一种提高半水磷石膏胶凝材料抗压强度的方法、半水磷石膏胶凝材料及其制备方法

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种提高半水磷石膏胶凝材料抗压强度的方法、半水磷石膏胶凝材料及其制备方法

背景技术：

1、磷石膏是湿法生产磷酸过程中排放的工业废渣，外观通常呈黑灰色或灰白色，其主要成分为硫酸钙及其水化产物，其中caso4·2h2o占比较大，除此之外还含有磷化物、氟化物和有机质等杂质。近年来中国磷石膏的年均排放量超7000万吨，由于资源化综合利用不够，造成磷石膏的大量堆存。大量的磷石膏不仅侵占了土地资源，其中含有的水溶性五氧化二磷和水溶性氟严重威胁到水环境的安全，存在较大的生态环境安全隐患，需拓宽磷石膏利用途径，继续推广磷石膏在新型建筑材料等领域的利用。磷石膏存在的一系列缺点存在磷氟有机杂质、胶凝性较差、强度低、耐水性能差、早期强度不足等会对磷石膏基胶凝材料的强度和耐水性等性能产生不利影响，这将在一定程度上制约了磷石膏基胶凝材料的应用。现有的磷石膏固废利用方法因其附加值不高，或者掺入量有限，或有毒物质未被固化限制了其大规模应用。一般作为水泥缓凝剂或者混凝土掺入料存在，并且强度没有达到高标号水泥的国标要求。现有技术当中谢伯银(cn 111362601 a)公开了一种高掺量磷石膏水泥熟料胶凝材料及其制备方法，大掺量磷石膏配方为磷石膏52wt％，、23％水泥、8％磷渣微粉、17％粉煤灰与外掺1.5％粉剂磷系激发剂混合研磨，外掺0.6％水剂磷系激发剂制成，得到大掺量磷石膏基胶凝材料，养护28天以后其抗压强度最高可以达到39.68mpa，达到32.5水泥的标准。杨文(cn 111792902 a)公开了一种高强耐水型磷石膏复合胶凝材料及其制备方法，其中使用磷石膏为β型磷石膏，需要进行高温预处理才能获得，并且其中添加多种有机防水剂，其抗压强度最高达到45mpa，达到42.5水泥的国标要求。谭洪波(cn 114933427a)公开了一种全工业固废基低碳水泥的制备方法，其中的固废磷石膏掺量仅为2-5wt％，并且需要进行高温处理。孙正平(cn 106747186 a)公开了一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料制备的混凝土路缘石及其制备方法，组分当中是以高炉矿渣为主要成分，比例占据百分之五十以上，并且组分当中偏高岭土成分偏低，碱激发剂仅采用水玻璃，力学强度产生主要靠矿渣的火山灰效应，组分当中石灰石、偏高岭土、caf2主要用于调凝，未参与力学强度形成。万新龙在文献(磷石膏在矿渣－偏高岭土地聚合物中的应用)将磷石膏应用于矿渣-偏高岭土地聚合物中，最高掺入量为30wt％，该体系当中磷石膏需要进行高温预处理。孙涛在文献(an eco-friendly phosphogypsum-based cementitous materials:performanceoptimization and enhancing mechanisms)当中将磷石膏应用于矿渣-水泥-偏高岭土当中，最高掺入量为45％，该体系强度形成主要是靠矿渣与磷石膏发生反应形成钙矾石，并且材料需要经过湿磨过程调整ph至11.8才能实现，其3天强度仅约11mpa，未达到水泥国标应用标准。其在另一篇文献(recycling utilization of phosphogypsumin eco excess-sulphate cement:synergistic effects of metakaolin and slag additives onhydration,strength and microstructure)提到矿渣和偏高岭土在该体系当中强度形成作用机理为矿渣与磷石膏在偏高岭土作用下形成钙矾石，水泥因其添加量较少在该体系中为调节ph值的作用

2、因此，需要解决现有磷石膏基胶凝材料的磷石膏掺量低，工作性能和力学性能较差等问题，并提高磷石膏基胶凝材料的抗压强度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高半水磷石膏胶凝材料抗压强度的方法、半水磷石膏胶凝材料及其制备方法，克服现有磷石膏基胶凝材料的磷石膏掺量低，工作性能和力学性能较差等问题。该种材料制备方法简单，且具有足够力学性能使得基体可以有效实现后期稳定性。

2、本发明的提高半水磷石膏胶凝材料抗压强度的方法，将磷石膏胶凝材料在成型后采用含硫酸根离子溶液养护以提高抗压强度；

3、进一步，将磷石膏胶凝材料在成型后以含硫酸根离子溶液浸泡。

4、本发明还公开一种大掺量高强度半水磷石膏胶凝材料，原料按重量份包括半水磷石膏70-90份、工业粒化高炉矿渣10-30份、碱激发剂30-40份、含硫酸根离子溶液2-10份；

