨时间的变化。试验结果表明，在球磨过程中．强烈的机械力作用首先使水泥石中的各水化物发生脱水作用。DTA测定结果证明，脱水程度随球磨时间的而增大，球磨至60min时，Ca(OH)2已完全脱水；同时，脱水温度随球磨时间而降低。进一步球磨使水化物的晶体结构发生严重的畸变和破坏，最终成为无定形态物质。球磨80min后粉体净浆的3d和28d抗压强度分别达28，33MPa和38．85MPa，说明硬化水泥浆体经高能球磨机械力活化后可重新作为胶凝材料使用。     

不同粒径磷石膏的脱水动力学

为研究粒径对磷石膏脱水反应动力学的影响,测定了流动N₂气氛中,不同粒径磷石膏脱水反应的TG-DSC同步热分析数据。运用Flynn-wall-Ozawa法、Kissinger法和Satava-Sestak法相结合计算动力学参数,得出不同粒径（105～125μm、125～150μm、150～200μm和200～300μm）磷石膏脱水动力学模型,利用动力学方程对不同粒径磷石膏在相同条件下等温热分解进行预测,得出不同粒径、不同温度下磷石膏脱水率与时间的关系。结果表明：当磷石膏粒径由200～300μm减小到105～125μm时,磷石膏第一步脱水活化能从114.62kJ/mol减小到82.55kJ/mol,第二步脱水活化能由96.30kJ/mol减小到78.5kJ/mol。磷石膏脱水活化能随粒径的减小而减小,机理函数均符合Avrami-Erofeev方程。在相同的煅烧温度下,粒径小的磷石膏完全脱水所需时间缩短。     

钢渣改性磷石膏做水泥缓凝剂的研究

由于原状磷石膏直接加入水泥中会导致水泥过度缓凝,因此提出了用钢渣改性磷石膏的试验方案,结果表明,掺加5%～10%左右的钢渣时,能够最大程度地降低磷石膏中的杂质对水泥性能的影响,并且改性体具有一定的强度,有利于运输和计量。     

利用磷石膏制备低热、微膨胀复合水泥的研究

为大量利用磷石膏,本文采用在复合水泥中掺加磷石膏的方法,开展了制备低热、微膨胀复合水泥的试验研究,并采用DSC、XRD、SEM及等温水化热仪表征了该复合水泥的水化特征.研究结果表明:磷石膏具有显著的缓凝效果,通过掺加Na2SO4和提高磷石膏掺量的方法,可大幅度缩短水泥的凝结时间、提高水泥的早期强度.当磷石膏掺量超过10％时,水泥水化产物中钙矾石量显著增加,并出现二水石膏,硬化水泥浆体呈现出微膨胀性.通过调整磷石膏的掺量,可控制复合水泥的膨胀率.     

基于电解锰渣-磷石膏复合胶凝材料的制备与表征

为了有效提高电解锰渣资源化利用水平,针对电解锰渣化学成分和矿物组成特点,以电解锰渣为主要原料,通过辅加磷石膏、水泥、矿粉制备胶凝材料;在固定矿粉与水泥掺量的基础上,通过改变磷石膏的掺量,研究不同硫酸盐掺量对复合胶凝材料力学性能的影响。研究结果表明,制备的复合胶凝材料中电解锰渣、磷石膏、矿粉、水泥最佳质量配比为50:20:20:10,其硬化体14 d抗压强度可达20.62 MPa,而软化系数为0.80。电解锰渣-磷石膏复合胶凝材料的水化产物主要是钙矾石、C-S-H、和C-A-S-H。水化14 d后的硬化体浸出液中污染物浓度均在《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅴ类水体标准的限值内,其中Cr、Cu、Zn、As、Pb、Cd等重金属浓度可达到Ⅰ类水体的标准,硬化体具有良好的环境稳定性。     

二水磷石膏配制水泥基湿拌抹灰砂浆试验研究

采用石灰中和改性二水磷石膏,再添加水泥、机制砂及增塑剂制备水泥基湿拌抹灰砂浆,分析了磷石膏、水泥及增塑剂不同掺量下湿拌砂浆的凝结时间、稠度以及力学强度等物理性能,并采用X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）分析了磷石膏在湿拌砂浆中的作用机理。结果表明,随着磷石膏用量增加,湿拌砂浆的凝结时间延长,28 d抗压强度及14 d拉伸黏结强度降低;随着水泥用量增加,砂浆的凝结时间缩短,强度逐渐增大;随着增塑剂用量的增加,砂浆的黏结性能及润滑性能逐步优异,凝结时间逐渐增加。当控制材料掺量比例（质量分数）磷石膏为35%、机制砂为48%、水泥为17%、外掺石灰为2%、增塑剂为0.3%时,砂浆的凝结时间为25 h,28 d抗压强度为6.2 MPa,14 d拉伸黏结强度为0.31 MPa,均符合行业标准JC/T 230—2007《预拌砂浆》中WP M5质量技术指标要求。磷石膏在水泥基湿拌砂浆中的主要作用是参与反应的磷石膏提供硫酸根并与水化铝酸钙反应生成钙矾石,形成提高砂浆强度的矿物起胶结作用,未反应的磷石膏作为细集料起填充作用。     

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。