磷石膏是磷化工企业的工业副产品,其产量和累计存储量都十分巨大,由于高处理成本和低综合利用率,磷石膏也被认为是最难利用的固体废物之一。磷石膏的堆积不仅占用了大量的土地资源,而且对周围环境造成严重污染和破坏。将磷石膏用于制备胶凝材料是一种有效处理磷石膏的方法,但磷石膏胶凝材料存在早期强度较低和制品体积稳定性不佳等问题。目前磷石膏胶凝材料主要用于制备地坪砖、护坡石、植草砖和路缘石等无筋制品,不能作为结构材料和承重材料。本文将原状磷石膏干燥过筛,直接制备磷石膏-水泥复合高硫胶凝材料和磷石膏-水泥-矿粉-生石灰复合高硫胶凝材料,添加适量氯化钡,通过测定高硫胶凝材料的凝结时间、力学性能、孔结构、体积稳定性和抗碳化性等性能来研究Ba²⁺对高硫胶凝材料结构和性能的影响规律;并通过孔溶液pH值、Ca²⁺含量、XRD和SEM等分析测试手段研究Ba²⁺在高硫胶凝材料中稳定控制AFt形成的机理。本文通过系统的试验分析和研究,主要得到以下结论:1.磷石膏-水泥复合高硫胶凝材料中,磷石膏掺量分别为5wt%、10wt%、15wt%和20wt%时,添加适量氯化钡能有效改善其结构和性能,为进一步研究氯化钡在磷石膏-水泥-矿粉-生石灰复合高硫胶凝材料中的作用提供了基础。2.磷石膏-水泥-矿粉-生石灰复合高硫胶凝材料中,随着氯化钡、水玻璃以及氯化钡-水玻璃掺量的增加,复合胶凝材料的凝结时间缩短,抗压强度先增大后减小。当氯化钡掺量为18wt%时,试样初凝时间缩短到270min;28d抗压强度达到32.8MPa,比试样增大了60.0%。氯化钡和水玻璃复掺16wt%时,试样初凝时间缩短到180min;28d抗压强度达到38.1MPa,比试样增大了85.8%。即适量氯化钡和水玻璃改善了高硫胶凝材料的凝结时间和力学性能。3.磷石膏-水泥-矿粉-生石灰复合高硫胶凝材料体系中,随着氯化钡、水玻璃以及氯化钡-水玻璃掺量的增加,制品总孔隙率降低,平均孔径下降,线膨胀率也降低。当氯化钡掺量为18wt%时,试样总孔隙率降低了36.9%,28d线膨胀率降低了35.6%;氯化钡和水玻璃复掺16wt%时,试样总孔隙率降低了48.1%,28d线膨胀率降低了68.9%。即适量氯化钡和水玻璃能有效改善高硫胶凝材料制品孔隙率、孔隙尺寸、孔径分布和体积稳定性。4.氯化钡的掺入导致复合高硫胶凝材料溶液中Ba²⁺浓度升高,与体系中SO₄^2-反应形成BaSO₄沉淀,固化体系中部分SO₄^2-,抑制水化后期延迟性钙矾石形成,改善和提高制品的结构和性能。氯化钡-水玻璃复合外加剂的掺入既有效促进了体系中水化早期AFt形成又抑制了水化后期延迟性钙矾石的形成,稳定控制高硫胶凝材料体系中AFt的形成时期,改善了高硫胶凝材料的结构和性能。