磷建筑石膏矿渣水泥的水化过程与耐水性能

通过凝结时间、流动度、孔溶液pH值、抗折强度、抗压强度、吸水率、软化系数、水化热和水化产物分析测试,探究了磷建筑石膏(CPG)掺量对石膏矿渣水泥水化过程与耐水性能的影响.结果表明:随着CPG掺量的增加,石膏矿渣水泥的凝结时间缩短,流动度减小,吸水率与3 d水化累计放热量均增大;水泥净浆孔溶液的pH值在水化早期快速下降,56 d时保持不变;当CPG掺量从40%增加到70%时,56 d水泥净浆孔溶液的pH值从11.02减小到10.62,水泥胶砂的软化系数从0.98减小到0.91,主要水化产物均为二水石膏和钙矾石,并且钙矾石的含量随着CPG掺量的增加而减少.

改性磷石膏对超硫酸盐水泥水化特性的影响

本工作研究改性磷石膏对超硫酸盐水泥(SSC)早期水化热、强度、孔溶液pH值、水化产物和微观形貌的影响。与通用硅酸盐水泥(CPC)体系相比,SSC体系早期水化速率较慢、水化热较低、诱导期延长,第二放热峰出现延后,表现出较低的早期水化特性,磷石膏的改性方式可调控早期水化速率和体系水化活性。SSC体系主要水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,浆体pH值稳定在11,其强度与磷石膏特性有关,煅烧处理可提高其中后期强度,而石灰中和处理可提高全龄期强度。磷石膏经处理后,活性增加,产生更多的AFt和C-S-H凝胶,使其结构密实、强度增加。

改性磷石膏作水泥缓凝剂的研究

为将磷石膏应用于水泥缓凝剂,采用水洗等方式对磷石膏进行预处理。确定水洗磷石膏的最优用水量和水洗时间。对比研究天然石膏、原状磷石膏和改性磷石膏对硅酸盐水泥凝结时间和强度的影响。通过水化热、XRD和SEM分析改性磷石膏对硅酸盐水泥水化特性的影响机理。结果表明,磷石膏在液固比为4和水洗时间为25 min条件下水洗效果最佳;生石灰单掺以及生石灰和膨润土复掺对磷石膏中可溶性磷和可溶性氟表现出较好的固化效果;水洗改性后磷石膏可有效缩短水泥的凝结时间,提高早期强度,其中生石灰与膨润土按2∶1复掺水洗改性后磷石膏用于硅酸盐水泥,水泥初、终凝时间比使用原状磷石膏时缩短了50%和31%;改性磷石膏制备的水泥早期水化速率正常,水泥固结体结构致密,缺陷较少,早期强度高。

聚丙烯纤维磷石膏胶结体早期力学强度特性及增韧机理研究

在传统水泥基复合材料的研究领域,纤维增强了材料的强度、韧性、延展性和抗裂性。为了提高磷石膏胶结体的早期强度,掺入聚丙烯纤维作为增强剂,开展了掺纤维磷石膏胶结体制备试验以及单轴抗压强度试验,分析了纤维对磷石膏胶结体破坏规律的影响,并通过SEM探究了纤维对磷石膏胶结体的增韧机理。研究结果表明:随纤维掺量增加磷石膏胶结体单轴抗压强度呈先增加后降低的趋势,且纤维最优掺量为1%;掺入纤维的磷石膏胶结体能延缓峰值抗压强度达到时间且破坏时的峰值应力更大,未掺入纤维的磷石膏胶结体在荷载超过应力峰值后快速失稳,掺入聚丙烯纤维的磷石膏胶结体则呈缓慢降低趋势;随着纤维的掺入,磷石膏胶结体的裂纹数量逐渐减少,且裂而不断,磷石膏胶结体的延性变形明显;微观下聚丙烯纤维表面附着有絮团状水化产物,且在磷石膏胶结体固结过程中相互缠结形成稳定的网状结构。研究成果可为磷石膏基复合材料在固废胶结充填现场的应用提供一定参考。

