煅烧预处理对磷石膏基复合胶凝材料的影响

煅烧预处理对磷石膏基复合胶凝材料的影响煅烧预处理对磷石膏基复合胶凝材料的影响 57 华中科技大学硕士学位论文11绪论1 1课题研究的目的及意义磷 石膏 Phosphogypsum PG 是湿法磷酸生产过程中的副产物 1 湿法磷酸是用硫酸酸解磷矿得到磷酸溶液 并沉淀出硫酸钙 反应式如1 1 2 Ca5 PO4 3 5H2SO4 10H2O 3H3PO4 5CaSO4 2H2O HF 1 1 磷石膏外观为黄白色 浅灰白色或黑灰色细粉状固体 主要成分 为CaSO4 nH2O 其质量分数通常在85 以上 与天然石膏相似 一 般含游离水20 30 根据湿法磷酸生产工艺的不同 磷石膏结晶有二水物 CaSO4 2H2O 半水物 CaSO4 1 2H2O 等形态 目前湿法磷酸生产以二水物 工艺居多 磷石膏的游离水含量高 颗粒 结晶形态也与天然石膏 有所不同 3 磷石膏含有磷酸 以P2O5计 一般为2 5 F 约1 5 4 7 磷石膏是带酸性的粉状物 常含有放射性物质如U 238 U 234 Ra 226 Pb210等 8 9 据统计 每生产1t磷酸 100 P2O5 产生磷石膏5 6t 干基 实物量 约7t 我国是世界上人口最多的国家 农业生产对于国家的生存和发展生 产具有极为重要的意义 从2000 xx年 我国的磷肥产量以每年超过10 的速度递增 10 与此同时 副产的磷石膏 从2000年的1100万t增加到xx年5000万t 左右 11 如图1 1 每年的排放量几乎与我国天然石膏的年产量相当 而且尚有历年堆 积未处理的磷石膏约1亿t 12 资源化利用率只有20 因此绝大部分磷石膏露天堆置 侵占大片的土地 并且通常堆放在高度敏感和人口密集的地区 磷石膏中的杂质会随雨水浸出 产生酸性废水 引起土壤 水系 大气的严重污染 给人类的生存环境造成危害 长期接触磷石膏 还可能导致人的病变甚至死亡 磷石膏的综合再利用是一个世界性的难题 磷石膏作为建筑石膏及建筑石膏制品的原料或者替代品是磷石膏资 源化的一种有效途径 然而与天然石膏相比磷石膏中磷氟杂质含量较高 磷石膏制品因其 中含有杂质而受到影响 首先得进行磷石膏除杂预处理 另外 磷石膏主要成分为CaSO4 2H2O 石膏在水中有一定的溶解度 因此建华中科技大学硕士学位论文2筑石膏及石膏制品耐水性差是 一个共性问题 2000 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx010002000300040005000排放量 万t 年份图1 1中国磷石膏年排放量 11 为了解决磷石膏资源化中的以上两个关键 问题 本课题拟采用煅烧预处理磷石膏 并通过石灰 水泥 粉煤 灰等对磷石膏进行复合改性处理 制备具有耐水性能良好的磷石膏 基复合胶凝材料 Phosphogypsum based positebinder 简称PGCB 磷石膏基复合胶凝材料的开发具有重要意义 首先它大量利用了工 业废渣 有利于磷石膏的减量化 其次 磷石膏基复合胶凝材料可 以替代部分水泥 减少了水泥的使用量 相应的减少了CO 2 SO2和粉尘等污染物的排放 节约了大量的能源和自然资源 对 资源的充分利用和环境保护都十分有利 1 2磷石膏资源化综合利用现状1 2 1建筑材料建筑石膏又称熟石膏 粉 CaSO4 1 2H2O 是生产装饰材料的主要原料 目前世界各国 的消耗量都很大 建筑石膏主要有 熟石膏粉和 熟石膏粉两种 印度环境科学与技术部Mridul Garg Manjit Singh等人通过在不同的蒸汽压下对磷石膏进行蒸压得到高强度的 半水石膏 13 用磷石膏制自流平材料是一种新型的建筑材料 是在石膏基自流平 材料的基础上华中科技大学硕士学位论文3发展而来 