使用原始磷石膏制备泡沫混凝土外文翻译资料

 2022-07-28 15:39:26

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使用原始磷石膏制备泡沫混凝土

Tian Tian, Yun Yan, Zhihua Hu, Yuanyuan Xu, Yanping Chen, Jian Shi

（国家重点实验室培育基地非金属复合材料和功能材料，科技，四川绵阳621010西南科技大学，中国大陆重点实验室四川省，西南科技大学，四川绵阳621010，公关中国的新型建材）

摘要：磷石膏（PG），是磷酸制造时通过脱水过程的浪费，被用作原料来制造泡沫混凝土。它通过调节未处理磷石膏和少量水泥，矿渣微粉和生石灰的混合比例，同时，与泡沫混合制备。研究了一系列制造参数以确定在这项工作中的试样性能，如促进剂，生石灰，PG，补充胶凝材料和泡沫含量，水固比的性能，固化机制等。研究结果表明最优秀的内容PG是45-55％，水泥矿渣比为1，生石灰4％，硫铝酸盐水泥2％。在混合而无减水剂的情况下，W /S（水固比）为0.4〜0.5是优秀的。大多数PG是作为填料，在有硫酸时和少量PG在刺激钙硅材料的作用下产生钙矾石，对提高抗压强度也起了作用。PG-水泥矿渣系统的抗碳化比PG-水泥-FA系统更好。不同密度等级的热导率满足中国标准的要求。在PG泡沫混凝土中的主要矿物有针状钙矾石，絮状C-S-H和非反应性石膏板。

关键词：泡沫混凝土 磷石膏（PG） 抗压强度 体积密度 碳化

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1 引言

磷石膏（PG）是通过脱水工艺制造磷酸的浪费。它是一种含高钙的细粉硫酸盐，还含有少量杂质如磷酸盐，氟化物和有机物杂质。每吨磷酸的生产会生成5吨PG。随着磷肥工业的快速发展，在全球磷石膏排放量每年超过1.5亿吨。在中国，磷石膏的量超过250百万吨，每年增长超过5500万吨。当大量的磷石膏是在陆地上倾倒，它可能会导致PH变化，这会影响鱼，水生生物和植被等大多数物种。不科学的磷石膏的排放不仅造成严重的环境污染，而且也占据相当大的土地资源。因此，需要低成本，且大规模的处理技术，才能消耗如此大量的PG。

在磷石膏的综合利用方面做了很多努力。如使用磷石膏作为水泥缓凝剂，土壤稳定剂，磷石膏板，无水石膏水泥，石灰-灰-磷石膏粘结剂，高强石膏，硫酸钙晶须，空心砌块，胶凝材料，耐火砖等。然而，在大多数上述相关研究中，磷石膏的消耗还是太少，不能满足大量消耗的目的。一些研究满足要求，但他们必须对磷石膏做一些预处理，例如热处理或洗涤，这可能消耗较大的能量，并产生二次污染，导致成本增加。因此，它极度需要低成本和大规模的处理技术。Yang等人，利用PG为原料制备非高压灭菌加气混凝土。然而，收缩，碳化和吸水特别严重，由于大量的加气混凝土相互连接空气的空隙。

现在有高附加值的使用方法有很多，但只有应用于建材上才可以达到消耗大量PG的目的。“建筑材料节能减排“十二五”规划”中明确指出，政府鼓励发展使用工业废料以生产轻质建筑材料，其比例将高于65%，到2015年，产品可以享受豁免。因此，轻质建筑材料将获得广阔的发展前景。作为轻质建筑材料已广泛应用且被市场逐渐接受，质量和功能都在不断提高，这些材料的需求将在未来大大增加。轻质混凝土的性能可以在许多方面利用它作为主要的结构材料将其结合到结构中增强保温性。泡沫混凝土，是一种建筑保温材料具有节能生产和减少原材料消耗的优点，可以获得更多优惠。

在这项工作中，原始PG被用作制造泡沫混凝土的原料。泡沫混凝土含有少量连接空气的空隙，这将产生较低的碳化，吸水性和降低抗压强度。此外，该产品具有优良的隔热和隔音性能，极低的导热性和不可燃。它的性能给他们在保温领域提供建筑能效和防火。在蒸汽养护这项工作中，它可以促进泡沫混凝土的强度发展和减少生产过程的能源消耗和成本。研究了一系列技术参数，然后测试产品的相对性能。

2 实验

2.1材料

PG泡沫混凝土混合物通过使用PG，水泥，研磨的高炉矿渣（GGBFS）或飞灰（FA），生石灰，硫铝酸盐水泥，水和发泡剂。PG从磷肥厂获得，水含量为11.2％，平均粒径（D50）为25.3微米并且PH值为5.0。PG的X射线衍射（XRD）示于图1。在这个实验中使用的水泥为P.O 42.5R（中国国家标准：GB175-2007）。等级GGBFS为S95（中国国家标准：GB / T18046-2008）。上述原料的主要化学成分示于表1。市购生石灰，有效CaO含量为84.2％，煤渣温度和熟化时间分别为92℃和4分钟。通过充气产生泡沫动物蛋白发泡剂（重量稀释比1:20）。

