一种磷石膏水硬性胶凝材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种磷石膏水硬性胶凝材料及其制备方法和应用，属于胶凝材料技术领域。本发明专利技术提供的磷石膏水硬性胶凝材料，制备原料包括改性磷石膏颗粒和辅助活性粉体，所述改性磷石膏颗粒的掺量为50～95wt％；所述改性磷石膏颗粒由原状磷石膏颗粒经石灰质材料改性得到，所述石灰质材料的质量为原状磷石膏颗粒质量的3～5％；其中所述原状磷石膏颗粒的典型尺寸为：长度为50～200μm，长径比为1.5～5；所述辅助活性粉体中至少80％物料的粒度≤60μm。本发明专利技术提供的磷石膏水硬性胶凝材料采用间断级配颗粒堆积方式，其中改性磷石膏颗粒的掺量最高可达95wt％，且发生水化反应后能够形成水硬性结构，可以在多种场合得以应用。可以在多种场合得以应用。可以在多种场合得以应用。

【技术实现步骤摘要】
一种磷石膏水硬性胶凝材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及胶凝材料
，尤其涉及一种磷石膏水硬性胶凝材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]磷石膏是湿法生产磷酸时排放出的主要固体废弃物，每生产1吨磷酸将产生4～5吨磷石膏。磷石膏的主要化学成分为二水石膏，同时包含一定量的磷化合物、氟化物和重金属等杂质。磷石膏的大量产生和堆积，造成严重的安全隐患和环境问题，成为制约磷化工行业健康发展的关键因素之一。
[0003]将磷石膏制成胶凝材料是解决磷石膏大量堆积的有效方式之一。磷石膏制成的胶凝材料分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料，利用磷石膏与矿粉等硅铝质材料制备水硬性胶凝材料，是综合利用磷石膏的一条重要途径。磷石膏在水硬性胶凝材料中的应用通常包括以下几种情况：(1)以二水石膏的形式作为水泥的缓凝剂，此时水泥中SO3的含量通常不超过3.5％；(2)与矿粉相结合制成超硫硅酸盐水泥，此时水泥中SO3的含量通常不超过7.0％，相应地，磷石膏的掺量大约为15％；(3)与矿粉以及碱激发剂等制备成过硫磷石膏矿渣胶凝材料(如专利CN101386478A)，其中磷石膏过量添加，掺量可达40～60％，加入适量水后形成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，水化产物中含有大量未化合的游离石膏，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起。可见，随着新胶凝材料体系的出现，磷石膏的掺量出现大幅度增长。
[0004]将磷石膏制备成过硫磷石膏矿渣胶凝材料虽然能够实现磷石膏掺量大幅度增长，但其掺量通常只能控制在50％以下，若磷石膏掺量为50％以上时，该过硫磷石膏矿渣胶凝材料的水化产物无法完全包裹磷石膏颗粒而导致材料强度等物理性能大幅下降(《过硫磷石膏矿渣水泥与混凝土》，林宗寿等，第36页，武汉理工大学出版社)。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种磷石膏水硬性胶凝材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的磷石膏水硬性胶凝材料采用间断级配颗粒堆积方式，其中改性磷石膏颗粒的掺量最高可达95wt％，且发生水化反应后能够形成水硬性结构，强度高，可以在多种场合得以应用。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种磷石膏水硬性胶凝材料，制备原料包括改性磷石膏颗粒和辅助活性粉体，所述改性磷石膏颗粒的掺量为50～95wt％；
[0008]所述改性磷石膏颗粒由原状磷石膏颗粒经石灰质材料改性得到，所述石灰质材料的质量为原状磷石膏颗粒质量的3～5％；所述原状磷石膏颗粒的长度为50～200μm，长径比为1.5～5；
[0009]所述辅助活性粉体包括硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、偏高岭土、煅烧煤矸石、黄磷
渣、硅灰、沸石粉和钢渣粉中的一种或多种，所述辅助活性粉体中至少80％物料的粒度≤60μm。
[0010]优选地，所述石灰质材料包括生石灰、熟石灰、石灰乳、建筑石灰粉、灰钙粉和电石渣中的一种或几种。
[0011]优选地，所述改性包括：将原状磷石膏颗粒与石灰质材料混合后进行陈化。
[0012]优选地，所述陈化的温度为1～50℃，时间为12～36h。
[0013]优选地，所述辅助活性粉体为硅酸盐水泥
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矿粉混合物、硅酸盐水泥
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矿粉
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偏高岭土混合物、硅酸盐水泥
‑
偏高岭土混合物、矿粉或偏高岭土。
[0014]优选地，所述制备原料还包括碱度调节剂，所述碱度调节剂的质量不超过所述制备原料总质量的10％。
[0015]优选地，所述碱度调节剂包括水玻璃和/或碳酸钠。
[0016]优选地，所述制备原料还包括聚羧酸减水剂，以所述聚羧酸减水剂的含固量为20％计，所述聚羧酸减水剂的质量占所述制备原料总质量的0.5～2.0％。
