以磷石膏、粉煤灰、矿渣微粉、生石灰为主要原料制备了磷石膏基复合材料,研究了磷石膏基复合材料性能的影响因素,并通过多变量数值分析得到了最优配合比。结果表明:当磷石膏、粉煤灰、矿渣微粉、生石灰的质量比为1∶0.4∶0.06∶0.03时,制备的磷石膏基复合材料的抗压、抗折强度均较高;掺入6‰防水剂对磷石膏基复合材料的抗压强度提升较大,复掺3‰减水剂+3‰防水剂对抗折强度提升较大;当水胶比为0.38~0.40时,磷石膏基复合材料的强度较高;21℃蒸汽养护14 d可使磷石膏基复合材料的强度达到最佳,但蒸汽养护会导致磷石膏基复合材料的吸水率增大、软化系数降低;通过数值分析建立的多变量磷石膏基复合材料的强度计算公式,可以得出单一变量下磷石膏基复合材料的强度值和多变量下磷石膏基复合材料的强度值与对应原材料掺量之间的关系。

利用电石渣对原状磷石膏进行了改性处理,制备了改性磷石膏-矿渣粉-水泥三元胶凝材料,将三元胶凝材料、骨料、水按一定比例混合均匀制得了磷石膏路基稳定材料。计算了磷石膏路基稳定材料在生产阶段的能耗和碳排放量,并与普通水稳材料进行了对比分析。结果表明:磷石膏路基稳定材料在生产过程中的电耗为6.09(kW·h)/t、油耗为1.09 L/t、煤耗为0.38 kgce/t、综合能耗为2.48 kgce/t,相比普通水稳材料可节约综合能耗59.28%;磷石膏路基稳定材料在生产过程中会产生12.57 kgCO2/t,相比普通水稳材料可减少76.87%的碳排放量。

以低活度钛矿渣为原材料,制备出容重为700kg/m3的加气混凝土,同时以不同原材料掺量对加气混凝土强度的影响进行了研究,研究表明,添加NaOH能提高钛矿渣的活性,提高矿渣中SiO2在高温下的溶解度,从而提高试体抗压强度;加气混凝土的强度随着石灰掺量的增加而增大,掺量为25%时,前期有较高的强度,对后期强度影响较小;钛矿渣掺量在低于20%时,加气混凝土随钛矿渣的掺量增加而增大,但钛矿渣掺量不宜超过20%。

以生石灰作为改性材料对未经煅烧处理的磷石膏进行改性除杂,陈化后,经成球、水泥包裹处理,再与胶凝材料、碎石等在添加适量水的情况下混合,采用振动加压成型工艺、自然养护的方式生产出软化系数达到0.84、抗压强度达到21.5MPa以上的耐水高强磷石膏实心砖,其它性能指标符合GB/T 21144—2007《混凝土实心砖》标准中MU20等级要求,使得磷石膏实心砖的应用范围更加广泛,从而为解决磷石膏的综合利用问题提供了一条新的途径。

将磷石膏与矿渣及少量的水泥复合制成磷石膏水泥,并用于生产预制混凝土构件,不但可消耗大量磷石膏,还可大量的减少混凝土制品中水泥用量,降低生产成本。同时,也符合国家提出的节能、减排、降耗的经济发展方向,对资源的合理化利用及我国磷化工业和建材工业的可持续发展具有重要意义。

工业副产品磷石膏直接用作水泥缓凝剂会使水泥的凝结时间延长,强度降低。通过改性后的磷石膏具有调节水泥凝结时间、提高水泥强度的性能,能代替天然石膏用作水泥缓凝剂。改性后的磷石膏还可代替天然石膏用于蒸压硅酸盐制品,增强蒸压硅酸盐制品的强度。对蒸压制品进行了XRD、SEM分析,结果表明,掺改性磷石膏的蒸压制品形成了更多的水化产物,并拥有更致密的结构。

以磷石膏为主要原料,采用正交方法,进行了以磷石膏胶凝材料为主体,以炉渣为骨料,并加入熟石灰、激发剂等,生产免烧砖的不同配合比的试验分析。结果表明,在磷石膏胶结材:炉渣:熟石灰:改性剂=100:50:4:2.5配合比下,水灰比为0.15时,可获得7d抗压强度为17.4MPa的制品。采用最佳配比在免烧砖机上进行试验,经养护后,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。

磷石膏是生产工业磷酸等的副产物,通常,磷石膏在水泥水化硬化中可起缓凝作用。本文基于低场核磁共振法这一无损检测方法,研究磷石膏的掺入对水泥在水化硬化过程中引起的早期孔结构的变化。结果表明,随着磷石膏的加入,水泥硬化体中的孔径分布逐渐向较小尺寸的方向进行发展;水泥硬化体的最可几半径不仅随养护龄期的增加而逐渐降低,随磷石膏掺量的增加而逐渐增加。基于分形理论研究了在该过程中水泥硬化体的孔径分布的变化,结果表明,其分形维数随养护龄期的增加而逐渐降低,随磷石膏掺量的增加而逐渐降低。