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1、高掺量磷石膏耐水蒸压砖的研制曹建新1*,杨林1,杨三可2,周永波2,（1.贵州大学，贵州，贵阳,5500032.瓮福（集团侑限责任公司，贵州福泉,550501）摘要：以磷石膏为主要原料，掺入适量磷渣粉和激发剂，经过加压成型后，于200P下，采 用蒸压养护方式制成高掺量磷石膏耐水蒸压砖。该砖平均抗压强度达到12.10MPa，平均抗 折强度达到3.00MPa，软化系数0.84，磷石膏利用率达到70%以上。关键词：高掺量；磷石膏；蒸压砖。0.前言目前，我国在以磷石膏为原料制备建材的研制应用方面已取得的研究成果较多，应用最 多的是利用磷石膏生产石膏砖、石膏砌块等1-4。但是，石膏制品存在一个共同的弱点
2、，耐 水性（抗水性）差，从而极大地限制了石膏制品的应用范围。国内外研究学者也正致力于石 膏制品的耐水性研究，其中较为常用的技术手段是，采用在石膏中掺加矿渣、活性火山灰质 材料等，再通过自然养护、蒸养（70r）或蒸压（120C）的方法制备耐水性石膏制品。但 是，采用这些技术制备的石膏制品主要水化产物是二水硫酸钙以及少量的水硬性胶凝材料。 若要提高制品的耐水性能，就需要增加活性火山质材料的掺量3,5。这势必降低磷石膏的利 用率。介于目前制备技术存在的这些问题，我们考虑到石膏有三种晶相（二水硫酸钙、半水 硫酸钙、无水硫酸钙），它们的溶解速度存在差异，其中无水硫酸钙的溶解速度最小。因此， 本文通过高温
3、蒸压的方法使石膏相转变为无水硫酸钙，同时设法在制品中形成一定的水硬性 物质并交互错生在无水硫酸钙的微观结构中，从而制备出高掺量磷石膏耐水蒸压砖。1. 实验原材料磷石膏：取自贵州某湿法磷酸厂，化学成分见表1。磷渣粉：取自贵阳某黄磷厂，主要矿物为非晶态的玻璃体，化学成分见表1。激发剂：自制。表1原料化学组成wt/%原材料SiO.Al。CaOMgOSO.FP2O5FeOcrystal water22 33252 3磷石膏3.080.4129.820.1141.860.412.352.3519.11磷渣37.493.5243.361.731.063.411.672. 实验方法按照不同的质量比，称取磷石
4、膏、磷渣粉、激发剂等物料，将其混合均匀，添加适量水 后，均匀搅拌，陈化3h。在一定压力下压制成试块，试块尺寸240mmx115 mmx53mm， 室 温下预养护3-5d后入蒸压釜，在200C下，蒸压养护8上自然冷却后出釜。制品的各项性能指标参照GB11945-1999蒸压灰砂砖、JC422-1991非烧结普通粘土 砖，以及GB6566-2001建筑材料放射性核素限量标准进行测试。从待测样品中截取部 分研磨并过100目筛，用Siemens公司D5000型X射线衍射（X-ray diffiracticon, XRD）仪 （CuKa）进行物相分析。从断裂样品表面截取新鲜断面，经喷碳处理后在日本JMS
5、-5600LV 型扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）下观察样品的显微结构。项目来源：贵州省工业攻关项目，黔科合GZ字（2009） 3008。3. 结果与讨论3.1磷渣粉对蒸压砖抗压强度及耐水性能的影响实验固定激发剂外掺量3%,通过掺入一定量磷渣粉，探讨磷渣粉的掺入对制品抗压强 度及耐水性能的影响，实验结果见表2。表2磷渣粉掺入对试块强度及耐水性能的影响样品编号磷石膏掺量/%磷渣粉掺量/%激发剂外掺量/%抗压强度/MPa软化系数1#100031.120.252#7525312.320.86由表2可见，未掺磷渣粉的样品1#抗压强度只有1.12MPa
6、，软化系数0.25。当掺入25% 磷渣粉后，样品2#抗压强度增大到12.32MPa，软化系数0.86。由以上实验数据表明，磷渣粉掺入对试块抗压强度影响较大。从表1化学成分可见，磷 石膏中SiO2化学成分含量较低，因此，在200r蒸压养护时，样品1#未形成大量的水硬性硅 酸盐胶凝物质，导致强度低，软化系数小。当样品2#中掺入磷渣粉组分，提高了体系中活 性Sio2的量，在200r蒸压养护以及水蒸汽为介质的作用下，磷渣粉中部分SiO2在碱性溶 液中溶解，它同溶于液相中的Ca（OH）2结合形成水化硅酸钙（d=3.0355A，2.7153A，1.9103A 衍射峰）和托贝莫来石（d=11.3834A，3
7、.0806A，2.9684A衍射峰），同时，磷石膏中的二水 石膏相全部转变为CaSO4 （d=3.5037A，2.8501A，2.3306A衍射峰）（如图2所示），有效地 防止了水对制品的侵蚀作用，软化系数增大。从图3可知，呈纤维状水化硅酸钙、托贝莫来 石等水硬性水化产物包裹在硬石膏的周围，它们之间通过接触点相联结，形成结晶连生体刀，3.2磷渣粉细度对蒸压砖抗压强度及耐水性能的影响物料水化反应速率的快慢直接影响到磷石膏蒸压砖抗压强度及耐水性能的好坏，而反应 物颗粒尺寸的大小是影响反应速率的主要因素之一。本研究通过控制磷渣粉的细度，来提高 材料的活性和反应面积。实验固定磷石膏、磷渣粉掺量分别为7
