铜渣基磷酸盐胶凝材料的力学性能与微观结构

磷酸盐胶凝材料力学性能好,制备工艺简单,为资源化利用铜渣提供了新的途径。本文以铜渣和磷酸二氢钠(NaH_(2)PO_(4))为原料制备了磷酸盐胶凝材料,采用电子万能试验机、X射线粉末衍射仪及扫描电子显微镜研究了原料配合比和养护条件对铜渣基磷酸盐胶凝材料抗压强度、物相和微观形貌的影响,并采用同步热分析仪考察了磷酸盐胶凝材料的热稳定性。结果表明,原料配合比对磷酸盐胶凝材料的力学性能和微观结构有重要影响,适当提高养护温度有利于强度发展。当NaH_(2)PO_(4)/铜渣质量比为0.30、水/(NaH_(2)PO_(4)+铜渣)质量比为0.15、60℃下养护7 d时,铜渣基磷酸盐胶凝材料抗压强度高达54.70 MPa。铜渣基磷酸盐胶凝材料优异的力学性能源自铜渣中铁橄榄石(Fe_(2)SiO_(4))与NaH_(2)PO_(4)反应生成的致密无定形结构相。铜渣基磷酸盐胶凝材料热稳定性较好,空气气氛下467℃开始被氧化分解,无定形结构相发生相转变。

化学结合磷酸盐胶凝材料对Pb(Ⅱ)滞留性的研究

研究化学结合磷酸盐胶凝材料（CBPC）固化体对Pb^2＋滞留性的影响。在不同Pb^2＋加入量和养护龄期下,测定固化体力学性能,以及浸出溶液的pH值、电导率和Pb^2＋质量浓度,分析CBPC固化体对Pb^2＋的稳定效果。结果表明,不同Pb^2＋加入量下,CBPC固化体均具有较好的早期力学性能,养护1 d的抗压强度超过30 MPa;1 d和3 d龄期的固化体浸出液的pH值约为7.5-8.0、电导率为1.95-3.04ms/cm;浸出液中Pb^2＋质量浓度较小。当Pb^2＋加入量为5%（Pb^2＋加入质量占固体总质量的比例）时,1 d龄期的CBPC固化体浸出液中Pb^2＋质量浓度仅为0.45 mg/L,远低于国标中危险废物的鉴别标准,此时Pb^2＋固化效率超过99.9%。研究表明,CBPC是一种非常有效且稳定的固铅材料。

铜渣基磷酸盐胶凝材料的制备及其性能研究

利用富含铁氧化物的铜渣与磷酸二氢铵(ADP)在常温下制备了凝固速度适中、早期强度高的磷酸盐胶凝材料。探究了铜渣/磷酸二氢铵(CS/ADP,质量比)和缓凝剂(硼砂)掺量等因素对胶凝材料硬化体力学性能的影响。结果表明:当CS/ADP=4.0时,材料力学性能最高,1 d和28 d抗压强度分别为31.7 MPa和42.8 MPa;随着硼砂掺量的增加,胶凝材料初凝时间延长,材料力学性能呈降低的趋势。采用XRD、SEM和FT-IR等手段对材料微观结构及物相组成进行分析,其物相组成主要为FeNH_4HP_3O_(10),NH_4FeP_2O_7和(NH_4)_2FeP_2O_7和Fe_2SiO_4结晶相,具有较为致密的微观结构。

铜渣/电解锰渣基磷酸盐胶凝材料的制备及其形成机理探讨

为提高铜渣(CS)的综合利用率和拓展电解锰渣(EMR)的处理途径,采用富含铁氧化物的CS和含Mn、NH 3-N的EMR与磷酸二氢钠(P)制备铜渣/电解锰渣基磷酸盐胶凝材料,考察CS∶P质量比、EMR掺量对胶凝材料力学性能及毒性浸出的影响,并采用SEM/EDS和XRD表征材料的微观结构和物相组成,揭示其形成机理。实验结果表明:随着CS∶P的增加,材料的抗压强度先增大后减小;当EMR掺量为15%—40%时,材料中Mn和NH3-N浸出质量浓度均满足GB—8978标准限值(Mn:2.0 mg/L;NH3-N:15.0 mg/L)。SEM/EDS和XRD分析结果表明,材料可水化生成Fe(H2PO4)3,Fe3(PO4)2,Mg(H2PO4)2等磷酸盐黏结相,而EMR中的Mn和NH3-N可转化形成Mn3(PO4)2,MnPO4·1.5H2O,Mn3(PO4)2·1.5H2O、NH4FePO4·H2O和NH4MgPO4·6H2O等低溶解度的磷酸盐化学沉淀,这些磷酸盐化合物间相互粘接形成密实整体,最终不仅使材料高强,同时还可有效固定/稳定Mn和NH 3-N。

新型磷酸盐特种胶凝材料的研究进展

重点针对磷酸盐胶凝材料的研究现状、特性、应用领域进行了综述,指出了该类材料的优势和应用前景,并对该材料在目前研究中存在的问题进行了分析。

磷酸盐基矿聚物材料的制备与机理研究

为分析酸激发矿物键合材料的形成机理,使用镁砂作为改性剂,利用磷酸铝溶液和偏高岭土反应,制备了一种磷酸盐矿物键合材料.通过正交实验测定试件的抗压强度,得到具有最优性能的材料配合比,对最优配合比的试样进行微观结构表征,分析磷酸盐矿物聚合材料的反应机理.结果表明,当硅和磷的物质的量比为1.2、磷和铝的物质的量比为3.0、镁砂的质量分数为18%时,磷酸盐矿物键合材料的抗压强度最高;偏高岭土与磷酸盐溶液反应生成磷酸盐矿物键合材料的反应机理的阶段为解聚、缩聚和凝胶网络化,聚合反应主要是发生在偏高岭土的铝氧层并非硅氧层;镁砂主要作用不是参与聚合反应,而是通过结合磷酸盐溶液生成水化磷酸镁(MgHPO 4·3H 2O)晶体,增强材料的致密性.

