基于响应面法设计与制备磷石膏矿渣基复合胶凝材料

为了促进磷石膏等固废材料的资源化利用,优化设计和制备了力学强度满足P·O 42.5级水泥规范要求的胶凝材料,基于响应面法对磷石膏-矿渣-石灰-锂渣-钢渣五元体系进行试验设计,分别以3 d、7 d和28 d抗压强度为响应值,探究磷石膏矿渣基复合胶凝材料力学性能的变化规律,建立了磷石膏矿渣基复合胶凝材料力学性能预测模型。结果表明最优配合比为磷石膏33.86%,矿渣39.13%,石灰2.28%,锂渣20.1%,钢渣4.65%,胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到18.8 MPa、32.3 MPa、50.3 MPa,满足P·O 42.5级水泥规范要求,并且实测值与预测值的相对误差绝对值均小于5%,说明基于响应面法优化设计磷石膏矿渣基复合胶凝材料具有可行性。

不同掺合料提升磷石膏基材料耐水性方法研究综述

磷石膏作为湿法磷酸的工业废弃物,主要应用于建筑材料、化学工业、农业等领域。因磷石膏内部含有未完全分解的磷矿、残余的磷酸、氟化物、酸不溶物、有机质等杂质,使其在建筑材料领域利用率较低,通常掺入其他水硬性材料对磷石膏进行改性,而改性后的磷石膏基复合胶凝材料的耐水性较差。针对磷石膏基复合胶凝材料耐水性较差的问题,本文综合前人已有的研究,论述了掺加不同掺合料对磷石膏基材料耐水性的影响,包括掺加水泥、粉煤灰、硅灰、矿渣、减水剂、含氢硅油、石蜡、有机硅、聚乙烯醇、三乙醇胺、碱性激发剂等,以及改善水胶比、粒径和养护方式、合理安排组分设计等辅助方法,总结分析了不同掺合料对磷石膏基复合胶凝材料耐水性的影响机理,阐述了掺合料对磷石膏基材料的的作用机理,确定了合理的掺合料掺加范围。

磷石膏基胶凝材料和骨料制备C40高性能混凝土研究

磷石膏基胶凝材料和骨料制备混凝土,可为高消纳磷石膏固废提供新思路;然而将磷石膏同时作胶凝材料和骨料制备混凝土的研究鲜有报道。为此研究了磷石膏基胶凝材料组成、骨料级配、砂率和水胶比对混凝土性能的影响规律,并通过XRD和SEM微观测试初探其机理。结果表明:采用5%的P·O 42.5级水泥、30%的磷石膏、65%矿粉制成的胶凝材料时,外掺0.5%NaOH+5%水玻璃和1%NaAlO_(2)复合激发剂,控制胶凝材料用量600 kg/m^(3),磷石膏破碎砂替代40%河砂,砂率41%,水胶比0.34,可制备出工作性能良好,初凝时间大于25 h,3 d、28 d及60 d抗压强度分别大于20.0 MPa、48.0 MPa和55.0 MPa,绝热温升低于35℃,60 d膨胀率大于180με的大掺量磷石膏基C40低温升微膨胀高性能混凝土。混凝土胶凝材料主要水化产物为AFt和C-S-H凝胶,胶凝浆体可穿透磷石膏骨料表面空隙,产生机械嵌锁作用使磷石膏骨料与胶凝浆基体结合更加紧密。

磷石膏掺量对PG-CS-SS-SL复合胶凝材料关键性能的影响

为提高工业固体废弃物在辅助胶凝材料中的利用,以工业固体废弃物磷石膏(PG)、电石渣(CS)、钢渣(SS)和矿渣(SL)为原材料制备磷石膏-电石渣-钢渣-矿渣复合胶凝材料(PG-CS-SS-SL)。研究了PG掺量对PG-CS-SS-SL流动度、强度特性、吸水率、软化系数和微观结构的影响。使用XRD、FT-IR、TG-DTG和SEM对PG-CS-SS-SL强度形成机理和性能发生变化的原因进行分析。结果表明,PG-CS-SS-SL的流动度随PG掺量的增加而增大;PG-CS-SS-SL的强度和软化系数均随PG掺量的增加而呈现出先略微增加后降低的趋势,当PG掺量为10%时PG-CS-SS-SL的28 d强度最高,其抗折和抗压强度分别为6.8 MPa和32.9 MPa,相应的耐水性能最优,其软化系数为0.904;PG-CS-SS-SL的吸水率随PG掺量的增加呈现出先略微降低后增加的趋势,当PG掺量为10%时PG-CS-SS-SL的吸水率最小。微观分析表明,适量的PG能够促进PG-CS-SSSL体系中C-(A)-S-H凝胶和AFt的形成,优化硬化浆体的微观结构,有利于硬化浆体的强度发展;但掺量过多会导致硬化浆体的微观结构变差,造成PG-CS-SS-SL性能变差。

