试制磷石膏耐水制品

1、试制磷行膏耐水制品蒋琨(贵州省建筑材料科学研究设计院，贵阳，550007)摘 要：通过正交试验，控制成型需水量，确定了试验室条件下较优的原材料配合比经检测，磷石仰制 品软化系数最商达0.8以上。2009年算3期40关键词：磷石膏；副产品；耐水性能；软化系数 0 前言磷石序足:湿法磷酸住产排放的副产品，街生 产n磷酸约产化45(磷冇膏。我国每年排放磷石 膏量约5 000万I,占工业刷产石膏的70%以上。 贵州省作为全国富磷矿最多的省份，年排放磷石 膏屋约850万t,约占全国总排放拭的17%,历年 粗放型处理堆积的磷石灯总址约3 700万t,如何 资源化磷石恃，必将成为今后-段时期里节能减 排的重

2、要任务。在欧美发达国家，石芳墙材占墙体材料的比 例在80%以上，工业制产石件主要用作石膏砌块、 石膏空心条板和粉刷石膏“而在我国，石仔建材 产品占房屋使用材料的比例不足5%,这主耍源于 石骨建材产胡“强度低，耐水性能差“。磷石诗作为T.业副产石骨，共制甜强度低、 耐水性能差的主要原因为：(1) 濟佝骨属十无机气硬性胶礎材料，只能 在空气中硬化、并保持或继续提商英强度，遇水 饱和后，其强度损失最髙可达70%o机理为：(a) 磷石齊处理为半水石#K7, 乂经历水化 硬化的过程。由于尢水化硬化过程中，掺入了远 髙于理论上半水石績转化为二水石修所需要的水 fit (理论水化需水鼠为1&7%),

3、在石膏浆体硬化 后，多余的水分从石自硬化体中逸出.从而产生 大址的空隙和毛细孔，这些孔隙相互贯通，只耍 石ff硬化体衣直接触到水分.水分就会很快渗透 到其内部，并冃水分町在石脊硬化体中反复改变 方向进行迁移，导致石膏硬化体吸水率较大；(1>)半水石脊加水后发生溶解，生成不稳定 的过饱和溶液，溶液中的半水右昏经过水化而成 为二水石科。Ui于二水石膏比半水石膏兵有小得 多的溶解度，所以溶液对二水石甘是高度过饱和 的，由于二水石膏的析岀，破坏了原有半水石旁 的溶解平衡状态，这时半水石询会进一步溶解， 以补偿一水石宵析晶而在液和中减少的硫酸钙含 威，宜至半水石竹完全水化为止。溶解度大也导 敘了石

4、低硬化体的耐水性较差；(2) 磷看膏中含有的杂质如磷、氟、有机物 等降低了制品的强度及耐水性：(a) 磷按溶解性分有3种存在形式：町溶性 磷主要来源于残留的磷酸，水化时，分布于磷 石旁晶体表面的可溶性憐、在Ca?作用下生成 Ca«PO4)2和CaHPO4 2H2O等沉淀覆盖在石膏晶体 表面，阻碍石膏的溶出与水化，使凝结时间延长， 水化晶体易粗大，造成强度下降；不仅延缓凝结 时间，而且降低强度；共晶PqOs般以CaSO4- 2H2O-CaHP04-2H2O 固 溶体形式存在 © CaHPO4 - 2H2O在炒制或锻烧时以CaUPO4形式释放出 来，不会形成任何半水化合物，但水

5、化时转化 为Ca,(PO4)2.降低PH值，延缓凝结时间，降低石 修硬化体强度；难溶磷作为悄性填料，儿乎没有 不良影响；(b) 氟：可溶性氟主耍以HF和氣硅酸盐络 合物形式存在。HF在低温下容易挥发，含戢较 小。氟硅酸盐络合物与石膏缓慢反应，形成一定 酸性。难溶氟一般为惰性，但若以同结晶络合物 存在或不存在于二水石習:中时，就有很大活性， 具有热不稳定性；(c) 有机物：来源于磷酸生产过程中加入的 外加剂、磷矿石中夹杂的植物根枝。磷石脅制成 料浆时，有机物一般悬浮在表面，污染石竹制品 的外观。并且这些有机物一般具有表面活性，产 生泡沫，阻谭二水石;汙结晶，延缓麻结时间，导 致硬化休强度下降。冃

6、前，提為石膏制品防水性的途径有以下几条:(1) 内掺无机水硬性材料，它们在混合物的 水化硬化过程中形成一部分水硬性硅酸钙、铝酸 钙等水化产物，在制品中形成较稳定的结构网络， 同时加入适册的外加剂来提高制品的密实度，以 此改裨石甘制品的防潮性能；(2) 在石膏制品丧面涂刷右机防水材料或磷 酸盐、硅酸盐涂层，或将石膏制品在此盐类溶液 中沒泡处理，以在表面形成-层防水层，如难溶 于水的磷酸钙、碳酸钙、草酸钙等膜屋，从而保 持石瞬制吊不直接与水接触，以提高制品的防水 性能；(3) 内掺有机憎水性物质，但加入童较多， 不仅增加成本，同时减弱了石膏的不燃性。1 试验方案本次试強希塑通过内掺儿种原材料，脚幣