含硫酸盐废水对磷石膏胶结充填体材料性能的影响

鉴于矿山废水处理工艺具有一定的局限性,且磷石膏充填工艺需要消耗大量的水资源,将矿山含硫酸盐废水作为磷石膏充填用水并探讨其可行性。结果表明:废水中的硫酸盐能够促进磷石膏充填体的早期水化反应,进而提升充填体早期强度。当SO_(4)^(2-)浓度从0增加至30 000 mg/L时,充填体7 d强度由0.46 MPa升高至0.63 MPa,提高了37%;14 d强度由0.64 MPa升高至1.03 MPa,提高了61%。这主要跟水化产物钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)的形成有关;但随着养护时间的增长,充填体28,60,90 d强度均在硫酸盐浓度为15 000 mg/L时达到最高。过量的SO_(4)^(2-)会干扰水化硬化过程,充填体后期强度因受到钙矾石的膨胀特性以及Na2SO4重结晶等影响而出现下降。研究结果可为矿山废水治理和磷石膏充填工艺优化提供新思路。

脱硫石膏和磷石膏作调凝剂对水泥性能影响的对比研究

使用工业副产脱硫石膏和磷石膏替代天然石膏作水泥调凝剂,是大量消纳这些固废的有效途径之一。有鉴于此,本文在对硫石膏和磷石膏理化性质研究的基础上,系统对比研究了两类石膏作调凝剂对水泥性能的影响,结果表明:脱硫石膏呈中性,但磷石膏来源不同,可呈强酸性、中性和强碱性。试验所用四种石膏的F、P、重金属浸出特性和反射性均满足一类建材的要求。脱硫石膏所配水泥的性能稳定性较好,掺量波动对水泥性能影响也较小,但磷石膏杂质成分复杂,所配水泥的凝结时间较长,一般为脱硫石膏所配水泥凝结时间的二倍以上。磷石膏产地和掺量变化对所配水泥的凝结时间和强度影响较大,使用过程中需严格控制掺量,否则会导致水泥不合格。

非均质固化渣土的压缩特性与微观结构分析

为探究不充分切削搅拌对换填层工程的影响,制备不同大小的渣土块,研究不同尺寸渣土块固化后的压缩特性,探讨磷石膏比例对非均质固化土性能的影响规律和作用机理,以实现磷石膏固废利用和降低固化剂能耗的目的.研究结果表明,水泥磷石膏协同非均质固化渣土的压缩性显著降低,前期屈服应力提高至392 kPa,后随土块直径增加至7 mm而降低;随磷石膏掺量的增加,固化效果达到最优后发生下降,28 d龄期时的磷石膏最优质量分数为水泥的30%.固化剂水化产物在土块表面形成硬壳层作为承荷骨架;磷石膏与水泥水化产物反应生成膨胀性钙矾石部分填充块体间孔隙,降低整体压缩性能;过量磷石膏会产生硬壳层内应力,导致屈服应力降低.

混合相磷石膏基胶结材制备与早期性能研究

以混合相磷石膏为主要原料,掺入矿渣、赤泥、偏高岭土、熟料制备混合相磷石膏基胶结材,通过抗压强度、p H和浸出毒性测试研究其早期性能,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测试分析水化机理。结果表明:53.76%(质量分数,下同)混合相磷石膏、9.68%矿渣、9.68%赤泥、16.13%偏高岭土和10.75%熟料可制备出性能最优的混合相磷石膏基胶结材,其3、5、7 d抗压强度分别达到8.93、10.99、13.14 MPa,p H碱性低于传统水泥基材料,总磷、氟化物浸出浓度均满足污水综合排放标准要求;磷石膏在400℃下煅烧60 min形成半水-无水混合相磷石膏,其中半水石膏和无水石膏的相对含量分别为31.7%和68.3%。混合相磷石膏基胶结材水化生成的水化硅酸钙凝胶、钙矾石和透钙磷石等物质形成致密结构,提升材料强度,阻隔污染物F^(-)、PO_(4)^(3-)浸出。混合相磷石膏基胶结材具有良好的力学性能和环境相容性,可为磷石膏规模化消纳提供新途径。