2.2.试样制备过程

将原料以预定比例称重，并把它们混合1分钟。将混合物例如超增塑剂的稀溶液加入到干混合物中并将其混合3分钟。当浆料均匀时，加入在高速混合器搅拌预制的泡沫，然后再次混合浆料。接着，将浆料注入70.7毫米times;70.7毫米times;70.7毫米的模型中。成型后，立方体在不同温度下用蒸汽固化若干小时。最后，在60℃的温度下干燥后获得PG泡沫混凝土。

2.3.实验方法

密度试验：在60℃的电恒温箱里干燥一组三个立方体直至重量恒定; 重量与体积之比是密度。

抗压强度测试：在密度测试后，测试抗压强度参考中国国家标准（JG / T266-2011）。

热传导率是通过DRY-300F热流电导测试的。试样的尺寸为300毫米times;300毫米times;30毫米。微观结构用SEM和XRD技术研究矿物相粉末，通过 X射线荧光分析研究化学成分。碳化收缩测试参考中国国家标准GB / T11969-2008。

3 结果和讨论

3.1加速器的作用

众所周知，用大剂量的原始PG制备浆料的凝固时间和用于制备泡沫混凝土的泡沫稳定时间是非常重要的。为了控制浆料的凝固时间，加速剂选择使用硫铝酸盐水泥的含量在对初凝时间，终凝时间和基体的抗压强度的影响见表2。

如表2所示，无添加加速器的浆液的凝固时间比加入加速器的长得多。初凝时间从476分钟迅速减少到70-102分钟，缩短了78.6-85.3％。终凝时间从598分钟，缩短到320-461分，缩短了22.9％-46.5％。随着加速器含量的增加，凝结时间呈下降趋势。抗压强度随着时间的增加而增加，从3天到28天，但对3天，7天，28天的基体的抗压强度没有显著影响。增加硫铝酸盐水泥的含量对密度和抗压强度的影响如图2所示。泡沫混凝土的混合比例如下：生石灰4％（质量百分比，下同），PG 50％（干重），水泥25％，矿渣25％，W / S（水固比）= 0.5 ，泡沫0.1％。混合的密度从518千克/立方米增加到591千克/立方米。抗压强度随着硫铝酸盐水泥含量的增加而波动。这是因为PG对普通波特兰水泥的早期水化具有明显的阻滞作用，而另一方面，PG能促进硫铝酸盐水泥的早期水化。这两种效应导致的抗压强度的波动。

可以看出，硫铝酸盐水泥的加速效果是明显的。因为无水硫酸钙在硫铝酸盐水泥中可以促进波特兰水泥的早期水化，并迅速生成钙矾石晶体。另一个原因是，普通硅酸盐水泥是高碱性水泥，而硫铝酸盐水泥是低碱度水泥，其结果是，少量的硫铝酸盐水泥代替普通硅酸盐水泥，复合体系的碱度的降低，使硅酸三钙的水化加速，凝结时间大大缩短。根据设置的时间和强度的研究，最佳的含量为2％，即可以使泡沫稳定的时间与浆液的增稠速率相一致，且与硫铝酸盐水泥低剂量混合对强度没有很大的影响。

3.2 生石灰的影响

生石灰含量对密度，压缩性和泡沫混凝土的强度影响如图3所示。泡沫混凝土的混合比例如下：铝酸盐水泥2％（质量百分数，下同），PG 50％（干重），水泥25％，矿渣25％，W / S = 0.5，泡沫的0.1％。

随着生石灰含量的增加，混合的密度从512.6千克/立方米增加到583.7千克/立方米。抗压强度结果表明，生石灰稳定在一定比例能够提高混合物的强度。生石灰的含量达到4％产生最大强度，这比空白试样高408％。抗压强度从0％提高到4％，然后减小。这是因为，生石灰的水合产物是的Ca（OH）2等。它产生的有害酸性杂质如可溶性磷在磷石膏中转变为不溶性盐，它可以使在PG样品凝固和正常固化。它也刺激炉渣的活性，同时加强混合物的水合作用反应。随着石灰用量的增加，浆料的流动性越来越差，然后气泡容易损坏。因此，具有相同含量的泡沫，密度随着石灰用量的增加而增加。然而，过多的生石灰将形成的Ca（OH）2的过饱和液体状态。高钙硅比降低聚合度，对该产品的强度造成不利影响。根据实验结果，生石灰的最佳用量为4％。