5、进一步，所述含硫酸根离子溶液为硫酸盐溶液；

6、进一步，所述含硫酸根离子溶液为5％质量分数的硫酸钠溶液；

7、进一步，所述半水磷石膏由磷石膏经高温煅烧制得；

8、进一步，所述碱激发剂包括水玻璃、氢氧化钠和水，按重量份，水玻璃0.3-0.5份、氢氧化钠0.5-0.8份。

9、本发明还公开一种大掺量高强度半水磷石膏胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：将半水磷石膏、工业粒化高炉矿渣和碱激发剂制备的半水磷石膏基胶凝材料在成型后通过含硫酸根离子溶液浸泡；

10、进一步，包括以下步骤：(1)将碱激发剂、半水磷石膏和工业粒化高炉矿渣均匀搅拌混合制得胶凝材料；

11、(2)将胶凝材料在养护成型后采用含硫酸根离子溶液浸泡。

12、本发明的有益效果是：本发明的提高半水磷石膏胶凝材料抗压强度的方法、半水磷石膏胶凝材料及其制备方法，通过含硫酸根离子溶液作为半水磷石膏胶凝材料的养护剂，硫酸根离子可以在很大程度上提高大掺量磷石膏基胶凝材料的抗压强度，在硫酸根离子溶液中，使得未完全水化的半水磷石膏进一步水化，同时残留的氧化钙水化释放出钙离子与氢氧根离子含量迅速攀升直至饱和，在饱和的碱性环境下，未完全水化的矿渣中的氧化铝，氧化硅得以充分析出，与钙离子形成水化硅酸钙和水化铝酸钙，同时由于补充了硫酸根离子溶液可以进一步的将水化铝酸钙转化为钙矾石，使得内部形成互相交织的网状结构，水化硅酸钙填充内部孔隙，有效的降低了磷石膏基胶凝材料的孔隙率，提高大掺量磷石膏胶凝材料的力学强度，使磷石膏掺量可以达到70％-90％。使掺入量90％磷石膏的胶凝材料抗压强度在硫酸根溶液当中养护56天时可达到39.8mpa以上。因此，在本发明的配方中，硫酸根溶液的浸泡起到使未完全水化的半水磷石膏与未完全水化的矿渣进一步水化生成钙矾石的作用，降低体系孔隙率，提高大掺量磷石膏胶凝材料的强度。

技术特征：

1.一种提高半水磷石膏胶凝材料抗压强度的方法，其特征在于：将磷石膏胶凝材料在成型后采用含硫酸根离子溶液养护以提高抗压强度。

2.根据权利要求1所述的提高半水磷石膏胶凝材料抗压强度的方法，其特征在于：将磷石膏胶凝材料在成型后以含硫酸根离子溶液浸泡。

3.一种大掺量高强度半水磷石膏胶凝材料，其特征在于：原料按重量份包括半水磷石膏70-90份、工业粒化高炉矿渣10-30份、碱激发剂30-40份、含硫酸根离子溶液2-10份。

4.根据权利要求3所述的大掺量高强度半水磷石膏胶凝材料，其特征在于：所述含硫酸根离子溶液为硫酸盐溶液。

5.根据权利要求4所述的大掺量高强度半水磷石膏胶凝材料，其特征在于：所述含硫酸根离子溶液为5％质量分数的硫酸钠溶液。

6.根据权利要求3所述的大掺量高强度半水磷石膏胶凝材料，其特征在于：所述半水磷石膏由磷石膏经高温煅烧制得。

7.根据权利要求3所述的大掺量高强度半水磷石膏胶凝材料，其特征在于：所述碱激发剂包括水玻璃、氢氧化钠和水，按重量份，水玻璃0.3-0.5份、氢氧化钠0.5-0.8份。

8.根据权利要求3所述的大掺量高强度半水磷石膏胶凝材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将半水磷石膏、工业粒化高炉矿渣和碱激发剂制备的半水磷石膏基胶凝材料在成型后通过含硫酸根离子溶液浸泡。

9.根据权利要求8所述的大掺量高强度半水磷石膏胶凝材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种提高半水磷石膏胶凝材料抗压强度的方法，将磷石膏胶凝材料在成型后采用含硫酸根离子溶液养护以提高抗压强度；通过含硫酸根离子溶液作为半水磷石膏胶凝材料的养护剂，在硫酸根离子溶液中，使得未完全水化的半水磷石膏进一步水化，同时残留的氧化钙水化释放出钙离子与氢氧根离子含量迅速攀升直至饱和，在饱和的碱性环境下，未完全水化的矿渣中的氧化铝，氧化硅得以充分析出，与钙离子形成水化硅酸钙和水化铝酸钙，同时由于补充了硫酸根离子溶液可以进一步的将水化铝酸钙转化为钙矾石，使得内部形成互相交织的网状结构，水化硅酸钙填充内部孔隙，有效的降低了磷石膏基胶凝材料的孔隙率，提高大掺量磷石膏胶凝材料的力学强度。技术研发人员：鲁浈浈,何林受保护的技术使用者：重庆交通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14