磷石膏復(fù)合制備墻磚的研究

磷石膏復(fù)合制備墻磚的研究

磷酸石膏是磷酸肥料產(chǎn)生的工業(yè)廢物。大量磷石膏的排放不僅占用了土地，而且污染了環(huán)境?，F(xiàn)在，主要研究使用磷酸石膏來制作水泥緩沖液和建筑材料。由于磷酸石膏中含有少量雜質(zhì)，對(duì)其使用有顯著影響，因此在應(yīng)用前必須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的預(yù)算編制。磷石膏預(yù)處理方法有很多，主要包括洗水、磨坊、浮選、石灰研磨、燃燒和濕篩。目前,國內(nèi)外均有用磷石膏制備墻體材料的研究,但利用磷石膏制備承重墻體材料還沒有成熟的技術(shù)出現(xiàn).本文首先以不同蒸汽條件對(duì)磷石膏原料進(jìn)行預(yù)處理,再利用預(yù)處理后的磷石膏制備用于承重的墻磚,取得了滿意的效果.1測試1.1蒸汽預(yù)處理系統(tǒng)磷石膏來自湖北襄樊某化工廠,其主要組分為CaSO4·2H2O(含量1)在90%以上),含有少量P2O5,F-和有機(jī)物等雜質(zhì).本試驗(yàn)對(duì)磷石膏均進(jìn)行了蒸汽預(yù)處理,方法是將磷石膏置于密閉的容器中,然后通入蒸汽.蒸汽預(yù)處理方式有2種:第一種為低壓蒸汽(蒸汽壓力為0.12MPa,蒸汽溫度為120℃)預(yù)處理;第二種為高壓蒸汽(蒸汽壓力為0.80MPa,蒸汽溫度為180℃)預(yù)處理.石硝為湖北某采石場的碎石渣,其石英含量在93%以上,粒徑≤10mm.粉煤灰為湖北襄樊某電廠濕排灰,其主要成分為SiO2和Al2O3.消石灰為湖北地區(qū)的生石灰加適量水消化并過0.5mm篩所得.消化用生石灰性能符合JC/T621—1996《硅酸鹽建筑制品用生石灰》的技術(shù)要求.為了改善磷石膏墻材的性能,采用了自制的復(fù)合外加劑.1.2磚坯的制備工藝將預(yù)處理后的磷石膏、石硝、粉煤灰、消石灰和復(fù)合外加劑按比例稱量,然后在強(qiáng)制式輪碾機(jī)中混合均勻(混合料含水率為15%),再裝入尺寸為240mm×115mm×53mm的自制模具,隨后放入壓力試驗(yàn)機(jī)中以20MPa的壓力成型,即制得磚坯.磚坯均在磚廠的蒸壓釜中進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù),相應(yīng)工藝參數(shù)為:蒸汽壓力0.80MPa,保壓時(shí)間4h,釜中總停留時(shí)間為8h.磚坯養(yǎng)護(hù)后,即制得標(biāo)準(zhǔn)墻磚.1.3抗壓強(qiáng)度破碎后的xrd分析和sem檢測墻磚的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗凍性能檢測均按照GB/T2542—2003《砌墻磚試驗(yàn)方法》的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行.在測完抗壓強(qiáng)度破碎后的磚塊中取樣,然后將其置于無水乙醇中浸泡24h以終止水化,再在40℃下烘干,隨后進(jìn)行XRD分析和SEM檢測.X射線衍射分析采用D/Max-3B粉晶衍射儀,掃描電鏡分析采用JSM-5610LV掃描電鏡.2對(duì)結(jié)果的分析與討論2.1低壓蒸汽預(yù)處理磷石膏對(duì)墻磚強(qiáng)度的影響在磷石膏摻量為35%,消石灰摻量為10%,石硝和粉煤灰質(zhì)量比為2∶1,復(fù)合外加劑摻量為1%的條件下,以未經(jīng)預(yù)處理、經(jīng)低壓蒸汽預(yù)處理和高壓蒸汽預(yù)處理的磷石膏制得墻磚,然后對(duì)墻磚的強(qiáng)度進(jìn)行測試,結(jié)果見圖1.從圖1可見,以低壓蒸汽預(yù)處理過的磷石膏制備的墻磚的強(qiáng)度最佳,其抗折強(qiáng)度為2.89MPa,抗壓強(qiáng)度為13MPa.后續(xù)試驗(yàn)中全部采用經(jīng)低壓蒸汽預(yù)處理的磷石膏.2.2磷石膏摻量對(duì)墻磚抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響在消石灰摻量為10%,石硝和粉煤灰質(zhì)量比為2∶1,復(fù)合外加劑摻量為1%的條件下,磷石膏摻量對(duì)墻磚強(qiáng)度的影響見圖2.圖2表明:當(dāng)磷石膏摻量為30%時(shí),墻磚抗壓強(qiáng)度達(dá)到24.6MPa,抗折強(qiáng)度達(dá)到3.9MPa;當(dāng)磷石膏摻量為40%時(shí),墻磚抗壓強(qiáng)度為15.9MPa,抗折強(qiáng)度為3.0MPa;當(dāng)磷石膏摻量為50%時(shí),墻磚抗壓強(qiáng)度為10.5MPa,抗折強(qiáng)度為2.3MPa,已經(jīng)不符合承重墻材的要求.綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和強(qiáng)度性能,磷石膏摻量以40%為宜.2.3粉煤灰摻量對(duì)墻磚強(qiáng)度的影響在磷石膏摻量為40%,消石灰摻量為10%,復(fù)合外加劑摻量為1%的條件下,粉煤灰摻量對(duì)墻磚強(qiáng)度的影響見圖3.從圖3可以看出,10%和20%的粉煤灰摻量對(duì)墻磚強(qiáng)度的影響不是很大,但粉煤灰摻量為30%時(shí),墻磚的強(qiáng)度較差,因此粉煤灰適宜摻量為10%～20%.2.4消石灰摻量對(duì)墻磚強(qiáng)度的影響在磷石膏摻量為40%,石硝和粉煤灰質(zhì)量比為2∶1,復(fù)合外加劑摻量為1%的條件下,消石灰摻量對(duì)墻磚強(qiáng)度的影響見圖4.圖4表明,隨著消石灰摻量的增加,墻磚強(qiáng)度隨之升高.這是因?yàn)橄业募尤爰瓤梢灾泻土资嘀械牧姿岷蜌浞岬扔嗨?又能提供充足的活性氫氧化鈣.活性氫氧化鈣與原料中的活性氧化硅、氧化鋁在蒸汽壓作用下發(fā)生反應(yīng),從而改善了磷石膏墻磚的強(qiáng)度.消石灰摻量的最優(yōu)水平為15%.2.5不同摻加量復(fù)合外加劑對(duì)墻磚強(qiáng)度的影響在消石灰摻量為10%,磷石膏摻量為40%,石硝和粉煤灰質(zhì)量比為2∶1的條件下,復(fù)合外加劑摻量對(duì)墻磚強(qiáng)度的影響見圖5.圖5顯示:不摻和摻加1%復(fù)合外加劑的墻磚強(qiáng)度相差不大;當(dāng)復(fù)合外加劑摻量達(dá)到3%時(shí),墻磚的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別為2.9MPa和17.0MPa;當(dāng)復(fù)合外加劑摻量達(dá)到5%時(shí),墻磚的抗折強(qiáng)度有所增加,但抗壓強(qiáng)度則明顯下降.上述表明,復(fù)合外加劑的適宜摻量在3%左右.2.6墻磚的凍融試驗(yàn)結(jié)果以磷石膏摻量為40%,石硝和粉煤灰質(zhì)量比為2∶1,復(fù)合外加劑摻量為1%,消石灰摻量為15%制備墻磚,然后對(duì)其進(jìn)行凍融試驗(yàn),結(jié)果見表1.由表1可見,墻磚經(jīng)凍融后,質(zhì)量損失微小,抗壓強(qiáng)度為18.6MPa,這表明以本條件制備的墻磚的抗凍性優(yōu)良,能夠在惡劣氣候地區(qū)使用.2.7硬石膏中caso4的變化磷石膏墻磚的強(qiáng)度很高.為了研究其強(qiáng)度形成機(jī)制,對(duì)以磷石膏摻量為40%,石硝和粉煤灰質(zhì)量比為2∶1,復(fù)合外加劑摻量為1%,消石灰摻量為15%制備的墻磚進(jìn)行了XRD分析和SEM分析,結(jié)果分別見圖6,7.由圖6可見:石英的衍射峰最強(qiáng),這主要是由于石硝中石英含量太高所致;硬石膏衍射峰很高,這說明了在0.80MPa蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下墻磚中大部分CaSO4·2H2O完全脫水生成CaSO4;在d=11.3?處有5CaO·6SiO2·nH2O(托勃莫來石)的衍射峰,說明在0.80MPa蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下磷石膏墻磚中形成了高強(qiáng)托勃莫來石結(jié)晶相.由圖7可以看到,團(tuán)狀的物質(zhì)被一層一層的板狀物質(zhì)所包圍,這些板狀物質(zhì)是托勃莫來石,它屬于一種結(jié)晶良好的C-S-H凝膠,具有良好的物理力學(xué)性能,是形成磷石膏墻磚強(qiáng)度的主要物質(zhì).磷石膏墻磚中的托勃莫來石主要是由消石灰中的氫氧化鈣與粉煤灰、石硝表層的活性SiO2反應(yīng)生成,該反應(yīng)在高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)中得到促進(jìn),生成的結(jié)晶相包圍著石膏晶體和石硝,形成了非常致密的結(jié)構(gòu),使水分難以進(jìn)入,從而使磷石膏墻磚的強(qiáng)度很高、抗凍性非常優(yōu)良.另外,磷石膏中大量的石膏相,在石灰、粉煤灰中活性Al2O3的共同作用下,很可能生成鈣礬石的結(jié)晶相.3承重墻材墻磚的制備1.以石硝作為骨料,低壓蒸汽預(yù)處理的磷石膏摻量