建筑磷石膏改性研究与应用

论文摘要

磷石膏是磷化工企业排放的废渣,随着磷化工企业的迅猛发展,磷石膏的产量也在急剧攀升,截止目前其年排放量已达到近5000万吨,给社会环境带来了巨大压力,磷石膏的资源化利用迫在眉睫。磷石膏脱水制得的以β-半水石膏为主要成分的建筑磷石膏及制品是其资源化利用的有效途径,同时能达到消耗大量磷石膏废渣的目的。但磷石膏的性能不稳定,致使这种来源广阔、建筑功能优良的资源无法得以有效利用。采用预处理和外加剂改性可以同时保证建筑磷石膏性能稳定和较高的硬化体强度。然而,由于缺乏对磷石膏特殊性的认识,往往盲目使用天然石膏外加剂,外加剂适应性差,使用效率低,磷石膏品位低下等因素极大地制约了磷石膏基材料的应用发展。本文从磷石膏自身品质切入,对外加剂与建筑磷石膏的适应性、外加剂的使用条件、掺量与磷石膏性能的关系以及外加剂对水化进程与硬化体微结构、形貌的影响等内容展开系统研究,明确了磷石膏外加剂的使用种类和范围,揭示出外加剂的作用现象与本质之间的内在关联,以指导人们更加合理科学地使用外加剂改善建筑磷石膏的性能。在认清建筑磷石膏改性规律的基础之上,进一步配制磷石膏基粉体材料。通过对磷石膏性能的主要影响因素的研究,找出了提高建筑磷石膏性能、品位的方法。通过研究不同种类缓凝剂对建筑磷石膏的凝结时间和硬化体强度的影响,找到了适合磷石膏体系的缓凝剂,确定了缓凝剂使用的最佳pH范围。并研究了缓凝剂在其最佳酸碱度环境下对建筑磷石膏水化过程的影响。通过对磷石膏硬化体晶体扫描电镜照片的观测,分析缓凝剂带来的磷石膏硬化体微形貌的改变与其强度的内在联系。通过乳胶粉和减水剂对建筑磷石膏强度的影响研究,明确了适合磷石膏的乳胶粉和减水剂的种类和掺量。通过,耐水性能和保水性能测试分别评判了有机硅憎水剂和羟丙基甲基纤维素对磷石膏性能的改善作用。在掌握了外加剂对磷石膏改性规律的基础之上,通过外加剂的复合、石膏粉颗粒级配的优化及填料的添加,运用功效系数原理开发了磷石膏基粉刷、粘结和腻子材料。结果表明:最佳pH值时,缓凝剂的掺加降低了磷石膏的液相过饱和度,使结晶颗粒变大,晶体间接触点减少,结晶结构网松散,导致强度有所下降;1220可再分散乳胶粉和改性聚羧酸醚减水剂能有效提高硬化体强度;10万黏度羟丙基甲基纤维素能显著改善磷石膏浆体的保水性能;掺加有机硅憎水剂的磷石膏耐水性能大大提高;掺加柠檬酸的磷石膏基功能砂浆性能优良。分析认为,磷石膏品位相同的条件下,缓凝剂是磷石膏资源化利用的关键因素,它影响着石膏晶体的溶解、成核和长大过程,处于影响磷石膏基材料性能的本质层面。减水剂与可再分散乳胶粉起着密实硬化体和减小孔隙的作用,可在分散乳胶粉还可以提高磷石膏基粉刷、粘结和腻子材料的粘结力,对磷石膏基材料性能的提高起着重要的作用,而其余外加剂只起辅助改性作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 磷石膏利用的紧迫性及粉体材料的应用概况
• 1.1.1 发展建筑磷石膏基建材的现实意义及前景
• 1.1.2 建筑磷石膏在建材方面的应用
• 1.1.3 建筑磷石膏基材料性能改善的研究进展
• 1.2 建筑磷石膏的特性及其水化硬化
• 1.2.1 建筑磷石膏的基本特性
• 1.2.2 建筑磷石膏的水化硬化机理
• 1.3 影响建筑磷石膏性能的因素
• 1.3.1 杂质对建筑磷石膏性能的影响
• 1.3.2 细度和相组成对建筑磷石膏性能的影响
• 1.3.3 外加剂对建筑磷石膏性能的影响
• 1.4 改善建筑磷石膏性能的途径
• 1.5 缓凝剂对石膏影响作用的研究现状
• 1.5.1 缓凝剂及对石膏作用机理的研究
• 1.5.2 缓凝剂对石膏水化温升与水化率的影响
• 1.5.3 缓凝剂对石膏液相离子浓度与过饱和度的影响
• 1.5.4 晶体和二水石膏晶体的结晶习性
• 1.5.5 二水石膏晶体特性及缓凝剂对石膏晶体的影响
• 1.6 其它外加剂及作用机理的研究现状
• 1.6.1 可再分散乳胶粉及对建筑磷石膏的影响作用
• 1.6.2 减水剂及其作用机理
• 1.6.3 羟丙基甲基纤维素及其作用机理
• 1.6.4 有机硅憎水剂及其防水原理
• 1.7 本课题的研究内容与研究方案
• 2 原材料与实验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 建筑磷石膏