掺加磷石膏-钢渣对水稳层强度和固废利用影响

目的:解决工业固废产量高、堆存量大、利用率低的突出问题。方法:本研究基于多固废协同利用设计思路,以炼钢副产物热闷钢渣(SS)和磷化工副产物磷石膏(PG)为主要原料,配合一定比例的天然碎石(NA)和硅酸盐水泥(PC)制备公路工程无机水稳层,对无侧限抗压强度、劈裂强度、体积安定性、抗冲刷等性能进行了可用性测定,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子电微镜对其水化过程进行了分析。结果:磷石膏的适量掺加有助于钙矾石生成填充空隙,而掺加过高则会导致石膏裹附在钢渣表面降低骨料间的黏结作用。其中,由6%PG(≤0.30 mm)+6%PC(≤0.30 mm)+32%SS(0.30~4.65 mm)+40%NA(4.65~20.00 mm)+22%SS(4.65~20.00 mm)制备的试件MW-2满足高速公路的极重公路强度标准,固废利用率高达60%。结论:将SS和NA形成级配骨料,将PG和PC用作胶凝材料,可有效提高试件的最大干密度,提高抗压强度,可满足高性能应用需求。意义:该研究充分利用磷石膏的水化特性及钢渣的骨料特征,创新地将磷石膏和钢渣应用于道路生产,探讨出一套级配合理的高强固废基水稳复合材料配方,为固废的高效协同利用提供了新的技术路径,对工业的低碳循环发展具有重要意义。

磷石膏在建筑材料领域的应用研究进展

磷石膏是磷化工行业产生的大宗固废,具有产量大、成分复杂等特点。直接堆存不仅占用大量土地资源,还极易对环境造成负面影响。因此,如何实现磷石膏的资源化利用已成为业界关注的重要课题。近年来,磷石膏在建筑材料领域的应用研究取得了显著进展。本文分析了磷石膏的物理化学特性,综述了磷石膏在建筑胶凝材料、石膏砌块、石膏板材及水泥、水泥缓凝剂等建筑材料领域的资源化利用现状,展望了磷石膏资源化利用的研究方向。未来需进一步加强磷石膏的提纯、改性等技术研究,不断提高磷石膏基建筑材料制品的性能,拓展其应用范围,提升磷石膏综合利用水平。

煤矸石基固体废弃物胶凝材料力学性能研究

为了拓宽与升级工业固体废弃物的综合利用途径,研究了加入煤矸石、磷石膏、赤泥等固体废弃物对煤矸石基胶凝材料力学性能的影响。研究结果表明:①掺入合理配合比的固体废弃物可制备力学性能优良的胶凝材料;②掺入适量的磷石膏对胶凝材料早期的力学性能有一定提升;③赤泥与矿渣的掺比合理有利于增强煤矸石基胶凝体系的强度。

水泥掺量和石膏类型对磷石膏矿渣胶凝材料的影响

本研究利用固废磷石膏、矿渣以及少量水泥制备磷石膏矿渣胶凝材料,并研究水泥用量和磷石膏物相对磷石膏矿渣胶凝材料的凝结时间、流变性、抗折强度、抗压强度以及水化产物的影响。结果表明,适当的水泥用量对磷石膏矿渣胶凝材料抗折、抗压强度有明显的促进作用。此外,该作用会受到磷石膏类型的影响。当4%的水泥与半水石膏结合使用时,抗压强度最高可达34.8MPa。微观物相分析结果显示,随着水泥用量增加,钙矾石含量增加,因此磷石膏矿渣胶凝材料的性能提升。

纤维增韧补强磷石膏基胶凝材料

在磷石膏-矿渣基胶凝材料中加入纤维对胶凝材料增韧补强。用不同龄期样品的抗冲击功、抗折强度、抗压强度、孔隙率和受压样品外貌及断口形貌分析等表征纤维对胶凝材料的增韧补强效果。结果表明:BF型化纤可显著对磷石膏基胶凝材料增韧,BM型玻纤可显著对磷石膏基胶凝材料补强。在20℃(湿度大于90%)条件下,BF型化纤掺量为0.7%时,样品28 d的抗冲击功和抗折强度分别较净浆提高了389.5%和50.4%;BM型玻纤掺量在1.0%时28 d抗压强度较同龄期的净浆提高了10.4%;BF型化纤穿插于硬化体内部,具有桥联搭接作用;BM型玻纤降低孔隙率。