由掺有晶形转化剂的磷石膏经过预处理后得到的半水石膏粉 加入 外加剂制得 14 杨兆娟 王海晏等以磷石膏为原料制取 半水硫酸钙 研究了3种体系 H2O 2 盐酸 2 盐酸 2 5 NaCl 溶液 对产物 半水硫酸钙的影响及适宜的工艺参数 15 张建等利用磷石膏 保水剂 甲基纤维素 缓凝剂 柠檬酸 增强剂 生石灰和硫酸盐配制成 和砂制备磷石膏抹面材料 16 董风芝 17 等利用磷石膏 粉煤灰和石灰 按一定比例配料 经混 合 粉碎 成型等工艺 制成建筑内墙用空心砌块 S Kumar 18 利用粉煤灰 石灰 磷石膏制备了墙体空心砖 吸水率 低 强度好 华中科技大学杨家宽 19 等采用低压 0 12MPa 120 C 蒸汽预处理 磷石膏 以此原料制备墙砖 研究表明 磷石膏掺量可以达到40 抗冻性优良 可用作承重墙材 余波 20 等探索了不同添加剂对非煅烧磷石膏砌块的性能的影响 杨三可 21 等采用工业废渣磷石膏 磷渣粉 碱性激发剂为原料制 备高掺量耐水型磷石膏蒸压砖 磷石膏掺量达到70 陆占清等研究了改性磷石膏生产建筑砖的工艺最佳物料配比 对磷 石膏低温陶瓷化 22 周富涛等以磷石膏为主要原料 以炉渣为骨料 并加入熟石灰 激 发剂等生产免烧砖 获得强度等级为MU20 抗冻性 吸水率和收缩 值等完全符合现行国家标准的免烧砖成品 23 赵建华等采用流态化FC石膏煅烧炉将磷石膏脱水得到半水石膏 在 磷石膏中掺入矿渣微粉 水泥等复合材料生产石膏砌块 半水石膏的掺量可以达到60 石膏砌块具有耐水性 软化系数 60 抗折抗压强度都有提高 24 Degirmenci Nurhayat等对比了原始磷石膏和煅烧磷石膏 150 C 2h 分别和 粉煤灰 石灰制作水泥胶凝材料 对其抗折抗压强度 吸水率等性 能作了对比 并对不同的养护方式进行了对比 对比了磷石膏掺量 与强度等指标的变化规律 结果显示此种材料可以用作内墙材料 1 林宗寿等开发了一种以未经煅烧处理的磷石膏为主要原料 矿渣粉 熟料 石灰石为辅助材料的磷石膏基免煅烧水泥 该水泥中磷石膏掺量40 60 25 K J Mun等用磷石膏 废石灰 高炉渣生产免煅烧水泥 26 云南高翔特种水泥有限公司开展了利用磷渣 磷石膏生产硫铝酸盐 水泥熟料工业试验 27 吴清仁等将磷石膏做矿化剂 并替代部分水泥原料配料烧制合格的 硅酸盐水泥熟料 28 林宗寿等用钢渣作碱性激发剂 制备磷石膏 矿渣 石灰石免煅烧水泥 并提华中科技大学硕士学位论文4出了碱度是影 响磷石膏基免煅烧水泥强度的主要因素 碱度应适中 29 除此之外 磷石膏制水泥缓凝剂比较广泛 陶文宏 付兴华等通过向磷石膏中加入改性剂 再对其进行煅烧 8 00 C最适 之后用作水泥缓凝剂 使得水泥的各项性能有所提高 30 吕洁等用矿渣 石灰及明矾对磷石膏进行了改性 研究了改性磷石 膏作缓凝剂对水泥性能的影响 并与天然石膏作缓凝剂进行对比 结果表明改性后的磷石膏对水泥不仅起到缓凝作用 还能起到增强 作用 31 土耳其学者利用风化磷石膏作为水泥缓凝剂 磷石膏掺量在3 时强 度达到最高 32 1 2 2其他方面应用化学法处理磷石膏生产化工产品 磷石膏可以制 硫酸 硫酸钾 硫酸铵 还用于生产硫酸钙颜料 33 回收磷石膏 中硫 34 磷石膏在农业领域主要应用于改良盐碱土壤 35 改良酸性心土 用作硫 钙 硅肥 34 长效复合肥及其他肥料等 1 3磷石膏的预处理现状1 3 1煅烧预处理石膏相体系比较复杂 共 包括五种形态 七个变种 分别为二水石膏 CaSO4 2H2O 型与 型半水石膏 CaSO4 1 2H2O 与 III型硬石膏 CaSO4III II型硬石膏 CaSO4II I型硬石膏 CaSO4I 如图1 2 图1 3 图1 