[0017]本专利技术提供了上述技术方案所述磷石膏水硬性胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018]将所述制备原料混合，得到磷石膏水硬性胶凝材料。
[0019]本专利技术提供了上述技术方案所述磷石膏水硬性胶凝材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的磷石膏水硬性胶凝材料在路基、道路基层或非承重型预制构件中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种磷石膏水硬性胶凝材料，制备原料包括改性磷石膏颗粒和辅助活性粉体，所述改性磷石膏颗粒的掺量为50～95wt％；所述改性磷石膏颗粒由原状磷石膏颗粒经石灰质材料改性得到，所述石灰质材料的质量为原状磷石膏颗粒质量的3～5％；所述原状磷石膏颗粒的长度为50～200μm，长径比为1.5～5；所述辅助活性粉体包括硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、偏高岭土、煅烧煤矸石、黄磷渣、硅灰、沸石粉和钢渣粉中的一种或多种，所述辅助活性粉体中至少80％物料的粒度≤30μm。本专利技术采用石灰质材料对原状磷石膏颗粒进行改性，石灰质材料能够与附着在原状磷石膏颗粒表面的水溶性磷和水溶性氟发生反应，生成难溶于水的磷酸钙以及氟化钙，有利于减少水溶性磷和水溶性氟在后期对碱激发剂的消耗；而且所述石灰质材料会与原状磷石膏颗粒中的残余酸发生中和反应，使其pH值上升至合理区间(pH值为11～12)，这样在后期磷石膏水硬性胶凝材料发生水化反应时不会因为碱性物质的消耗而造成pH值下降进而导致整个材料体系的强度衰减。同时本专利技术中改性磷石膏颗粒和辅助活性粉体并非通常的连续级配颗粒堆积，而是采用间断级配颗粒堆积方式，且二者平均尺寸相差至少一个数量级，为大跨度间断级配，能够使辅助活性粉体以高度分散的方式附着于改性磷石膏颗粒表面或填充于改性磷石膏颗粒间隙之间，并仅仅在改性磷石膏颗粒表面或者改性磷石膏颗粒间隙之间发生化学反应，生成的水化产物包裹在磷石膏颗粒表面或填充在磷石膏颗粒的间隙，将磷石膏颗粒粘结在一起，从而形成一个持续凝结硬化的磷石膏水硬性胶凝材料制品；反应过程中改性磷石膏颗粒内部的大部分被封闭在水化产物壳层内，起骨架支撑作用，有利于提高材料强度，且材料耐水性好。因此本专利技术中改性磷石膏颗粒处于远远过量情况，整个体系的化学平衡实际上并非建立在各种反应物完全反应的基础之上，但能够实现改性磷石膏颗粒最高95wt％的掺量，且发生水化反应后
能够形成水硬性结构，强度高、有一定的耐水性，可以在多种场合得以应用。
[0021]本专利技术通过调控辅助活性粉体的组成可以调控化学反应类型，反应类型包括磷石膏
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矿粉之间的硫酸盐激发反应，制备原料中活性硅铝
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氢氧化钙之间的碱激发反应，硅酸盐水泥
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水之间的自生水化反应，形成的水化产物主要为钙矾石和C
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S
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H凝胶；通过调控辅助活性粉体的组成、细度以及调节碱度，可以调控化学反应平衡点以及改性磷石膏颗粒表面化学反应程度，进而调控水化产物壳层的厚度，实现对胶凝材料物理力学性能的调控。
[0022]进一步地，本专利技术可以大大提高磷石膏在水硬性胶凝材料中应用的比例；而且，在不采用矿粉的情况下也可制备得到性能满足要求的磷石膏水硬性胶凝材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷石膏水硬性胶凝材料，制备原料包括改性磷石膏颗粒和辅助活性粉体，所述改性磷石膏颗粒的掺量为50～95wt％；所述改性磷石膏颗粒由原状磷石膏颗粒经石灰质材料改性得到，所述石灰质材料的质量为原状磷石膏颗粒质量的3～5％；所述原状磷石膏颗粒的长度为50～200μm，长径比为1.5～5；所述辅助活性粉体包括硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、偏高岭土、煅烧煤矸石、黄磷渣、硅灰、沸石粉和钢渣粉中的一种或多种，所述辅助活性粉体中至少80％物料的粒度≤60μm。2.根据权利要求1所述的磷石膏水硬性胶凝材料，其特征在于，所述石灰质材料包括生石灰、熟石灰、石灰乳、建筑石灰粉、灰钙粉和电石渣中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的磷石膏水硬性胶凝材料，其特征在于，所述改性包括：将原状磷石膏颗粒与石灰质材料混合后进行陈化。4.根据权利要求3所述的磷石膏水硬性胶凝材料，其特征在于，所述陈化的温度为1～50℃，时间为12～36h。5.根据权利要求1所述的磷石膏水硬性胶凝材料，其特征在于，所述辅助活性粉体为硅酸盐水泥

【专利技术属性】
技术研发人员：吴赤球，水中和，吕伟，刘爱平，胡彪，张彬，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：