8、5%、25%，外掺激发剂3%， 将磷渣磨至不同的细度，以考察磷渣粉细度对蒸压砖抗压强度及耐水性能的影响，结果见图 4。从图4可知，随着磷渣粉细度的增大，磷石膏蒸压砖的抗压强度及软化系数都呈增大趋 势，这是由于磷渣粉颗粒尺寸越小，反应体系比表面积越大，反应界面和扩散截面也相应增 加，同时按威尔表面说6，随着颗粒尺寸减小，键强分布曲线变平，弱键比例增加，使反应 和扩散能力增强，故而物料水化反应速率增大，有利于磷石膏蒸压砖中水硬性水化产物大量生成，从而提高制品的抗压强度及软化系数。但是，当磷渣粉细度增大到650 m2/kg左右时， 制品的抗压强度与软化系数的增长呈平缓趋势。因此，磷渣粉的细度控制在6
9、50 m2/kg左右 比较适宜。软化系数图4磷渣粉细度对试块强度及耐水性能的影响3.3激发剂对蒸压砖抗压强度及耐水性能的影响实验固定磷石膏75%，磷渣粉25%，通过外掺一定量的激发剂，探讨激发剂掺入对制 品抗压强度及耐水性能的影响，结果见表3。表3激发剂掺入对试块强度及耐水性能的影响样品磷石膏掺量磷渣粉掺量激发剂外掺量抗压强度软化编号/%/%/%/MPa系数1#752502.950.452#7525312.320.86由表3可见，未掺激发剂的样品1#抗压强度与软化系数的数值都较小。只有当外掺3% 激发剂后，样品2#抗压强度和软化系数的数值显著增大。这是由于磷渣粉是一种具有潜在 水化活性的废渣，
10、激发剂能为磷渣粉中的活性SiO2提供碱性环境，OH刘入到磷渣粉玻璃 体的空穴中，促进磷渣粉的分散和溶解，使其玻璃体的活性SiO2在蒸压条件下，生成更多 的水硬性胶凝物质，提高制品的强度和耐水性能。因此，水化反应时，体系的碱度对强度发 展影响较大，只有当体系的碱度调整到合适的范围，才有利于增加产品的水化产物量，将无 水石膏颗粒结合成一体，提高产品的密实度。在本实验条件下，激发剂外掺量控制在3.0% 左右为佳。3.4磷石膏蒸压砖物理性能通过以上对磷石膏蒸压砖中胶凝材料、激发剂掺入的确定，可得制品的配比为磷石膏 75%，磷渣粉25% （细度为650 m2/kg左右），外掺激发剂3%，其物理性能检测结
11、果见表4、 表5。表4磷石膏蒸压砖检测指标比较序号检验指标GB11945-1999 或 JC422-91 指标实测值单项结论平均值1012.10合格1抗压强度/MPa单块最小值8.09.382抗折强度/MPa平均值2.53.00合格单块最小值2.02.043吸水率/%0.650.84合格5饱水强度/MPa810.10合格6抗冻性(抗压强度损失率)/%258.26合格7单块砖的干质量损失率/%2.01.56合格表5磷石膏蒸压砖的放射性检测结果一检验数据及标准值坝曰CRa_Ct_CK内照射指数匚外照射指数I.,耐水磷石膏砖68.526.44191.450.340.26建筑主体材料技术要求-1.01
12、.0由表4可以看出磷石膏蒸压砖抗压强度、抗折强度、抗冻性达到GB11945-1999蒸压灰砂砖的MU10等级指标要求，吸水率、饱水强度、软化系数达到JC422-1991非烧结普通粘土砖指标要求，由表5可以看出磷石膏蒸压砖放射性符合GB6566-2001建筑材料放射性核素限量标准要求。因此，高掺量磷石膏耐水蒸压砖可以广泛地用于建筑物的内墙 和外墙。4. 结语利用磷石膏、磷渣粉、激发剂生产蒸压砖，解决了磷石膏在生产墙体材料砖时磷石膏掺 量低、强度差、软化系数较低的问题。利用磷石膏中石膏相的转变，生成无水硫酸钙，达到 磷石膏高掺量的目的。利用磷渣粉提供活性硅组分，通过活性激发，制品的各项物理性能指
13、标达到国家相关标准的要求。参考文献：1林倩，吴红，曹建新等.浇注成型法制磷石膏轻质墙体砖的研究J.贵州工业大学学报(自然科学版),2006(4): 42-45.2 刘代俊，刘玉琨，钟本和等.高强度磷石膏砌块的研制J.磷肥与复肥.2004(1): 64-65.3 王雪梅，刘代俊，钟本和.磷石膏砖块的研制J.化工矿物与加工.2002(1): 16-18.4 陈圣波.用磷石膏制新型墙体砖J.化工环保.2000(2): 64-65.5 赵建华，杨玉发，王伟.磷石膏制耐水型石膏砌块的研究与应用J.硫磷设计与粉体工程，2008，(01)6 n.u.波任诺夫.蒸压材料工艺学M.北京：中国建筑工业出版社，19
14、85.7 王舫.低硅尾矿加气混凝土蒸养条件下反应机理的研究J.武汉理工大学学报，2003(2): 29-31.Prepare on High phosphogypsum Content and WaterResistant Autoclaved BrickYanglin1, Yang sanke2, Zhou yongbo2, Cao jianxin1*,(1.Guizhou University, Guiyang, Guizhou 5500032. Wengfu group limited liability company, Fuquan, Guizhou 550501)Abstract: High phosphogypsum content and water resistant autoclaved brick is obtained by means of taking phosphogypsum as main raw material, adding proper amount of phosphorous slag and activator, and then compression moulding, autoclaved curing under the temperature of 200C. The mean comp