• 2.1.2 天然建筑石膏
• 2.1.3 外加剂
• 2.2 实验仪器与实验方法
• 2.2.1 标准稠度用水量、凝结时间的测定
• 2.2.2 强度测定
• 2.2.3 颗粒粒度分布及细度测定
• 2.2.4 建筑磷石膏保水率测定
• 2.2.5 pH 值调节与测定
• 2.2.6 水化温度测定
• 2.2.7 液相离子浓度测定
• 2.2.8 石膏水化率测定
• 2.2.9 扫描电镜观察
• 2.2.10 磷石膏基材料保水率测定
• 3 建筑磷石膏性能的主要影响因素
• 3.1 颗粒因素对建筑磷石膏性能的影响
• 3.1.1 细度对建筑磷石膏性能的影响
• 3.1.2 级配对建筑磷石膏性能的影响
• 3.1.3 颗粒形状及表面特征对磷石膏物理性能的影响
• 3.2 PH 值对建筑磷石膏性能的影响
• 3.2.1 pH 值对建筑磷石膏凝结时间及标准稠度w/g 的影响
• 3.2.2 pH 值对建筑磷石膏硬化体强度的影响
• 3.3 水洗、颗粒分级处理对建筑磷石膏性能的影响
• 3.3.1 水洗处理对建筑磷石膏性能的改善
• 3.3.2 颗粒分级处理对建筑磷石膏性能的改善
• 3.4 小结
• 4 缓凝剂对建筑磷石膏性能的影响
• 4.1 缓凝剂对建筑磷石膏的适应性
• 4.1.1 缓凝剂对建筑磷石膏凝结时间的影响
• 4.1.2 缓凝剂对建筑磷石膏硬化体强度的影响
• 4.2 缓凝剂在不同PH 值环境下对建筑磷石膏性能的影响
• 4.2.1 pH 值对SC 缓凝剂作用的影响
• 4.2.2 pH 值对柠檬酸缓凝剂作用的影响
• 4.2.3 pH 值对SG-10 缓凝剂作用的影响
• 4.3 缓凝剂在最佳PH 值下对建筑磷石膏水化进程的影响
• 4.3.1 在最佳pH 值时，缓凝剂掺量对磷石膏宏观性能的影响
• 4.3.2 缓凝剂在最佳pH 值下对磷石膏水化温升与水化率的影响
• 4.3.3 缓凝剂在最佳pH 值下对液相离子浓度与过饱和度的影响
• 4.4 缓凝剂在最佳PH 值下对磷石膏晶体形貌及硬化体结构的影响
• 4.5 小结
• 5 高分子聚合物及其它外加剂对建筑磷石膏的改性研究
• 5.1 胶粉对建筑磷石膏性能的改善
• 5.1.1 胶粉对磷石膏凝结时间的影响
• 5.1.2 胶粉掺量与磷石膏压折强度的关系
• 5.1.3 聚合物对磷石膏剪切粘结性能的改善
• 5.2 减水剂对建筑磷石膏性能的改善
• 5.2.1 减水剂在磷石膏浆体中的减水效果
• 5.2.2 减水剂对磷石膏硬化体强度的作用
• 5.3 羟丙基甲基纤维素对磷石膏性能的影响
• 5.4 憎水剂对建筑磷石膏耐水性能的改善
• 5.5 木质纤维对建筑磷石膏性能的影响
• 5.6 小结
• 6 建筑磷石膏基粉刷和粘结材料的配制及性能
• 6.1 缓凝剂种类及掺量的确定
• 6.1.1 缓凝剂与粉刷磷石膏凝结时间的关系
• 6.1.2 缓凝剂与粉刷磷石膏硬化体强度的关系
• 6.1.3 粉刷磷石膏的可操作时间
• 6.2 胶粉种类及掺量的确定
• 6.3 粉刷磷石膏保水性能的改善
• 6.3.1 不同黏度的羟丙基甲基纤维素保水性能的比较
• 6.3.2 羟丙基甲基纤维素对粉刷磷石膏性能的改善
• 6.4 砂率对粉刷磷石膏性能的影响
• 6.4.1 砂率对粉刷磷石膏凝结时间与保水性能的影响
• 6.4.2 砂率对粉刷磷石膏强度的影响
• 6.5 粉刷磷石膏配方优化及粘结石膏的配制
• 6.5.1 掺SG-10 缓凝剂的粉刷磷石膏配方调整及性能
• 6.5.2 掺柠檬酸缓凝剂的粉刷磷石膏配方调整及性能
• 6.5.3 粘结石膏的配制及性能
• 6.6 小结
• 7 建筑磷石膏基腻子的配制及性能
• 7.1 建筑磷石膏腻子基本性能研究
• 7.2 有机硅憎水剂对建筑磷石膏腻子耐水性能的改善
• 7.3 填料对建筑磷石膏腻子性能的改善
• 7.3.1 滑石粉取代磷石膏量对腻子保水性能的影响
• 7.3.2 滑石粉取代量对腻子凝结时间和粘结强度的影响
• 7.4 建筑磷石膏腻子配方确定
• 7.4.1 掺SG-10 缓凝剂的建筑磷石膏腻子配方调整及性能
• 7.4.2 掺柠檬酸缓凝剂的建筑磷石膏腻子配方调整及性能
• 7.5 小结
• 8 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录