2实验室理想条件下石膏脱水转变的温度 36 华中科技大学硕士学位 论文5图1 3一般工业条件下石膏脱水转变的温度 36 800 C煅烧磷石膏中共晶 磷转化为惰性的焦磷酸盐 有机物蒸发 经石灰中和 800 C煅烧制备的II型无水石膏 其性能与同品位天 然石膏制备的无水石膏相当 II型无水石膏胶结材强度与耐水性均优于建筑石膏 是磷石膏有效 利用方式之一 由于一般的预处理不能消除共晶磷影响 共晶磷含量较高的磷石膏 特别适于该工艺制备II型无水石膏胶结材 37 Manjit Singh Mridul Garg高温煅烧磷石膏 900 C 1000 C 得到硬石膏 掺入粉煤灰 赤泥 聚甲基丙烯酸甲酯等制备高强度地面瓷砖 强度很高 36 3 7MPa 38 39 Manjit Singh Mridul Garg研究表明 40 无论水洗还是化学处理都不能全部的去处磷石膏 中的杂质 但是通过高温煅烧 500 C 1000 C煅烧4小时 可以将 杂质固定 贵州宏福公司与西安建筑科技大学合作 共同开展磷石膏资源化高 效利用课题研究 利用悬浮态高气固比快速煅烧技术分解磷石膏实 现废弃物资源化利用 41 马雷 曹建新等研究了煅烧 150 C 950 C 和石灰陈化再煅烧两 种预处理方式处理磷石膏作缓凝剂对水泥物理性能的影响 煅烧后氟 磷 有机物的含量明显减少或接近为零 42 M M Smadi等通过煅烧 170 C 950 C 磷石膏预处理运用于混凝 土 并对其机理进行了研究 43 1 3 2其他预处理方式常见的磷石膏预处理方法还有石灰中和与化合 处理 44 46 水洗 46 酸洗 47 浮选 48 筛分 39 球磨 23 自然 晾晒 陈化 49 闪烧法 48 等 磷石膏的预处理可以根据实际情况进行组合 如采用水洗 石灰中和 法 石灰中和 球磨法 石灰中和 浮选或煅烧法等 利用时应从预 处理的目的性和经济性两方面考华中科技大学硕士学位论文6虑 48 1 4待解决的技术难题磷石膏除杂预处理是一个很复杂的问题 现行采用较多的预处理方法及其特点见表1 1 表1 1常见磷石膏预处理方法特点磷石膏预处理方式优点缺点水洗有效除 杂投资大 能耗高 二次污染浮选耗水量少除杂效果差蒸养除杂效 果差 高强度石膏二次污染 耗能高石灰中和处理法中和磷石膏中 的酸需要配合其他工艺煅烧法除杂效果好能耗高球磨法改变磷石膏 粒径除杂效果差 需要配合其他工艺自然晾晒 成化时间延长效果 明显对环境污染大 耗时长从表1 1来看 不管哪种方法都有其利弊 应当综合权衡预处理方式对制品的性能影响 预处理方式的成本及 预处理方式对环境的影响来选择合理的预处理方式 磷石膏耐水性问题同样是一个很困难的问题 全世界学者尝试过多 种改性材料石灰 粉煤灰 钢渣 矿渣 高炉渣 大理石粉 赤泥 硅灰 玻璃纤维 阿拉伯胶 环氧树脂 丙烯酸乳胶 火山灰等 等 建立了不同的改性体系 性能各异 其改性机理不够明确 综合考虑除杂效果和课题组前期成果 本课题拟重点考察磷石膏的 煅烧预处理方式 通过综合各项性能指标和经济性找到较合适的煅 烧预处理工艺 本课题拟通过煅烧预处理磷石膏 去除或固结其杂质 建立磷石膏 粉煤灰 石灰 水泥体系 制备磷石膏基复合胶凝材料 探讨其改性的性能效果和 改性的机理 并制备出较优的磷石膏基复合胶凝材料 代替部分水泥 不仅可以大量利用磷石膏 又可以减少水泥生产排放的CO 2 SO 2 粉尘等对环境的污染 该研究具有一定的经济效益 很好的环境效益和社会效益 华中科技大学硕士学位论文71 5本论文主要研究内容及研究路线磷 石膏中的磷 氟杂质去除是比较困难的 影响PGCB复合胶凝材料的 杂质主要是水溶性磷和水溶性氟 经过煅烧预处理可以将水溶性的 杂质去除或固结起来 对PGCB复合胶凝材料的性能影响减小 