7、成 型需水就，考虑养护时间对制品性能的影响，试 制磷石績耐水徹品。根据以往试验数据及査阅相 关资料，以多消化磷石甘为原则，拟定了掺入原 料的质fit囲分比范圍。掺入的炉渣为磷酸二蛍钙 及磷酸氢钙牛产线烘干产品的煤完全燃烧后得到 的匸业固体废弃物，石灰及水泥均为外购产品。2 试验及分析2.1试验用原料2.1.1建筑石膏耕试验用磷石膏来源于贵州某磷肥企一业磷仃科 堆场C(1 )根GB6566-2001建筑材料放射性核 素限駄标准要求，测IKa=0J2, lr=0.07.其 便用范園不受限制；(2) 根据X衍射及化学成分分析结果，其二 水硫酸钙含厳90%,达到JC/T 700-1998制作 胶结料的

8、石膏石标准一级石何石的耍求；(3) 根据具差热、热重分析结果，经我院试 验室自制炒锅炒制得到试验需要的建筑石恃粉， 按CB/T 9776-2008建筑石膏标准检测，达到 标准2.0级耍求，共物性指标详见表I。表1物性指示表水硫酸钙育师标稍用 水莎细度凝结时间/min2h AX/MPa初凝终凝抗折抗压70.6580806.57.5132.314.762.1.2炉渣工业固休废弃物，经分析，武左要化学成分 详见表2。经球磨机粉磨后，测定粒度组成为： 大于 0.2mm 的占 2.36% , 0.2 0.045mm 的占 84.60%,大于 0.045mm 的占 13.05%。表2炉渣主娈化学成分表Si

9、O2AIACaOMgO43.435.275.551.5519.372.1.3石灰石灰的有效CaO含母为73%。2.1.4水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。2.2因素水平本次试验主要考虑各原料配合比、成型需水 牡、芥护时间对试块抗折强度、软化系数及吸水 率的影响。其中，成型需水也考虑范国为45% 66%, 45%为料浆刚好能成型时的需水量，66%为 料浆流动度较好时的需水虽；掺入炉渣的呈考虑 为17%42.5%,主要足提供硅质原料，保证水化 产物中水化珪酸钙及钙矶石的存在，考虑与石灰 掺入弑硅钙比而确定，而有资料显示，石灰掺入 母为5%时料浆的流动度较好，考虑掺入石灰的斌 为3%7.5%；水泥掺

10、入圮不宜过多，以免増加成 本，考虑加入址为3%6%；养护时间参考水泥标 准，定为328do试验因素水平洋见表3。表3试验因素水平表水平A 成型需水litB 炉港饪石4D 水泥朋E 养护时间川1451733325225.54.54735934651546642.57.56282.3试验计划根据因素水平表，选取L16(45)正交表进行试 验，每1个试验编号成型6个试块(试块尺寸： 40mmx40mmx 160nun ),初凝时即拆模将试块送人 20±3弋的干燥箱中养护48h后取出自然养护，到 相应养护时间时做抗折、抗压强度、吸水率检测 及饱水试脸。得到的试验数据详见表4。2.4试验分析2

11、.4.1抗折强度扌旨标分析因素主次为：炉渣养护时间成型需水竄 水泥石灰。BEADC至卞选取每个因素中域大的水平：B1E4A1D2C4. 即炉渣掺屋为17%,养护时间为28d,成型需水412加9年第3期啟为45%,水泥掺量为4%,石灰掺址为7.5%O试脸号饱水24h 吸水* /%抗钎强度 /MPa抗压逢度 /MPa饱永24h 抗折强度 /MPa饱水24h 抗斥強发ZMPa软化系数14.892.789.552.28&090.8227.512.328.58LSI6.610.78312.522369.36i.376.120.58416.242.2612.521.175.640.52514.59

12、3.5015.912.017.690.576)2.062.498.32L515.720.6179.701.976.291.124.()60.5787.261.325.080.631.950.4896【41.52471.32430.87104.741.253.301.063.020.851119.732.327.96153.470.50121&661.024.680.471.920.461315.742.678.851.08一3.260.41422.331.946.560.920.47158.690.822330.631.690.77168.860.531.380.3!0.980.58衰

13、4正交实验结果数据衷指标因素图：抗折强度随各因素变化详见图1。;332.52L50.5° AIA2A3A4 B1B2B3B4 C1C2C3C4 DID2D3D4 RIK2E3E4应*图1 抗折强度一因累图从图1町知，随着成型需水试的增加，指标 自向下的趋势；随若炉渣的增加，抬标有向下的 趙势；随着生石灰的增加，指标向下后又有向上 的趋势；随着水泥的增加，指标向上后又有向下 的粉势；而随着养护时间的延反，指标一直向上。 2.4.2饱水24h抗折强度指标分析因索主次为：炉渣成型需水楸石灰养护 时间水泥。BEADC选取每个因素中最人的水平：B1A1C1E4D1, 即炉渣換址为17%.成型緒