3.3 PG的影响

因为磷石膏是无水泥质的材料，所以混合物的抗压强度与PG剂量高度相关。图4表明，原始磷石膏的百分比从40％提高到70％，泡沫混凝土的抗压强度值几乎呈线性下降，从2.71兆帕降到1.14兆帕。密度先缓慢增加，然后下降，PG含量增加，当PG达到55%的峰值时被添加。其原因可能是，大多数的PG只是在混合物中起到填充材料的作用，并且仅有少量的PG参与水合生成钙矾石（AFt），对抗压强度的贡献较小。因此，用较少的水泥材料，强度逐渐减小。考虑到抗压强度和磷石膏的消耗，其适宜含量为45-55％。

大多数PG是作为填料，然而，是否有少量硫酸盐在PG刺激中发挥了作用需要进一步的研究。PG的作用，加入一小个碳酸钙混合物到水泥-GGBFS-生石灰体系代

PG。碳酸钙的粒径分布与PG类似。两个混合物未经发泡的28天抗压强度所示图5结果表明压缩性连续增加强度值从0％至12％，强度值从58.68兆帕到74.9兆帕。后来，几乎从12％下降到60％。强度值从74.9兆帕至48兆帕。最大抗压强度值是74.9兆帕，比空白组（基质）高27.64％。然而，含有碳酸钙的基质与含有PG的相比，显示增加保守，含量从0％至12％。最大抗压强度为63.5兆帕，比混合料低15.22％。因此，PG是不是像碳酸钙的惰性材料。少量的PG就可提高混合物的抗压强度。

用于分析具有不同含量的PG和碳酸钙的共混物的XRD图案被绘制在图6中。没有PG或碳酸钙混合的物相主要是氢氧化钙，方解石，石英和大量的C-S-H这在XRD图像中不可见，因为它通常以无定形或非晶体的形式存在。PG含量在4%~12%的式样的水化产物与空白对照组相比有明显差异，因为钙矾石的衍射峰的存在。石膏是PG的主要成分。但是，从含有4%至12%的PG样品的XRD图中是看不到石膏的衍射峰，这说明了所有的石膏参与在水合和变成钙矾石。当PG含量为50％，出现石膏的衍射峰，这意味着，石膏是过量，其中一些不参加水合。含12％的碳酸钙样品的矿物相与空白组稍有不同，除了方解石。方解石的衍射峰比其他的更强。

具有PG和碳酸钙样品的微观结构如图7所示。可以看到的，在左侧，这是用12％的PG制作的样本，比右侧用12％的碳酸钙制作的样本的水合产品结构更紧凑。有丰富的短柄杆状水化产物在含12％的PG标本中。但与钙碳酸盐结晶相比几乎是相对松散的颗粒。

总之，大多数PG是作为填料，并有少量硫酸在PG中，可以在刺激钙硅材料并产生钙矾石，以提高抗压强度。

3.4.辅助胶凝材料的影响

固定用量的水泥材料是含量在50%的情况下，矿渣和FA被​​选为补充胶凝材料。对两种补充胶凝材料添加后对密度和抗压强度的影响进行了研究。可在图8中看到，随着水泥含量的增加，从20％至50％，试样的密度和抗压强度都在增强。但随着进一步增加，它没有显著变化。最大值，是2.77兆帕，发生在水泥和矿渣比例相等时。类似的调节发生PG-水泥-FA系统。但抗压强度绝对值比PG-水泥-渣系统低。

因为系统的水化产物含有大量的钙矾石，某些性能可能在碳化后被改变。因此，为了进一步的比较，需进行更多的实验来研究两种系统的碳化。碳化效果由PG-水泥-渣和PG-水泥-FA制备的试样列于表3。碳化前，PG-水泥-渣的抗压强度是2.92兆帕，碳化后降低到2.69兆帕，密度等级相同。抗压强度损失7.94％，碳化系数为0.92。但是，在相同的混合比例下， PG-水泥-FA的抗压强度损失是25.35％。越多FA代替水泥，泡沫混凝土的抗压强度损失越大。

图9给出了水化产物的XRD图谱，对PG-水泥-矿渣和PG-水泥-FA混合体系进行分析。A0，B0，C0表示在碳化前含有25％的矿渣，25％FA，35％FA的混合物，在碳化后分别为A1，B1，C1。碳化前，水化产品主要石膏，石英，方解石，以及钙矾石，可能斜方钙沸石。但碳化后，钙矾石的XRD图案没有衍射峰。方解石和石膏的特征峰加强且碳化后的峰值拓宽。这是因为钙矾石分解为碳酸钙，二水石膏，碳化后的铝胶。碳化反应的过程如下：

3CaO· Al2O3 ·3CaSO4 · 32H2O 3CO2 6H2O

→CaCO3 3CaSO4 Al2O3·XH2O （38-X）H2O

二氧化碳溶解在水中并产生碳酸，然后水合物颗粒吸附碳酸。吸附反应在反应后将通过液相扩散和固相扩散进行。

为了进一步探讨碳化对微观结构系统的影响，在扫描电子显微镜（SEM）下进行分析。 图10表示碳化对PG-水泥-矿渣和PG-水泥-FA微观结构的影响

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