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1、·试验研究·IM&P化工矿物与加工2005年第5期文章编号:1008-7524(2005)05-0024-02X高强磷石膏建材的硬化机理11112222刘代俊,刘玉琨,钟本和,王雪梅,胡厚美,杨三可,胡海,周永波(1.四川大学,四川成都610000;2.贵州宏福实业开发有限总公司,贵州福泉550501))摘要:研究了磷石膏高强度新型建材的强化机理,探索了一条不同于国外高压流程的新路。关键词:磷石膏;建材;硬化机理+中图分类号:TQ127.44文献标识码:A0引言强石膏块的工艺路线。近期与宏福公司合作,并磷石膏是磷铵厂和磷酸氢钙厂排
2、出的工业废投资建设了生产性试验装置,开车获得成功。渣。我国近百套磷铵装置排放的磷石膏每年超过1高强度磷石膏材料的强化新途径2000万t,占据大量土地,严重污染环境。磷石本项目的思路是引进一种复合粘接剂,首先膏与天然二水石膏化学成分相同,结晶形态与二形成基本的网状体,同时粘接剂与磷石膏发生化水石膏相似,含CaO大于30%,并含有少量游离学反应,形成新的物相以增强网结构体,磷石膏通磷酸、氟及有机物,因此磷石膏可以用作建材制品过重新结晶,形成高强度的晶体填充在网中。在的原材料。同时,随着国家墙改政策的实施,粘土这三种机理的共同作用下,获
3、得高强度材料。砖的使用受到了限制,对代替粘土砖的新型墙体1.1骨架的形成材料的需求量日益增大。但目前的石膏墙材的强目前,建筑上使用的石膏制品抗水性差,这主度都较低,随着现代建筑的发展,迫切需要高强度要是因为石膏的水化产物与其它水硬性胶凝材料砌块,这给磷石膏的利用提出了新的难题。相比,具有大得多的溶解度。为提高材料的水硬国外磷石膏在建筑材料上主要用于生产石膏性,同时形成硬骨架,研究中筛选了多种凝胶材板,在砌块方面主要通过石膏煅烧转变为半水石料,这里以水泥一类的材料为例。膏后再水化成二水石膏砌块,强度较低。有关高水泥类材料的水化理论十
4、分复杂,主要的水强度磷石膏砌块方面的报道,仅见美国MiamiU2化反应可表示如下:niversity和BahrainUniversity的研究人员在磷石2[3CaO·SiO2]+6H2O→[3CaO·2SiO2·膏中掺入砂,波特兰水泥等,在高压下压制成标3H2O]+3Ca(OH)2(1)砖,据说抗压强度可达38MPa。2[2CaO·SiO2]+4H2O→[3CaO·2SiO2·四川大学为解决磷石膏污染问题,从1998年3H2O]+Ca(OH)2(2)即开始了石膏基复合化学建材的研制工作。通过2[3CaO·Al2O3]+27H2O→
5、4CaO·Al2O3·综合分析国内外文献,在实验室对石膏基砌块的19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O(3)胶凝机理进行了实验和理论研究,采用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射对材料的介微观状况进反应式(1)、(2)中硅酸三钙和硅酸二钙是硅行了分析,对采用磷石膏研制高强度砖和砌块作酸盐水泥的主要成分,总含量约70%。硅酸三钙了大量的工作。研究中摒弃了采用高压和树脂强与硅酸二钙的水化过程极为相似,两者之间的差化的思路,创新性地开发了低压、低价材料制备高别在于硅酸二钙比硅酸三钙的水化速度慢,约为X收稿日期:2004-12-19·24·
6、·试验研究·IM&P化工矿物与加工2005年第5期硅酸三钙的1/20。它们的水化反应产物是水化晶后的材料断面结构。硅酸钙和氢氧化钙,而水化硅酸钙是一种成分多微观结构的变化最终导致宏观物理力学性能变的无定性物质,但在一定条件下可形成具有较明显提高。磷石膏不再仅仅是起填充作用的惰性好晶形的托勃莫来石,化学式为5CaO·6SiO2·集料,其本身也是一种胶凝材料,因而显著地增加nH2O,具有良好的物理力学性能。了材料强度。反应(3)中铝酸三钙对水泥的早期快速水化2实验材料的测试起着重要的作用。碱性条件下铝酸钙盐与石膏反实验中结合对机理的分
7、析,筛选了大量配方应可生成钙钒石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)。与工艺条件,其中水泥添加量与抗压强度间的关图1是在试件中观察到的棱柱状的钙钒石,系在图3中表示。由于实际探索中,为了强化材长约3～4μm,直径0.5～1μm。旁边的颗粒状料内部的反应与结晶过程,促进材料硬化的顺利物质为无定形水化硅酸钙。进行,需要添加一定量的活化剂和促进剂,因此图中磷石膏的含量是变化的。水泥类粘结剂的量并不是越多越好,它们和磷石膏之间也有级配的问题,最佳的配合能使反应产物相互镶嵌,质地密集,从而获得较高的强图1材料坯块中的钙矾石和水
8、化硅酸钙度。这里磷石膏质量分数分别为60%、65%、1.2磷石膏的再结晶70%,可以看出试件强度随水泥量的加入而增加,磷石膏主要的化学成分是β型二水石膏(Ca2但到一定程度时,变化趋势近于平缓。SO4·2H2O),其脱水与水化反应为:CaSO4·2