14、水鈕为45%,石灰掺 屋为3%,养护时间为28d,水泥掺呆为3%。指标因索用：饱水24h抗折强度随各因素变 化详见图2。2伙）9年第3期42从图2町知，随若成型需水虽的增加，指标 有向下的趋势；随着炉渣的增加，指标有向下的 趋势；随苕生石灰的增加，指标向下后又有向上 的趋势；随着水泥的增加，指标向下后又有向上 的趋势，而随着养护时间的延氏，指标从波动不 明显到有向上的趋势。2.4.3软化系數指标分析因索主次为：养护时间炉渣水泥成型需 水量石灰。BEADC主次选取毎个因索中百支大的水平：E1B2D4A1C2, 却养护时间为3d,炉浹掺呈为25.5%.水泥掺熾 为6%t成型需水鼠为45%.石灰掺曲

15、为4.5%。 指标因素图：软化系数随各因索变化详见图3。AU2A3A4B1B2B3B4C1C2C3C4一«图3软化系数一因素图从图3可知，随着成型需水母的增加，拒标 经历向下后、向上、乂向下的过稈，有向下的趟 势；随右炉渣的增加，指标从无明显波动到有向 F的趟势；随着生石灰的增加，指标向上后冇向 下的趋势；随肴水泥的增加，指标向下后又有向 上的档势；而随着养护时间的延长，指标从波动 不明显到明显向下.接若又向上。2.4.4吸水率指标分析因素主次为：养护时间成型需水量水泥 石灰炉渣BEADC庆选取每个因索中报小的水平：E1A1D3C1B2,即养护时间为3d,成熨需水最为45%.水泥掺凰

16、 为5%,石灰掺堪为3%,炉淡掺采为25.5%。指标因索匿：吸水率随各因索变化见图4。图4吸水率一因索图从图4可知.随右成型需水駅的增加，指标 经历向上后文有向下的启势；随若炉流的增加】， 指标波动不明显；随笞生石娠的增加.指标向上 后乂冇向下的趋势；随若水泥的瑙加，指标向下 后乂有向上的趋势，而随着养护时间的延长，指 标明显向上。根据试验得到的优化配比详见衣5。试验结 果见表6。表5优化配比表试验号成和隔水肚/*卷筑石 膏粉/«炉潢朋石灰廉水泥朋养护时间/<!4571.5177.5428245771733283456425.54.56344566.325.5353表6试瞼结果

17、数据表试验号饱水24h 吸水率 Kt祝折强度/MPa抗折懂度/MPa饱水24h 抗折強度 /MPu饱水24h 抗斥强度 /MPa软化系敕112.323.7516.082.318.70.62211.744.2217.722.148.390.51310.753810.842.578.550.8)49.512.8410.212.157.260.76从表6可知除试验编号2软化系数不达标 以外，其余3不试编号软化系数均>0.6,最高达 到0.81,达到国家标准要求。3 试验结论(1) 由磷石仔制得的建筑石离粉中掺入合适比 例的炉渣、水泥、生石灰，通过控制成熨需水圮， 对改齊磷石n制品的耐水性能是切

18、实有效的；试验 结果表明，制品软化系数最高可达到0.8以上；(2) 控制成型水分绘提升磷石谒制站强度的 必姜因素，在保证浇注成型的前提下，水加得越 少，则试块强度越高，相应的，其吸水率则越低， 强度损失得越少，软化系数越有保证，所有指标 都显示水料比为0.45时为最佳；(3) 养护时间的延长可提高制品的抗折强度， 养护时间与养护制度对制品的软化系数均有影响， 需进一步试验研究，找到较佳的工艺参数；(4) 生石灰的加人能起到激发剂的作用，作! 是加入比例的控制还碍要再研究；(5) 磷石侮制品防水机理是一个多相复杂的 物理化学过程，需进一步研究其微观结构及理论。参考文献：|1胡成军磷石智制建筑石帝粉的匸艺技术".确胆与复肥，20071 2221石宗利等工业副产品石许在墙体材料中的应用研究J中国建 材.2008 (II)3隋肃寻.石育制品的耐水性研究J建筑材料学报.2005 (6)(4吴世龙尊石灰改性磷石膏的匸程性质研究卩江苏建筑.2007 (6)(51关淑君.耐水便筑石膏的试验研究几建筑石靑与胶凝材料.2005 (2)6刘润裁.&膏防水性能研究小西北民誠学院学报(自然科学 版).2000(3)17黄云狀苏毀 建筑石膏制晶的防水技术卩|云南建材1994