铝酸钠对磷石膏矿渣干硬水泥性能的影响机理

磷石膏矿渣水泥是一种低碳水泥,该体系中反应物矿粉的溶出速度较慢,导致凝结时间长,早期强度低。降低水灰比并使用干压成型方式制备干硬水泥,通过颗粒的紧密堆积提供初始强度,但极低的水灰比使反应进行缓慢,因此提出通过外掺铝酸钠促进早期产物产生及后期矿渣水化。通过抗压强度、水化放热、物相分析以及微观形貌观测研究外掺铝酸钠对干硬水泥性能的影响。结果表明,铝酸钠的掺入能够促进磷石膏矿渣干硬水泥水化的进行,且在早期生成更多的水化产物以提升强度的发展,后期能促进矿粉的持续水化,掺加铝酸钠试块在各个养护龄期的强度均高于对照组,掺量为混合粉体质量的0.5%时效果最佳。

预处理方式对过硫磷石膏矿渣水泥料浆性能的影响研究

通过4种不同的磷石膏预处理方式制得过硫磷石膏矿渣水泥,对比了预处理方式对过硫磷石膏矿渣水泥料浆工作性能及抗压强度的影响。结果表明:通过对磷石膏预处理后再制得的料浆在工作性能和抗压强度方面均有较大改善,其中方式3共同混磨处理后制得的过硫磷石膏水泥浆体流动性较高,可达到175 mm;方式4湿磨处理磷石膏后制得的浆体抗压强度提升较大,可达到35.7 MPa,提高了111.2%,但过度处理对强度提升作用不大。由XRD和SEM分析可知,预处理不会改变水化产物的种类。过硫磷石膏水泥的水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶,同时还有未反应的石膏颗粒,试块的抗压强度与水化产物的组成及包裹覆盖磷石膏的程度有关,同时还受到结构致密度的影响。

矿粉和生石灰高温改性对磷石膏水泥基材料性能影响

由于磷石膏中杂质不可避免地掺入,导致磷石膏的质量较差,进一步阻碍了磷石膏的应用。通过使用磷石膏和硅酸盐水泥作为原料,探究生石灰高温改性磷石膏对水泥基材料强度的影响,进而研究矿粉对大掺量磷石膏水泥基材料强度不足和凝结过快等缺陷的改善效果,最后采用XRD和SEM分析了磷石膏水泥基材料的水化产物,探明生石灰和矿粉对磷石膏水泥基材料性能的改善机理。结果表明,生石灰在高温下可以成功地消除磷石膏中的酸性杂质,提升胶凝材料的强度,综合考虑环保性和强度性能,生石灰的最佳掺量为2%。矿粉的掺入可以进一步提高胶凝材料的强度,延缓磷石膏水泥基材料的初终凝时间,随着矿粉掺量的持续增加,胶凝材料在28 d时的强度呈现出先增大后减小的趋势。综合考虑各项性能,矿粉的最佳掺量为20%。此外,在掺加矿粉后,胶凝材料在28 d的微观形貌中生成了相互交织的水滑石,其结构稳定有利于磷石膏水泥基胶凝材料力学性能的发展。

磷石膏-低碱度硫铝酸盐水泥胶凝体系及其水化机理研究

研究了在低碱度硫铝酸盐水泥(L-SAC)中添加10%~50%改性磷石膏(WHPG)的混合胶材材料体系的凝结时间、胶砂强度、pH等性能,并分析了WHPG在体系中对强度、pH及凝结时间的作用机理。结果表明:WHPG自身缺陷和快速水化等特性会导致标准稠度用水量增加,也会缩短胶凝体系的凝结时间;少量WHPG的添加会降低L-SAC的实际水灰比,也会促进钙钒石的生成,提升坯体的密实性,增加强度;WHPG呈弱酸性,随着WHPG掺量的增加,pH随之降低,WHPG不断消耗L-SAC水化生成的碱性物质,导致后期pH更低;磷石膏-低碱度硫铝酸盐水泥胶凝体系各项性能非常适用于喷射植生混凝土。