在综合权衡预处理方式对制品的性能影响 预处理方式的成本及预 处理方式对环境的影响后 选择煅烧预处理方式对磷石膏进行预处 理 本课题组前期开展了煅烧预处理 石灰成化 蒸养等预处理方式处 理磷石膏 磷石膏掺量仅仅为33 本论文在此基础上 采用煅烧预处理 采用磷石膏 粉煤灰 水泥 消石灰改性体系开展高掺量磷石膏下的PGCB复合胶凝材料的性能 研究 本论文的研究内容主要有以下几方面 1 对磷石膏等原料进行化学成分分析 物相鉴别 及密度等物理 性质的测定 见论文第2章 2 在课题组前期研究的基础上 着重研究煅烧预处理对磷石膏中 杂质磷和氟的去除及固结情况 建立煅烧预处理和杂质含量的关联 性 研究煅烧预处理对磷石膏的相的改变 见论文第3章 3 研究高掺量磷石膏下的PGCB复合胶凝材料的稠度 凝结时间 安定性及强度等性能 建立这些性能与煅烧预处理工艺之间的联系 见论文第4章 4 研究高掺量磷石膏下的PGCB复合胶凝材料的耐水性机理 建立 耐水性和煅烧预处理工艺之间的关系 见论文第5章 5 探索性能较优PGCB复合胶凝材料的实用性能 见论文第5章 本论文结构框架图如图1 4所示华中科技大学硕士学位论文8图1 4论文结构框架图磷石膏及性质磷石膏煅烧预处理杂质磷 氟去除石 膏相变磷石膏基复合胶凝材料一般性能研究耐水性及实用性能研究 砌筑砂浆第2章第3章第4章第5章华中科技大学硕士学位论文92实验 原料及实验方法2 1实验原料2 1 1磷石膏本实验使用的主要原料磷 石膏取自广西鹿寨中远化工有限公司 磷石膏原料含水率为7 32 结晶水含量为18 52 45 C烘干磷石膏磨细过0 08mm方孔筛 原料的比表面积为0 70m2 g 比重为2 41g cm3 按水灰比5 1测定得原始磷石膏上清液pH 2 69 原始磷石膏经过45 C烘至恒重后用于后续实验 磷石膏原料采用X 射线荧光光谱分析 X RayFluorescence 简称XRF 进行化学成分检测 见表2 1 采用X 射线衍射分析 X ray diffraction 简称XRD 进行相分析 图谱见图2 1 采用场发射扫描电镜 Field EmissionScan ElectronicMicroscope 简称FESEM 进行微观形貌分析 SEM图谱 见图2 2 由图2 1可知 磷石膏主要矿物组成为二水石膏 Dihydrate 化学式为CaSO 4 2H2O 和石英 Quartz 化学式为SiO2 结合表2 1可以推算出磷石膏中CaSO4 2H2O的质量分数约为86 45 理论推算出CaSO4 2H2O全部相变成CaSO4 1 2H2O的质量损失约为磷 石膏的13 6 CaSO4 2H2O全部相变成CaSO4的质量损失约为磷石膏 的18 1 而磷石膏的烧失量 950 C 为21 69 由此可以断定磷石膏再升温过程中有其它杂质的去除 表2 1磷石膏XRF测定的化学组成 wt 注测试条件 电压30 60kV 电 流50 100mA SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgOSO3F P2O5LOI 950 C 6 250 430 1328 640 1740 210 231 8421 69华 中科技大学硕士学位论文1010203040506070010000200003000040000 500006000070000D D DDD DDDD DDDDIntensity counts 2 DQ D Dihydrate 70 0983 Q Quartz 83 2471 图2 145 C烘干磷石膏样品XRD图谱图2 245 C烘干磷石膏样品SEM图谱图2 2可以看到块状的晶体结构就是CaSO4 2H2O 另外还有些碎小的杂质 附着在晶体的表面 