EPS-磷石膏复合体系的性能优化及调湿功能设计
作者单位：武汉理工大学
学位级别：硕士
导师姓名：马保国
授予年度：2019年
学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学]
摘 要：磷石膏是湿法生产磷酸或磷肥时排放的一种工业固体废弃物。目前国内外主要采用二水法生产磷酸或磷肥,每生产1吨PO排放4.5～5.5吨磷石膏。而目前磷石膏综合利用率不到20%,主要采用堆存的方式进行处理,我国磷石膏累计堆存量已超过3亿吨,占用大量的土地资源,且其中包含的可溶性磷、氟和有机物等杂质及有害重金属离子导致土地、水源污染,对人类生存环境造成严重的危害。目前,随着绿色建筑的发展,功能型建筑材料的需求日益增大,利用磷石膏制备功能型建筑材料,既是满足现代化建筑功能所需,更是提高磷石膏综合利用的有效途径,对发展绿色建材及废弃物的资源化利用具有重要意义。本文依托于“十三五国家重点研发计划(2016YFC0700904)和湖北省重大科技创新项目(2017ACA177),利用磷建筑石膏制备一种具有调湿功能的轻质建筑材料,主要对以下几个方面进行了研究:研究了羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)对石膏浆体流变性、保水性、力学性能以及孔结构的影响规律,并探究了浆体粘度与发泡聚苯乙烯(EPS)在浆体中分层度的关系,确定了合适的HPMC掺量;研究了不同种类改性剂对EPS颗粒接触角和粘结强度的影响规律,分别从EPS颗粒的造壳工艺和石膏复掺硫铝酸盐水泥增强基体性能两方面入手,提出了合适的性能优化方法;研究了改性条件对EPS-磷石膏复合体系吸、放湿及力学性能的影响规律,实现了石膏材料调湿功能的优化,具体为:1、HPMC的长分子链在拌合过程中缠结成网状结构,将石膏和拌合用水有效包裹,可以改善浆体的泌水性,优化石膏硬化体的孔结构,在一定情况下可以改善硬化体的性能。当HPMC掺量为0.20%时,EPS在浆体中基本不分层,硬化体的强度相对最优。在此配比条件下,30%EPS体积比的硬化体绝干容重为862kg/m,绝干抗压强度为3.90MPa,绝干抗折强度为2.41MPa,导热系数为0.3225W/m·K;2、综合考虑接触角和粘结强度,由三乙醇胺:乙烯-醋酸乙烯酯为1:1配制成的复合改性剂对EPS的改性效果最好,其中的疏水基团与EPS表面产生物理吸附,亲水基团则定向排列在EPS表面,与胶凝材料中的亲水物质发生反应。使用此复合改性剂对EPS颗粒进行改性陈化分散处理,对硬化体的性能有一定提升;而使用磷建筑石膏复掺硫铝酸盐水泥能够明显提高硬化体的强度。对比两种性能增强方式,后者对EPS轻质石膏材料的力学性能提升更显著,当硫铝酸盐水泥掺量为25%时,绝干状态下EPS石膏硬化体的抗压强度为6.04MPa,抗折强度为3.42MPa;3、CaCl溶液中的离子能与调湿材料表面的离子发生反应,使样品介孔数量增多,平均孔径增大,具有良好的改性效果,当CaCl溶液浓度为30%时改性效果最佳。将改性后的调湿组分加入EPS石膏体系中,当调湿组分掺量为20%时硬化体的吸放湿性能相对最优,此时掺入硅藻土的试块48h吸、放湿率分别为10.75%和1.28%;掺入海泡石的试块48h吸、放湿率分别为4.26%和0.80%。此外,调湿组分的掺入会略微降低EPS-磷石膏复合体系的力学性能。
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