CBC改性磷石膏基复合胶凝材料的制备与工艺研究

以磷石膏为主要原料,研究CBC改性磷石膏基复合胶凝材料的特性。结果表明,将磷石膏与SH按比例混合,陈化2 h,将陈化后的原料按比例加入磷渣、KZ、粉煤灰等浇注成型,脱模之后放入常压养护箱中养护24 h的材料性能最好。在此基础上,对不同加水量、成型方式下试件性能进行分析,优化了最佳的加水量和成型方式。经CBC改性石膏基复合胶凝材料兼具CBC和石膏性能,通过现有工艺技术的研究为磷石膏资源化提供了一种新的、切实可行的技术方法。

磷石膏基胶凝材料的试验研究

以未经处理的原状磷石膏为主要原料制备磷石膏基胶凝材料,通过微观分析及测试其力学性能,考察石灰掺量,水泥、粉煤灰比例及养护制度对磷石膏基胶凝材料力学性能的影响。结果表明:(1)该体系最优配比为磷石膏60%,水泥与粉煤灰比例为1∶4,生石灰4%,水料比0.25,减水剂0.2%;(2)该胶凝体系中磷石膏掺量超过60%后,抗压、抗折强度急剧下降;(3)蒸养制度对磷石膏基胶凝材料性能影响较大,在75℃下蒸汽养护10 h,基体强度增长较快且耐水性较高,28 d抗压强度为30.1 MPa,吸水率为8.5%,软化系数达到0.82。

新型胶凝充填材料制备及固化机理分析

为考察新型胶凝材料半水磷石膏应用于矿山充填的可能性。对不同磷石膏、碱性激发剂添加量及料浆浓度进行配比,确定半水磷石膏基充填材料最优配比,并利用SEM和石膏水化理论对半水磷石膏基充填体进行分析。研究结果表明:在磷石膏添加量为50%,碱性激发剂添加量为1.5%,充填料浆浓度为69%时,半水磷石膏基充填料的3、7、28 d强度分别为3.0、3.8、3.8 MPa,满足当地矿山充填采矿的要求。半水磷石膏水化生成二水石膏,随着水化反应的继续,试样的内部孔隙逐渐被水化产物填充,生成的二水石膏晶体形成胶凝材料结构骨架,使充填材料具有一定的强度。

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3 d、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。

外加剂对磷石膏基复合胶凝材料性能的影响

研究了外加剂对磷石膏基复合胶凝材料性能的影响。通过单因素实验考察了外加剂Ca Cl2(CC)、Na2SO4(NS)、Na F(NF)和水玻璃(NSO)的不同掺量对复合胶凝材料性能的影响,通过正交试验得到了外加剂复配的最佳方案,即有CC为0.6%,NS为0.2%,NSO为0.6%,NF为0.3%。正交优化组的3 d和28 d的抗压强度为35.96MPa、42.88 MPa,其强度分别提高了19.27%和20.89%。采用XRD和SEM等方法分析了复合胶凝材料的水化产物组成和微观形貌。分析结果表明外加剂不仅能加快磷石膏基复合胶凝材料的水化反应进程,还可以生成更多更致密的水化产物,使其结构更加紧密,提高了复合胶凝材料的力学性能。

磷石膏炭热分解的热动力学研究

在活性炭掺量为10%~15%,煅烧温度为1100~1250℃条件下,从动力学和热力学角度对磷石膏分解煅烧制胶凝材的可行性进行了研究。在该温度范围内,通过等温热分析法确定了磷石膏分解体系的表观活化能为299.88~382.85 k J·mol^(-1),指前因子ln A为18.64~25.61 s^(-1),分解动力学方程为受三维扩散控制的Z-L-T方程。经Factsage软件计算和SEM、EDS、XRD等微观检测发现,煅烧过程中,不仅发生了硫酸钙的分解,还伴随着分解产物CaO和杂质SiO_2的合成反应。根据CaO-SiO_2-CaSO_4相图的理论计算结果表明,适量补充硅铝质改性组分,调节生料的配比范围,有使磷石膏基水硬性复合胶凝材料强度提升的潜能。