2 1 2磷石膏的粒径分布取一大盘原始磷石膏45 C烘干至恒重 称 得其质量为7 48kg 未经研磨的磷石膏通过标准筛筛分后 将各级磷石膏放入烘箱烘干 称取各级粒径的质量 计算各级粒径的百分比 图2 3为原始磷石膏和筛分后各级磷石膏的外观 表2 2为各粒径质量百分比 华中科技大学硕士学位论文11图2 3不同粒径磷石膏的外观表2 2不同粒径磷石膏的质量百分比粒径 mm 0 080 08 0 150 15 0 250 25 0 50 5 11 2 362 36 55 10 10Total百分含量 32 1517 878 612 984 605 637 225 941 4 99100由表2 2可以看出磷石膏粒径小于0 08mm的占主要部分 占到32 15 其次 粒径为0 08mm 0 15mm和大于10mm的磷石膏占得比较多 2 1 2粉煤灰本实验所用粉 煤灰取自河南平顶山某电厂 粉煤灰是从煤粉烟道气体中收集的粉末 以SiO2和Al2O3为主 密度 为2 13g cm3 具有火山灰性质 其化学组成见表2 3 粉煤灰的XRD图谱见图2 4 表2 3粉煤灰的化学组成 wt SiO2CaO Al2O3Fe2O3TiO2PO43 SO42 LOI52 505 6826 283 601 052 800 502 20华中科技大学硕士学位论 文125101520253035404550556065707505001000150020002500QMQ QQQQQMQQMMMMMMMMMMMMM2 Intensity counts M Mullite 06 0258 Q Quartz 33 1161 图2 4粉煤灰XRD图谱用于XRD测试的粉煤灰经过105 C烘干之后过0 08mm 方孔筛 由图2 4XRD图谱可以分析出实验所用平顶山粉煤灰主要物相为莫来石 Mul lite 化学式为3Al2O3 2SiO2 和石英 Quartz 化学式为SiO2 2 1 3水泥实验所用水泥为华新42 5普通硅酸盐水泥 测得该水泥密 度为3 25g cm3 其主要化学组成见表2 4 其XRD图谱分析见图2 5 表2 4水泥的化学组成 wt SiO2CaO SO3Al2O3Cl MgO R2O Fe2O3LOI20 5758 762 365 390 0183 290 582 904 02102030405060 700 xx0060080010001xx4001600CCCCCCTTTTTTTTTTTTTTTTTTTIntensi ty counts 2 T Tricalcium silicate 42 0551 C Calcium magnesiumaluminum ironsilicate 44 0603 图2 5华新42 5普通硅酸盐水泥的XRD图谱华中科技大学硕士学位论文13 由图2 5可以看出 实验所用的华新水泥主要物相为硅酸三钙 Tricalcium silicate 化学式为Ca3SiO5 并伴有少量的含钙 镁 铝 铁的 硅酸盐 Calcium magnesiumaluminum ironsilicate 化学式为Ca2Mg0 2AlFe0 6Si0 2O5 2 1 4消石灰消石灰是生石灰加水消化后的产物 一般消化时间为一 个星期左右 其主要成分为Ca OH 2 实验前对其烘干 过0 08mm方 孔筛 实验测得消石灰的密度为2 31g cm3 消石灰的化学组成见表2 5 表2 5消石灰化学组成 wt CaO TCaO fMgO SiO2Fe2O3Al2O3CO268 9346 004 892 460 650 506 08注CaO T表示总氧化钙含量 CaO f代表有效氧化钙2 1 5其他原料早强剂为化学纯试剂 FeSO4 7H2O