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磷石膏改性处理及其对水泥性能的影响研究

磷石膏改性处理及其对水泥性能的影响研究

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作者：桂彬贵州大学

学位级别：硕士

磷石膏是湿法磷酸过程中产生的固体废弃物,大量堆积的磷石膏不仅占用土地,还污染周边环境。因此,对磷石膏的资源化利用显得尤为重要。目前,磷石膏用于水泥基制品中是扩大磷石膏资源化利用的新途径。但是,磷石膏中可溶性磷、氟,以及快速... 详细信息

磷石膏是湿法磷酸过程中产生的固体废弃物,大量堆积的磷石膏不仅占用土地,还污染周边环境。因此,对磷石膏的资源化利用显得尤为重要。目前,磷石膏用于水泥基制品中是扩大磷石膏资源化利用的新途径。但是,磷石膏中可溶性磷、氟,以及快速大量的溶出SO离子都会严重影响水泥的水化过程及胶凝强度,导致掺量低。制约了磷石膏在水泥基建材中的大规模应用。基于此,本文采用生石灰、阳离子淀粉、水泥以及粉煤灰对磷石膏进行表面改性处理,去除可溶性磷、氟,改变磷石膏的溶解性能;并用成球工艺制备磷石膏球,研究改性磷石膏对水泥性能的影响。首先,本文采用生石灰、阳离子淀粉及水泥等对磷石膏进行表面改性处理,经一段时间养护后,制得改性磷石膏粉,研究了生石灰、阳离子淀粉、水泥、粉煤灰掺量对磷石膏溶解性能的影响,并采用SEM-EDS对改性磷石膏粉进行微观形貌分析。结果表明:随着生石灰掺量的增加,改性磷石膏p H值变大,适宜掺量为4%;随着糊化阳离子淀粉掺量增加,改性磷石膏粉溶解性能降低,当糊化阳离子淀粉掺量为10%、养护时间为3d,改性磷石膏粉在水中浸泡8h时滤液中SO浓度为0.56g/L;同时,改性磷石膏在水中溶出SO的量比饱和Ca(OH)溶液中少;通过SEM分析表明掺生石灰及阳离子淀粉改性磷石膏粉表面会形成致密的薄膜。随着水泥、粉煤灰掺量及养护时间的增加,改性磷石膏粉的溶解性能降低,当水泥、粉煤灰掺量均为10%,养护时间7d时,改性磷石膏浸泡8h后滤液中SO浓度0.30 g/L;由SEM分析表明改性磷石膏粉表面被一层絮状物包裹,结合EDS分析可知,絮状物是水泥的水化产物水化硅酸钙、钙矾石等。生石灰-水泥-粉煤灰-糊化阳离子淀粉改性磷石膏,其效果比单一阳离子淀粉改性效果好,比水泥-粉煤灰改性效果差。其次,在生石灰、糊化阳离子淀粉、粉煤灰用量不变的情况下,适当改变水泥的用量,制备出具有一定强度的磷石膏球。研究了水泥掺量及成球时用水量对磷石膏球物理性能的影响。结果表明:随着水泥掺量增加,磷石膏球的溶解性能降低,水泥适宜掺量20%。成球过程中,增大用水量将导致改性磷石膏球粒径增大,堆积密度、表观密度、空隙率变小,所得改性磷石膏球1h吸水率变大、溶解性能增加。经过筛分所得不同粒径的改性磷石膏球1h吸水率、溶解性能、压碎值随着粒径增加而变大,而磷石膏球的溶解性能随着养护时间增加下降;由SEM分析可知,随着水泥掺量增加,改性磷石膏球球形更为饱满,粒径越大,所制得磷石膏球内部空心化也越严重。最后,分析对比掺改性磷石膏、原状磷石膏以及细砂的水泥浆体标准稠度用水量、凝结时间、早期强度,并通过XRD、SEM、TA/TAM AIR(水泥水化仪)、MIP(压汞法)对水泥硬化体进行表征。结果表明:掺改性磷石膏水泥浆体比原状磷石膏水泥浆体的标准稠度用水量要少、凝结时间明显缩短、早期强度显著提升;掺磷石膏球水泥浆体比细砂水泥浆体标准稠度用水量有所提高、凝结时间有所延长、强度有所下降。但是,比掺改性磷石膏粉水泥浆体的效果好;通过XRD分析表明,掺改性磷石膏以及原状磷石膏的水泥浆体硬化体的主要物相是Ca SO·2HO、水化C-S-H、Ca(OH)、以及钙矾石;通过SEM微观形貌分析,掺改性磷石膏的水泥硬化试样7d钙矾石以短柱状为主,28d水泥硬化试样内部更加致密,强度增加;通过水化热分析改性磷石膏水泥浆体的放热峰出现的时间比原状磷石膏水泥浆体提前;MIP分析改性磷石膏水泥硬化浆体的孔径比未改性磷石膏的水泥硬化浆体小。

关键词：改性磷石膏磷石膏球溶解性能水泥性能

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