固废磷石膏基纤维增强水泥板制备及环保性能分析

研究旨在探讨利用预处理改性固废磷石膏(SWC)部分替代水泥,结合木质纤维、POM(Polyoxymethylene,聚甲醛)纤维、水泥和细砂,基于流浆法工艺制备固废磷石膏基纤维增强水泥板,进一步分析不同预处理改性磷石膏掺量(10%、20%、30%、40%)对纤维增强水泥板的物理、力学和环保性能的影响。实验结果表明,纤维增强水泥板的物理性能,如密度和吸水率,受到预处理改性磷石膏引入的影响较小。随着SWC掺量增加饱水抗折强度总体呈下降趋势,掺量在0~20%区间时影响并不明显,即便不掺入POM纤维,其3 d抗压强度仍可达到4.16MPa,满足A类和B类R1级纤维水泥板强度4 MPa的要求。加入适量POM纤维(1%)可以明显增加纤维增强水泥板强度。此外,制备过程中纤维增强水泥板CO_(2)排放量减少约20%,二氧化硫(SO_(2))和氮氧化物(NO_(x))等污染物的排放也显著减少,同时环境中可溶性磷酸盐和氟化物等污染物含量也间接降低。

预分解窑分解磷石膏制硫酸联产水泥新技术

介绍了带分解炉悬浮预热器预分解(NSP)的技术特点。该技术以CO、H_(2)代替传统的焦炭作为还原剂,具有分解温度低、能耗低、窑气SO_(2)浓度高等优势。采用单台φ4 m×75 m NSP窑,三级预热器+烘干工艺,可联产1.0 kt/d硫酸和1.08 kt/d水泥熟料,1 kg产品能耗2700 kJ。在磷石膏二氧化硅质量分数小于9%的地区,该技术能同时生产出优等品硫酸和合格水泥熟料产品,具有良好的经济效益和社会效益。

氧化钙高温改性磷石膏对水泥基胶凝材料性能的影响研究

磷石膏是磷化工产业过程中产生的固体废弃物,其主要成分为CaSO_(4)·2H_(2)O,具有产量大、组分复杂等特征,阻碍了其在胶凝材料中的应用。本研究利用氧化钙的碱性来去除磷石膏中的酸性杂质,探究氧化钙改性磷石膏的机理,对磷石膏水泥基胶凝材料的物理性能进行考察,结合SEM分析胶凝材料水化产物情况。结果表明:氧化钙能够消除磷石膏中的酸性杂质,减弱其对二水石膏晶体定向生长的抑制作用;掺入氧化钙后胶凝材料的安定性合格,初凝时间和终凝时间均下降;氧化钙的掺入有利于水泥基胶凝材料强度的发展,最佳的氧化钙掺量为2%;SEM结果显示,氧化钙消除了杂质的抑制作用,水化作用增强,层状的二水石膏晶体出现,有利于胶凝材料强度的发展。

弱碱激发条件下磷渣-水泥复合填料路用性能试验研究

将磷渣固化后作为路基或路面基层填料是固体废弃物资源化利用的有效途径,具有广泛的经济效益和社会价值。本文通过室内和现场试验,从强度和水稳性的角度分析了磷渣-水泥复合填料的路用性能,并通过具体工程案例论证了本文固化方案的可行性。试验结果表明,弱碱激发(pH=8.0)条件下磷渣混合料在压实、固化后可作为路基填料使用,但固化体强度形成较为缓慢,7 d抗压强度约为28 d的50%。经固化后的磷渣-水泥复合填料具备了一定的耐水性,水泥熟料掺量大于7%(质量分数)时,浸泡60 d后未出现影响完整性的破坏,固化体试样的软化系数随着水泥掺量的增加而下降。在保证强度的基础上,固化剂(Na_(2)SiO_(3))的使用可以减少水泥用量,提高磷渣固化方案的经济性;而过度碱激发(pH=10.0)虽然可以提高磷渣固化体的早期强度,但对28 d强度影响并不显著。现场的工程实践表明,本文提出的弱碱激发磷渣固化方法可以有效实现磷渣的资源化再利用,在公路路基和路面基层填筑工程中具有很强的可推广性。