配合比参数对脱硫灰磷酸盐快速修复材料性能的影响

为解决混凝土结构快速修复及脱硫粉煤灰的资源化利用,提出利用脱硫粉煤灰、凝灰岩机制砂制备磷酸盐快速修复材料(MKPC).采用单因素试验方法研究了30℃高温下配合比参数对流动性、凝结时间和力学性能的影响,结合功效系数法确定满足多项指标的优化配合比参数.试验结果表明:MKPC流动度随着碱酸比、硼砂用量、水胶比、砂胶比及脱硫灰掺量的增大,依次呈抛物线型增加、指数衰减、线性增加、指数增长及指数衰减的变化规律;凝结时间随着碱酸比的增加呈线性递减变化,随硼砂用量、水胶比及脱硫灰掺量的增加呈指数增长型变化规律;1 h力学性能随着脱硫灰掺量的增加呈线性递减变化,随硼砂用量、水胶比及脱硫灰掺量的增加呈抛物线型变化规律.优化出的MKPC体系配合比参数满足快速修复现场施工要求.

磷酸盐基隧道快速修复材料的长期性能与耐久性

为了解决隧道混凝土结构过早劣化,急需快速修复的问题,利用脱硫粉煤灰、凝灰岩机制砂制备磷酸盐快速修复材料(phosphate-based rapid repairing material,简称MKPC),并结合干燥收缩、界面黏结强度、抗蚀系数及抗高温性指标对所制备出的快速修复材料进行长期性能与耐久性研究.试验结果表明:MKPC修复材料具有优异的早期力学性能,1 h抗折强度、抗压强度及黏结强度可分别达9.2、32.6、3.3 MPa;在所模拟的地下水作用下,虽然MKPC修复材料的黏结强度、抗蚀系数有所下降,但黏结强度下降幅度不超过10%,1 a的抗蚀系数仍然大于0.6,表明具有良好的抗地下水腐蚀的能力;最后,MKPC修复材料表现出卓越的高温稳定性,即使在1 000℃的高温阶段,仍保持着完整性.这些表明MKPC修复材料可满足隧道工程快速修复现场施工及耐久性的要求.

灾后混凝土工程快速修补材料的研究

为了确定磷酸盐胶凝材料(MPB)的最佳配合比,研究调凝组份、磷酸盐/MgO(w(P)/w(M))、灰砂比、掺粉煤灰对MPB胶凝材料凝结时间和强度发展等的影响规律,并分析它与传统水泥混凝土间的兼容性及其硬化机理。结果表明:当调凝组份掺量为10%左右时,可使MPB水泥凝结时间控制在15～30min内。当w(P)∶w(M)为1∶2时,MPB水泥浆体的强度达到最高值,3h抗压强度可达到40MPa以上,1d时强度超过50MPa。灰砂比(w(MPB)∶w(S))为1∶1.5时,砂浆强度达到最高值,3h抗压强度达到50MPa,抗折强度达到9.1MPa。在保持流动度不变情况下,掺粉煤灰并不降低MPB胶凝材料强度,并可使其颜色与普通水泥混凝土接近。MPB遇水后生成以MgNH4PO4·6H2O为主的反应产物,它与传统水泥混凝土间具有很好兼容性,因而适合于灾后混凝土工程的快速修复。

快硬轻质耐火混凝土的研究

采用轻质页岩陶粒、漂珠为骨料,以氧化镁和磷酸二氢钾反应所得的镁质磷酸盐水泥胶凝材料(MKP)为结合剂研制快硬轻质耐火混凝土。研究了硅灰用量、氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比值、胶凝体系及硼砂用量等因素对轻质耐火混凝土的影响。结果发现:硅灰用量是影响耐火混凝土性能的最关键因素,其最佳掺量为6%,氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比值为1/1,胶凝体系为30%时,轻质耐火混凝土有良好的性能。研究的耐火混凝土耐压强度高,凝结硬化时间较短,体积稳定性好,适合用做窑炉的紧急抢修材料。

MKP结合高铝质耐火浇注料的性能研究

研究了以氧化镁和磷酸二氢钾反应所得的镁质磷酸盐水泥胶凝材料(MKP)为结合剂的高铝质浇注料的性能及影响该浇注料性能的诸因素。探索性研究发现:硅灰的用量是该浇注料体系850℃和1 100℃强度的主要影响因素,MKP胶凝体系的用量是110℃强度的主要决定因素,而1 100℃的线收缩率的主要影响因素是氧化镁和磷酸二氢钾的摩尔比值。并且此浇注料的强度不但与煅烧温度有关,而且还和氧化镁的活性有关,因此可以通过调节硼砂的量和氧化镁的活性来调节体系的可作业时间。

高炉用MKP结合高铝质浇注料的研究

研究了高铝质浇注料的性能及其影响因素。探索性研究发现:硅灰的用量是影响该浇注料体系850℃和1100℃强度的主要因素,MKP胶凝体系的用量是决定110℃强度的主要因素,而1100℃的线收缩率的主要影响因素是氧化镁和磷酸二氢钾的摩尔比值。并且可以通过调节硼砂的量和氧化镁的活性来调节体系的可作业时间。研究的浇注料耐压强度高,凝结硬化时间较短,体积稳定性好,适合用作窑炉的紧急抢修材料。