磷石膏水泥复合胶凝材料的水化机理.pdf

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1、第4期矿产综合利用No．42015年8月MultipurposeUtilizationofMineralResourcesAug．2015磷石膏水泥复合胶凝材料的水化机理王贻远，柳倩，刘家祥，任家安(1．北京化工大学材料电化学过程与技术北京市重点实验室，化工资源有效利用国家重点实验室，北京100029；2．济源市丰田肥业有限公司，河南济源459004)摘要：以废渣磷石膏作为掺合料替代部分水泥、添加聚羧酸减水剂，制备了胶结材和混凝土。结果表明：掺人5％的磷石膏的水泥胶砂强度均满足P．O42．5水泥的强度要求，掺入lO％～15％的磷石膏的水泥胶砂

2、强度能达到P．O32．5水泥的强度要求，胶砂试块的凝结时间及安定性均合格；采用磷石膏替代小于等于25％的水泥、添加2．0％～2．3％的聚羧酸减水剂，可配制c3o混凝土，其抗渗性能达到P12抗渗等级要求。对制备的不同龄期胶砂及混凝土试样进行XRD分析可知，磷石膏一水泥复合胶凝材料的水化产物主要是C．S-H凝胶和钙矾石(AFt)；磷石膏中的CaSO·2H：0可与CaO、A1：0，反应，生成AFt，增加硬化浆体的强度。且磷石膏颗粒细小，能起到微集料作用，增加硬化浆体的致密性。关键词：磷石膏；胶凝材料；强度；水化机理doi：10．3969／j．iss

3、n．1000-6532．2015．04．016中图分类号：TD989；TQ172文献标志码：A文章编号：1000—6532(2015)04—0063—07磷石膏是生产磷酸和磷肥过程中排出的一种混凝土却鲜有报道。本文以河南济源市丰田肥业有废渣¨J。通常情况下，每生产1t磷酸(P0)，将产限公司的磷石膏、水泥、砂子、石子、减水剂等为原生4．5～5．5t磷石膏J。磷石膏的主要成分为料，配制胶结材和混凝土，并研究了其水化机理。CaSO·2H：0，同时还含有磷、氟、二氧化硅、有机物1试验以及少量有害杂质，呈酸性，pH值一般在4．5以下。目前，我国磷石膏

4、堆放量上亿吨，磷石膏的1．1试验原材料大量堆存不仅占用土地，而且污染环境。磷石膏用试验原料主要有磷石膏、混凝土外加剂检测专来制硫酸联产水泥引、水泥缓凝剂’]、石膏用基准水泥(以下简称水泥)、石子、标准砂和外加板¨。。“及石膏砌块他的研究较多，但用它制备剂等，磷石膏和基准水泥的化学成分见表1。表1原材料的化学成分／％Table1Chemicalcompositionofrawmaterials收稿日期：2014-11—26基金项目：济源市科技计划项目(2012-13)作者简介：王贻远(1986一)，男，硕士研究生。通信作者：刘家祥(1964．)

5、，男，博士，教授。·64·矿产综合利用2015焦将磷石膏烘干、磨细、筛分作为试验用物料。用验方法》(GB／T1346—2001)进行。标稠用水量采用Easysizer20型激光粒度分布仪测试，磷石膏粉料粒标准法(试杆法)；安定性采用雷氏法测定。度分布为最小粒径0．76Ixm，最大粒径139．36m，1．2．2不同磷石膏掺量的水泥胶砂强度试验平均粒径为20．7lm。采用滦平中砂、三河碎石，采用磷石膏粉料、水泥、聚羧酸减水剂，分别进北京成城交大建材有限公司的CCAR型聚羧酸高效行不掺人磷石膏(即磷石膏替代水泥量为0)和磷石减水剂(以下简称聚羧酸减

6、水剂)为试验用的其他膏替代5％、10％、15％的水泥胶砂强度试验。原料。1．2．3不同磷石膏掺量的混凝土强度试验1．2试验及检测采用磷石膏粉料、水泥、中砂、碎石和聚羧酸减1．2．1水泥标稠用水量、凝结时间以及安定性测试水剂进行磷石膏掺量为0、20％和25％的混凝土强按《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检度试验。混凝土的试验配合比见表2。表2混凝土试验配合比(每m混凝土)Table2Mixingproportionsofconcretes(Permconcrete)注：表中2至4号试样外加剂添加量按2．0％、2．1％、2．2％、2．3％分别

7、试验。胶凝材料的质量指基准水泥和磷石膏的质量之和。外加剂和磷石膏掺合量为胶凝料的质量百分比。1．2．4磷石膏配制混凝土的抗渗性能试验用x射线衍射仪对磷石膏样品做X射线衍射依据GBJ82—85试验方法，磷石膏替代水泥量分析，得到磷石膏的x射线衍射图谱见图1。与标分别为0、20％、25％，进行混凝土的抗渗性能试验。准PDF卡片对照可知，其主要衍射峰的位置均和卡片PDF#33—0311相对应。由此可知，磷石膏的主要2结果与讨论成分为二水硫酸钙(CaSO·2H：O)。2．1磷石膏的微观分析2．1．2磷石膏的微观形貌分析磷石膏的SEM见图2，由图2可以

8、看出，磷石膏2．1．1磷石膏的X射线衍射分析的结晶形态为菱形或柱形的板状结构，尺寸在30～4Om之间，而且磷石膏中CaSO·2HO晶体表面有“瘤状物”，分析可能是磷