Na2SO4 10H2O 减水剂为西卡 中国 建筑材料有限公司生产的萘系高效减水剂 固 含量32 实验用砂为ISO标准砂 2 2实验方法2 2 1化学分析方法磷石膏中五氧化二磷 P2O5 测定 采用磷钒钼黄双波长光度法 氟 F 采用氟离子选择性电极法进行 测定 50 水溶性磷和水溶性氟直接按照中华人民共和国国家标准 磷石膏 GB T23456 xx 总磷采用碱熔法试样分解法 51 和总氟采用盐酸试验分解法 52 2 2 2磷石膏四相分析法磷石膏的相分析采用石膏四相分析法中的水 化法 53 其分析方法如下 1 无水石膏III AIII 的测定精确称取3g磷石膏粉 放入恒重的称 量瓶中 注入80 的酒精水溶液 使料全部淹没 放入40 C 45 C的烘箱内 打开瓶盖烘2d 取出盖上瓶盖 放入干燥器中 华中科技大学硕士学位论文14冷却 到室温 称重 计算参数为b 吸水前质量为G1 g 吸水后质量为G2 g 21GbG 2 1 2 半水石膏 DH 的测定精确称取2g磷石膏粉 放入恒重的称量瓶中 加去离子水到料全部淹没 放入40 C 45 C的烘箱内 2d后取出 放入干燥器中 冷却到室温 称重 计算参数c 吸水前质量为G3 g 吸水后质量为G4 g 43GcG 2 2 3 难溶无水石膏II AII S 的测定精确称取2g磷石膏粉 放入恒重的称量瓶中 加去离子水到料全部淹没 放入下部盛有水的干燥器中 3d后取出 放入40 C 45 C的烘箱内 2d后取出 放入干燥器中 冷却到室温 称重 计算参数d 吸水前质量为G5 g 吸水后质量为G6 g 65GdG 2 3 4 X 净率 和W 结晶水 的测定精确称取1g磷石膏粉 放入恒重的 瓷坩埚内 在400 C的条件下灼烧1h 取出放入干燥器 冷却到室温 称重 计算参数X和W 样重为G0 g 失水后质量为G7 g 2 4 2 5 5 SO3的测定精确称取约0 5g磷石膏原料 放入烧杯中 加入30ml 盐酸 加入去离子水到125ml左右 加热到沸 浓缩到50ml左右 过 滤 以热水洗到无氯根 滤渣去掉 滤液加去离子水到250ml 加热煮沸 加入25ml氯化钡溶液 继续加 热煮沸 然后放在热处静置 过滤 以热水洗到无氯根反应 将沉淀物及滤纸一并移到已灼烧恒重的坩华中科技大学硕士学位论 文15埚中 灰化后再850 C的高温炉中灼烧1h 取出坩埚 置于干 燥器中冷却到室温 称重 灼烧后残渣重为G8 g 试样重为G9 g 8390 343100 GSOG 2 6 结果计算AIII 1511 b 1 当b 1时 AIII 0 水分 1 b 2 7 HH 537 c 3 4b 2 8 DH 159 4b c 3X 2 9 AII S 378 d c 2 10 AII u 1 7 SO3 0 588 AIII AII S 0 552 HH 0 465 DH 2 11 AII u为不溶性无水硫酸钙 V 1 DH HH AII s AII u AIII V为杂质 2 12 2 2 3pH的测定方法称取制备好的样品50g 置于1L塑料瓶中 加 入新鲜蒸馏水500ml 使固液比为1 10 加盖密封后 放在振荡机上 振荡频率110 10次 min 振幅40mm 于室温下 连续振荡30min 静置30min后 测上清液的pH 54 2 2 4密度的测定方法密度的测定按照国家标准GB T208 1994 水泥密度测定方法 55 进行检验 检验时 事先在李氏比重瓶内装入一定量的无水煤油 然后将一定 量的水泥试样装入比重瓶内 根据水泥试样排开无水煤油的体积即 为水泥的真体积 除以水泥的质量 即得水泥的密度 密度值应以两次试验结果的平均值为准 精确至0 01g cm3 两次试 验结果误差不得超过0 02g cm3 2 2 