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《南京工业大学》 2004年
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磷渣活性的激发及对硅酸盐水泥的缓凝机理

盛广宏  
【摘要】:磷渣在水泥工业中作为原料用于生产水泥时,可以降低煅烧温度提高熟料 质量;也可以作为混合材掺入水泥中改善水泥的性能.但是磷渣作为混合材使 用时会对硅酸盐水泥产生一些不利的影响,一是早期强度低,二是凝结时间长. 这也成为制约磷渣在水泥中应用的重要因素,为了更好地利用磷渣,减少黄磷 工业的污染,以及降低水泥工业的环境负荷.本文通过机械活化与化学激发的 方法来提高磷渣硅酸盐水泥的早期强度,以及改善凝结时间性能.研究表明, 硫酸钠.烧石膏和烧明矾石等都可以有效地提高磷渣硅酸盐水泥 3d 强度 2~3MPa,28d 强度 3~5MPa,但硫酸钠的掺加对磷渣硅酸盐水泥的后期强度不 利,它们的复合掺加效果却不佳.在使用以硫铝酸钙为主要矿物组成的外加剂 以及煅烧地开石时,也有一定的效果,可以提高 3d 和 28d 强度约 2MPa.提高 磷渣的比表面积可以提高磷渣硅酸盐水泥的强度,对于比表面积为 341m2/kg 的 磷渣,掺量为 30%时,可以达到 P.O.42.5 等级要求,而使用比表面积为 502m2/kg 的磷渣,达到同样的等级要求,掺量可以达到 40%.当采用外加剂与机械活化 联合使用时,效果更好.联合采用细磨磷渣(即将磷渣细度从 341m2/kg 提高到 502m2/kg)与掺加烧石膏(完全替代二水石膏)时,在磷渣掺量为 30%时,可 以达到 P.O.52.5 等级要求,磷渣掺量达到 50%时,仍能满足 P.O.42.5 等级要求. 当采用磨细磷渣,掺加烧明矾石 3%,在磷渣掺量为 30%时可以达到 P.O.52.5 等级要求,掺量达 50%时仍可以满足 P.O.42.5 等级要求. 磷渣对硅酸盐水泥具有显著的缓凝效应,对凝结时间的影响主要受磷渣掺 量与细度的影响,掺量越高,缓凝越严重,当磷渣掺量从 30%增加到 50%时, 其凝结时间延长约 100min 到 400min;比表面积越大,凝结时间越长.在相同 掺量时,掺加比表面积为 502m2/kg 的磷渣比 341m2/kg 的磷渣的硅酸盐水泥的 凝结时间延长 60~100min.在使用外加剂改善磷渣水泥的凝结时间时,以硫酸 钠和以硫铝酸钙为主要矿物组成的外加剂的效果最佳,而烧石膏与烧明矾石的 作用不显著. 通过对磷渣的缓凝机理研究,我们认为磷渣对硅酸盐水泥的缓凝主要是由 于水化初期形成的半透水性薄膜对磷渣在碱性条件下形成的羟基磷灰石与氟化 I WP=4 钙的吸附,导致其密实度增加,水不易透过,从而延缓了水化速度,最终导致 了水泥的缓凝.这种吸附是由于磷渣中所含有的磷和氟在水泥水化产物 Ca(OH)2 的作用下从磷渣玻璃体中离解出来,磷在碱性溶液中生成羟基磷灰石 不断地沉积在水化产物表面,而氟则是形成氟化钙,以氢键或吸附的方式与水 化产物结合. 论文对外加剂对磷渣水泥硬化浆体的孔结构.化学结合水与水化产物的影 响进行了研究.外加剂的掺加能降低磷渣水泥硬化浆体的总孔隙率,改善孔径 分布,使小于 50nm 的凝胶孔增多,而大于 100nm 的有害孔减少,但是硫酸钠 却导致 28d 的总孔隙率增加.通过对总孔隙率与抗压强度之间的数学拟合,发 现它们之间的关系符合 Rhyshkewitch 公式.通过对硬化浆体的 SEM 图像研究 表明,硫酸钠加速了磷渣的解聚,而烧石膏与烧明矾石则可以生成更多的钙矾 石.外加剂的加入能提高磷渣水泥的硬化浆体的化学结合水含量,但不同的外 加剂的作用是不一样的.对硬化浆体的 Ca(OH)2 含量的影响是硫酸钠和烧石膏 能提高其含量,而烧明矾石却导致 Ca(OH)2 含量的下降,这是因为它们在磷渣 水泥中的作用机制是不一样的.
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