矿粉和生石灰高温改性对磷石膏水泥基材料性能影响

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0408

无机盐工业 ›› 2024, Vol. 56 ›› Issue (6): 94-101.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0408

矿粉和生石灰高温改性对磷石膏水泥基材料性能影响

屠艳平¹^,²(), 白登显¹^,², 程书凯¹^,², 谢俊杰¹^,², 黄志良³, 陈国夫⁴()

^1.武汉工程大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430073
^2.湖北省绿色土木工程材料与结构工程研究中心，湖北武汉 430073
^3.武汉工程大学材料科学与工程学院，湖北武汉 430074
^4.广安职业技术学院建筑工程学院，四川广安 638500

收稿日期:2023-08-10 出版日期:2024-06-10 发布日期:2024-06-20
通讯作者: 陈国夫（1999— ），男，硕士，助教，研究方向为固废资源化利用；E-mail：1330250291@qq.com。
作者简介:屠艳平（1977— ），女，博士，副教授，研究方向为再生混凝土资源化应用；E-mail：121552188@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52208286);湖北三峡实验室项目(SC211011);武汉工程大学科学研究基金项目(K2021031);武汉工程大学研究生教育创新基金资助项目(CX2023338)

Effect of high temperature modification of mineral powder and quicklime on properties of phosphogypsum cement based materials

TU Yanping¹^,²(), BAI Dengxian¹^,², CHENG Shukai¹^,², XIE Junjie¹^,², HUANG Zhiliang³, CHEN Guofu⁴()

^1.School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073，China
^2.Hubei Engineering research Center of Green Civil Engineering Materials and Structures，Wuhan 430073，China
^3.School of Materials Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China
^4.School of Civil Engineering，Guang′an Vocational & Technical College，Guang′an 638500，China

Received:2023-08-10 Published:2024-06-10 Online:2024-06-20

摘要/Abstract

摘要：

由于磷石膏中杂质不可避免地掺入，导致磷石膏的质量较差，进一步阻碍了磷石膏的应用。通过使用磷石膏和硅酸盐水泥作为原料，探究生石灰高温改性磷石膏对水泥基材料强度的影响，进而研究矿粉对大掺量磷石膏水泥基材料强度不足和凝结过快等缺陷的改善效果，最后采用XRD和SEM分析了磷石膏水泥基材料的水化产物，探明生石灰和矿粉对磷石膏水泥基材料性能的改善机理。结果表明，生石灰在高温下可以成功地消除磷石膏中的酸性杂质，提升胶凝材料的强度，综合考虑环保性和强度性能，生石灰的最佳掺量为2%。矿粉的掺入可以进一步提高胶凝材料的强度，延缓磷石膏水泥基材料的初终凝时间，随着矿粉掺量的持续增加，胶凝材料在28 d时的强度呈现出先增大后减小的趋势。综合考虑各项性能，矿粉的最佳掺量为20%。此外，在掺加矿粉后，胶凝材料在28 d的微观形貌中生成了相互交织的水滑石，其结构稳定有利于磷石膏水泥基胶凝材料力学性能的发展。

关键词: 磷石膏, 生石灰, 改性机理, 矿粉, 水泥胶砂

Abstract:

Due to the inevitable incorporation of impurities in phosphogypsum，its quality is poor，which further hinders the application of phosphogypsum.The effect of quicklime high-temperature modified phosphogypsum on the strength of cement-based materials was explored by using phosphogypsum and Portland cement as raw materials，and then the improvement effect of mineral powder on the defects of insufficient strength and rapid coagulation of high amount phosphogypsum cement-based materials was studied.Finally，XRD and SEM were used to analyze the hydration products of phosphogypsum cement-based materials，and the improvement mechanism of quicklime and mineral powder on the performance of phosphogypsum cement-based materials was revealed.The results showed that quicklime could successfully eliminate acid impurities in phosphogypsum at high temperature，improve the strength of the cementitious material，and taking into account the environmental protection and strength properties，the optimal amount of quicklime was 2%.The addition of mineral powder could further improve the strength of the cementitious material，delay the initial and final setting time of phosphogypsum cement-based material.With the continuous increase of mineral powder content，the strength of the cementitious material showed a trend of first increase and then decreased at 28 d.Taking into account all aspects of performance，the optimal amount of mineral powder was 20%.In addition，after adding mineral powder，the cementitious material generated interlaced hydroxylapatite in the microstructure at 28 d，which was structurally stable and conducive to the development of mechanical properties of phosphogypsum cement-based materials.

Key words: phosphogypsum, quicklime, modification mechanism, mineral powder, cement mortar

中图分类号:

TQ126.3

屠艳平, 白登显, 程书凯, 谢俊杰, 黄志良, 陈国夫. 矿粉和生石灰高温改性对磷石膏水泥基材料性能影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 94-101.

TU Yanping, BAI Dengxian, CHENG Shukai, XIE Junjie, HUANG Zhiliang, CHEN Guofu. Effect of high temperature modification of mineral powder and quicklime on properties of phosphogypsum cement based materials[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(6): 94-101.

图/表 12

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参考文献 17

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原材料	w （CaO）	w （SiO₂）	w （SO₃）	w （Al₂O₃）	w （MgO）	w （Fe₂O₃）	w （P₂O₅）	烧失量
磷石膏	46.31	2.23	41.01	1.04	0.24	1.05	5.33	2.79
水泥	62.01	19.60	3.71	5.02	2.01	4.45	0.19	3.01
生石灰	92.20	3.41	0.21	1.33	1.11	0.83	—	0.91
矿粉	36.61	33.12	2.03	14.71	9.34	0.92	—	3.27

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