5PGCB试件的制作与养护PGCB净浆试件的尺寸为 65mm 75mm 40mm 用于PGCB复合胶凝材料的标准稠度用水量 凝结时间的测 定 XRD SEM分析测试取样 PGCB胶砂试件的尺寸为40mm 40mm 160mm 用于强度和耐水性性能 的测定 华中科技大学硕士学位论文16PGCB试样养护制度为自然条件 冬季 下养护 养护温度在2 C 15 C 湿度为20 80 耐水性测试的PGCB胶砂试件均为养护28d之后的试件 2 2 6PGCB胶砂试件强度性能的测定方法按GB T17671 1999 水泥胶砂强度检验方法 ISO 法 56 进行胶砂强度试验 PGCB胶砂试件尺寸为40mm 40mm 160mm 胶砂比1 3 PGCB胶砂试 件在室内自然条件下用振动台成型 自然养护1d后脱模 在自然条 件下养护 测定7d 28d胶砂试块的抗折和抗压强度 2 2 7标准稠度用水量 凝结时间 安定性的测定按GB T1346 xx 水泥标准稠度用水量 凝结时间 安定性检验方法 进行 并将测完凝结时间的净浆试块和胶砂试块同样条件下养护至7d 28d 取样 用酒精浸泡24h 在40 C烘箱中烘干之后 进行XRD和SEM等 的分析 2 2 8软化系数的测定方法将养护28d的三块40mm 40mm 160mm的胶 砂试块置于无水酒精中浸至饱和 4h 取出后放入 40 2 C 烘箱内烘至恒重 进行强度试验 得干强度R干 MPa 将另三块养 护至28d的40mm 40mm 160mm胶砂试块浸于20 C水中至饱和 4h 用拧干的湿毛巾擦掉PGCB胶砂试件表面水分 进行强度试验 得 湿强度R饱水 MPa 软化系数 57 的计算如下RR 饱水干软化系数 2 10 2 2 9动水 静水溶蚀率的测定方法动水溶蚀率 57 取三块养护 至28d的40mm 40mm 160mm胶砂试块置于 40 2 C的烘箱内烘 至恒重 称量得W1 g 精确至0 1g 将称量后的试块放入一固定容器 容器的上部连接流量为2800ml mi n的流水管 下部开排水口 排水量亦控制在2800ml min 中浸泡10 d 取出PGCB胶砂试件再置于 40 2 C的烘箱内烘至恒重 称量 得W2 g 精确至0 1g 动水溶蚀率计算如下华中科技大学硕士学位论文17 2 11 静水溶蚀率 57 将三块养护至28d的40mm 40mm 160mm胶砂试 块在 40 2 C的烘箱内烘至恒重 经冷却 称量W3 g 精确至 0 1g 然后浸泡在常温20 C的水中 水位高出PGCB胶砂试件上表面20mm 为使PGCB胶砂试件不紧贴容器底部 PGCB胶砂试件可置于一铁丝网 上 30d后从水中取出PGCB胶砂试件 再置于 40 2 C的烘箱内烘至 恒重 冷却后称量W4 g 精确至0 1g 静水溶蚀率计算如下 2 12 2 2 10微观测试方法 1 分析样品的制备根据实验的需要将测完凝结时间的净浆试块用铁 锤敲碎取样放入广口瓶中 然后用无水乙醇浸泡24h 终止其水化反 应 再将瓶盖打开放入鼓风干燥箱中于45 C下干燥 用于做XRD分析的样品先破碎再在玛瑙碾磨中碾磨 用于做SEM分析的样品破碎后需要选取表面比较平整些的小块 2 测试方法X衍射分析 XRD 将碾磨好的样品粉末涂片 所采用的分析仪器型号为D Max 3B 操作条件为电压40kV 电流40mA Cu靶 K 射线 Ni滤片 2 角范围为5 C 75 C 所得结果用HighScore软件进行对比分析鉴定样品的矿物组成 场发射扫描电镜分析 FSEM 取一小块样品 吸去其表面灰尘 用 银导电胶固定在样品台上 然后用离子溅射仪在其表面喷涂一层铂 导电层 所采用分析仪器型号为sirion200 操作条件为电压20kV 仪器厂家为荷兰FEI公司 