【摘 要】
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磷石膏是湿法制磷酸工艺中排放的一种固体废弃物,由磷矿粉和硫酸反应得到,考虑经济和环保等问题,磷石膏亟待开发利用。Ⅱ型无水石膏是石膏五个相中的其中一相,有天然和人工制取的两种。在自然界中,存在于硬石膏矿中,结构致密,杂质较多,开发利用较少。石膏或化学石膏经脱水得到的Ⅱ型无水石膏为人工制取Ⅱ型无水石膏。Ⅱ型无水石膏可应用于建材、农业等行业,应用前景广阔。Ⅱ型无水石膏的强度发展与耐水性均优于β半水石膏,
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磷石膏是湿法制磷酸工艺中排放的一种固体废弃物,由磷矿粉和硫酸反应得到,考虑经济和环保等问题,磷石膏亟待开发利用。Ⅱ型无水石膏是石膏五个相中的其中一相,有天然和人工制取的两种。在自然界中,存在于硬石膏矿中,结构致密,杂质较多,开发利用较少。石膏或化学石膏经脱水得到的Ⅱ型无水石膏为人工制取Ⅱ型无水石膏。Ⅱ型无水石膏可应用于建材、农业等行业,应用前景广阔。Ⅱ型无水石膏的强度发展与耐水性均优于β半水石膏,是一种优质建筑材料。然而,Ⅱ型无水石膏的凝固速度较慢,必须通过活性激发才能被有效利用。通过粉磨减小磷石膏颗粒的粒径,增大比表面积,使磷石膏在煅烧过程中受热均匀,并预激发Ⅱ型无水石膏的活性。通过中温煅烧磷石膏制备Ⅱ型无水石膏,使用激发剂激发,并添加外加剂,制备出性能优良的Ⅱ型无水石膏基自流平材料。研究了粉磨对磷石膏颗粒粒径、比表面积及Ⅱ型无水石膏水化硬化的影响,结果表面,粉磨使得磷石膏颗粒粒径减小、比表面积增加,进而使得煅烧得到的Ⅱ型无水石膏活性增加。磷石膏的最佳粉磨时间为30min,此时磷石膏的粒径为16.4μm,比表面积为569.8 m~2/kg,粉磨时间超过30min后粉磨效率降低,造成能源浪费。研究了磷石膏在中温煅烧过程中杂质含量的变化。结果表明,经过中温煅烧处理,磷石膏表面上的可溶磷、可溶氟以及其他有害杂质被基本去除。研究煅烧温度对Ⅱ型无水石膏水化活性的影响,并研究各煅烧温度下制备得到的Ⅱ型无水石膏在添加激发剂时的物理性能。结果表明,在无激发剂时,500℃煅烧得到的Ⅱ型无水石膏抗折强度与抗压强度最大,28d抗折强度与抗压强度为4.29MPa、18.89MPa;在添加1%Na2SO4+10%石灰复合激发剂后,750℃煅烧得到的Ⅱ型无水石膏强度最高,28d抗压强度达到24.8MPa。研究了硫酸盐、建筑石膏、石灰、水泥对Ⅱ型无水石膏凝结硬化的影响。结果表明,激发剂能有效缩短Ⅱ型无水石膏的凝结时间,提高硬化体抗折强度与抗压强度,并使硬化体由体积收缩转变为体积膨胀。激发剂在一定程度上改善了Ⅱ型无水石膏的耐水性能。其中,水泥对耐水性的改善效果最好,石灰次之,硫酸盐、建筑石膏对耐水性的改善效果不明显。使用扫描电镜研究了激发剂对Ⅱ型无水石膏的作用机理。结果表明,激发剂的掺入提高了Ⅱ型无水石膏的水化率,使得硬化体中的Ca SO4·2H2O晶体含量大大增加,硬化体强度提高;此外,水泥的加入使得硬化体生成了钙矾石、C-S-H凝胶等新相,石灰的加入使得Ca SO4·2H2O晶体排列紧密,孔隙减少,这是硬化体耐水性提高的原因。通过正交实验确定了Na2SO4-石灰-粉煤灰复合激发剂的最优组合。经过研究发现,将75%Ⅱ型无水石膏、15%石灰和10%粉煤灰,外掺1%Na2SO4混合在一起制成的复合胶凝材料具有较高的力学特征,其中28d抗折和抗压强度分别达到5.21MPa和38.26MPa,软化系数达到0.89。使用逐次优化法研究了减水剂、消泡剂、保水剂的最佳掺量,确定了Ⅱ型无水石膏基自流平材料的配合比。胶凝材料为:70%Ⅱ型无水石膏、15%石灰、10%粉煤灰、5%硫铝酸盐水泥,外掺1%Na2SO4;外加剂为:0.2%聚羧酸高效减水剂、0.005%聚醚消泡剂、0.05%HPMC保水剂;水胶比为0.35。得到的Ⅱ型无水石膏基自流平材料性能指标为:初凝时间4h40min,终凝时间6h30min,3d抗折强度2.39MPa,3d抗压强度12.63MPa,28d抗折强度7.09MPa,28d抗压强度36.25MPa,28d拉伸粘结强度1.71MPa,收缩率-0.008%。以上性能均符合标准T/CBMF 82-2020《石膏基自流平砂浆》。
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