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。

水泥-磷石膏稳定碎石路面基层材料的研究与应用

为了促进磷石膏的综合利用,改善水泥稳定碎石的抗裂性能。本文通过磷石膏部分取代细集料制备了一种水泥-磷石膏稳定碎石材料,系统地分析了材料强度、水稳性能和抗裂性能的影响因素。结果表明,水泥剂量、磷石膏掺量和集料级配均对水泥-磷石膏稳定碎石材料的强度有较大影响。适当将细集料的质量分数降低5%~10%,更有利于材料形成骨架密实型结构。磷石膏除了具有细集料的填充作用,还可以促进膨胀性钙矾石(AFt)晶体生长。磷石膏掺量为8%(质量分数)的水泥-磷石膏稳定碎石泡水养护7 d的强度保持率为73.4%,水稳性能良好,与水泥稳定碎石相比,其7 d强度提高了26.7%,28 d干缩应变降低了40.3%。在贵州省某二级路进行了工程应用,试验段检测的合格率为100%,验证了生产配合比的可行性。

高掺量磷石膏稳定红黏土胀缩特性

为研究高掺量磷石膏稳定红黏土胀缩变形特性,改变以往磷石膏和水泥作为外掺固化剂改良土的研究思路,把磷石膏和红黏土作为主要原材料,以水泥含量5%,磷石膏和红黏土比例1∶1、1∶2、1∶3的配比制作试样,研究不同含水率、不同压实度下素红黏土和磷石膏稳定红黏土胀缩变形特性。结果表明:素红黏土绝对膨胀率在0~3 h线性增加,3 h后基本达到稳定;磷石膏稳定红黏土绝对膨胀率在0~3 h缓慢增加,变形量小于素红黏土,3 h后变形量持续增加,在2 d左右超过素红黏土,表现出更大的膨胀性,膨胀稳定时间为10 d左右;磷石膏水泥稳定红黏土混合料绝对膨胀率相较于素红黏土膨胀变形具有滞后作用,磷石膏和水泥的掺入可以有效降低混合料前期的膨胀变形,且同一含水率条件下,磷石膏掺量越低,绝对膨胀率越大;磷石膏稳定红黏土初始含水率越低,绝对膨胀率越大;磷石膏稳定红黏土和素红黏土线缩率随含水率、压实度的增大而增大;水平收缩率随含水率的增大而增大,随压实度的增大而减小;相同含水率和压实度下,磷石膏水泥稳定红黏土线缩率大于素红黏土,水平收缩率小于素红黏土;高掺量磷石膏稳定红黏土7 d龄期无侧限抗压强度能够满足规范对二级及以下公路底基层水泥稳定材料强度的要求,但其膨胀变形较大,且稳定时间较长;建议在磷石膏水泥稳定红黏土中掺外加剂进一步研究以减小其膨胀变形。

大掺量磷石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度研究

采用大掺量磷石膏、粒化高炉矿渣和熟石灰制备石膏矿渣水泥,通过水化热、化学收缩、孔溶液pH值和抗压强度试验,并结合XRD和SEM-EDS测试,探究磷石膏掺量对石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度的影响规律。结果表明,当磷石膏的掺量从40%增大到70%(质量分数,下同)时,水泥浆体的第三放热峰峰值逐渐减小,14 d化学收缩从0.066 mL·g^(-1)增大到0.193 mL·g^(-1),早期(0~1 d)化学收缩速率明显增大,孔溶液pH值在28 d龄期内趋于稳定,且与28 d龄期相比,90 d龄期试件的抗压强度提高了12.3%~27.8%。XRD和SEM-EDS分析表明,水泥浆体中主要包含二水石膏、石英、钙矾石和C-S-H凝胶等物质。28 d龄期时,随着磷石膏掺量的增大,钙矾石的生成量从7.48%减小到2.84%,C-S-H凝胶的钙硅比(摩尔比)从1.08增大到2.24。