X射线荧光光谱分析 X RayFluorescence 简称XRF 仪器型号Axios advanced 生产厂家荷兰PANalytical B V 公司 测试条件电压30 60kV 电流50 100mA 热重 差热综合热分析 Thermogravimetry andDifferencial ThermalAnalysis 简称TG DTA 热重 差热综合热分析仪器型号为Diamond TG DTA 生产厂家为铂金 埃尔华中科技大学硕士学位论文18默仪器 上海 有限公司 Perki nElmer Instruments 热分析的实验参数为升温速率为10 C min 加热气氛为空气 温度 区间为0 1000 C 2 3主要实验仪器设备实验需要用到的主要仪器设备见表2 6 a b 表2 6实验所用主要仪器设备 a 仪器名称型号生产厂家马弗炉SX2 5 12型武汉电庐实验电炉厂轮辗混砂机SHN型 行星式水泥胶砂搅拌机JJ 5型无锡市锡仪建材仪器厂水泥净浆搅拌机NJ 160型无锡市锡鼎建工仪器厂水泥胶砂振实台ZS 15型无锡市锡仪建材仪器厂数控水泥标准养护箱SHBY40B型上海路达 实验仪器有限公司水泥稠度 凝结时间测定仪 无锡建仪仪器机械有限公司电动抗折试验机KZJ 500型沈阳市长城机电厂全自动压力试验机YAW 300D型绍兴市肯特机械电子有限公司行星式球磨机QM 3SP4J南京仪器厂标准法维卡仪GB T1346 xx 沸煮箱FZ 31A型无锡建筑材料仪器机械厂雷氏夹测定仪LD50型 自制动水 静水溶蚀率装置 自制电热恒温鼓风干燥箱烘箱SPG 02P型湖北省黄石市恒丰医疗器械有限公司振动筛 上虞市圣飞试验机械厂砂浆分层度测定仪 华中科技大学硕士学位论文19表2 6实验所用主要仪器设备 b 仪器名称型号生产厂家砂浆稠度仪SC 145型天津宏达建筑仪器设备厂砂浆凝结时间测定仪ZKS 100型天津市建仪试验仪器厂水泥胶砂流动度测定仪NLD 3型 pH计PHS 3C型上海精密科学仪器有限公司李氏比重瓶250ml 分光光度计Spectrumlab22上海棱光技术有限过公司2 4主要实验化 学试剂实验所需的主要药品试剂见表2 7 表2 7实验所用主要化学试剂药品名级别生产厂家十水硫酸钠A R国药集 团化学试剂有限公司七水合硫酸亚铁A R国药集团化学试剂有限公司 萘系减水剂固含量32 江夏商品混凝土搅拌站磷酸二氢钾A R国药集 团化学试剂有限公司偏钒酸铵A R国药集团化学试剂有限公司钼酸铵 A R国药集团化学试剂有限公司氟离子选择性电极PH 1Q9上海罗素科技有限公司华中科技大学硕士学位论文203煅烧预处 理对杂质和相变的影响3 1煅烧预处理磷石膏煅烧预处理不仅可以对 磷石膏中影响PGCB复合胶凝材料性能的杂质氟和磷进行大量去除 提高磷石膏原料的pH 还可以导致磷石膏中的石膏相发生转变 石膏相体系比较复杂 共包括五种形态 七个变种 分别为二水石膏 CaSO4 2H2O 型与 型半水石膏 CaSO4 1 2H2O 与 III型硬石膏 CaSO4III II型硬石膏 CaSO4II I型硬石膏 CaSO4I 虽然磷石膏的主要成分还是CaSO4 2H2O 但是与天然CaSO4 2H2O晶 体结构有一定的差异 磷石膏中的CaSO4 2H2O晶体粗大 均匀 以板状为主 其尺寸比天 然CaSO4 2H2O晶体粗大 36 取自广西的磷石膏经过45 C低温烘干 磨细过0 08mm振动筛 筛下 物约为95 98 弃掉筛上物 2 5 后续实验中的所有原料均取自筛下物 对45 C低温烘干磷石膏作TG DTA分析 测试条件为 升温速率10 C min 最高温度为950 C 其分解规律如图3 1 xx006008007580859095100Temperature o