特种化纤改性磷石膏基胶凝材料

特种化纤可有效阻止磷石膏基胶凝材料(PGS)开裂,并通过不同龄期样品的抗冲击功、抗折强度、抗压强度、空隙率和受压样品外貌及断口形貌分析等表征增韧、补强和耐水的效果。结果表明:化纤可显著对PGS增韧补强和改善耐水性。在20℃(湿度大于90%)、化纤掺量为0.3%时,PGS固化体28 d的抗压强度、抗折强度和抗冲击功分别为45.1 MPa、8.9 MPa和1145 J/m2,软化系数和吸水率分别为0.81和9.1%;PGS固化体160 d总孔隙率(20.03%)较28 d的降低了5.1%,PGS固化体160 d密度(1.59 g/cm3)较28 d提高了0.6%;特种化纤穿插于硬化体内部,具有桥联搭接作用。

油气田固井用磷石膏基胶凝材料研究

通过评价不同龄期样品的抗压强度、线膨胀率、孔隙率和微观形貌等,研究磷石膏基胶凝材料(PGS)应用于固井工程上的可行性。实验结果表明,按m[磷石膏(PG)]∶m[增强材料(KZ)]∶m[增强材料(GH)]∶m(水泥)∶m(生石灰)=50∶22∶6∶20∶2制备PGS,在50℃和80℃恒温水浴养护1 d的PGS固化体抗压强度分别为14.5、18.5 MPa;在50℃恒温水浴养护28 d的PGS固化体膨胀率较净浆水泥石提高了874.4%;PGS固化体总孔隙率(23.46%)较油井水泥石降低了34.0%,且渗透率明显低于净浆水泥石(1.32×10-3μm2);掺1%降滤失剂BXF200-L的PGS浆体的滤失量为78 mL,稠化时间为235 min;在50℃恒温水浴养护2 d的PGS固化体抗压强度为14.5 MPa,80℃恒温水浴养护1 d抗压强度为13.9 MPa,基本满足固井施工的要求。

金川矿磷石膏基早强型充填胶凝材料配方试验

针对金川矿区附近瓮福化工厂排放出的大量磷石膏废弃物,开展以磷石膏为主要激发剂材料的早强型充填胶凝材料研究。首先开展早强充填胶凝材料激发剂配方的正交试验,并以试验数据作为学习样本,建立神经网络模型进行训练,由此获得了胶结充填体强度与激发剂配方关系的隐含知识。在此基础上,进行不同配比的充填体强度预测;然后,利用预测结果建立激发剂配方的优化模型并求解,最后获得了早强胶凝材料最优配比:生石灰磷石膏、NaOH、芒硝和矿渣微粉的掺量分别为5%、30%、3%、2.5%和59.5%。相应3d、7d和28d胶结充填体强度达到2.05 MPa、3.42 MPa和7.87 MPa,满足金川矿下向分层充填法采矿对充填胶凝材料的早强要求。与矿用32.5R早强型水泥胶凝材料相比,开发的磷石膏基早强充填胶凝材料成本低,替代水泥用于金川充填法采矿,可降低充填胶凝材料50%以上的成本。

磷石膏基复合胶结料性能研究

通过XRD、SEM微观分析和宏观强度测试手段,探讨了适合作胶凝材料磷石膏颗粒的最大粒径,并对磷石膏-粉煤灰复合胶凝材料的最优配合比、最佳养护条件和凝结硬化机理进行了研究。结果表明,适合做胶凝材料的磷石膏颗粒最大粒径为4.75mm,磷石膏-粉煤灰复合胶凝材料的最优配合比为:m(磷石膏)∶m(生石灰)∶m(水泥)∶m(粉煤灰)=40∶15∶10∶35,最佳养护温度为90℃,养护时间为10 h。采用最优配合比90℃蒸汽养护10 h后自然养护的7 d、28 d的抗压强度分别为31.5 MPa、36.0 MPa。

赤泥与磷石膏制备胶凝材料的激发研究

赤泥是氧化铝生产的工业副产物,其组成与粘土相似,呈碱性。磷石膏是磷酸生产中产生的固体废渣,主要成分是二水硫酸钙,呈酸性。针对现有赤泥和磷石膏利用率低,大量堆积而严重制约氧化铝工业和磷化工的可持续发展的难题。本研究通过外加激发剂分别对赤泥和磷石膏进行活化,再混合制备胶凝材料,最后对胶凝材料的力学性能和微观形貌进行分析。实验结果表明:与NaOH、硫酸铝和硫酸铁比较,氯化钙也能较好的促进磷石膏中二水石膏向半水石膏转变,其可以有效提高磷石膏和赤泥复合胶凝材料的强度和环境安全性。