磷石膏基加气砌块的基础研究

发布时间：2017-10-13 06:11

  本文关键词：磷石膏基加气砌块的基础研究

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【摘要】：磷石膏是湿法制取磷酸过程的工业副产品,每生产1吨磷酸约排出5吨磷石膏。目前中国的磷石膏利用率仅为15%左右,累计堆存量已超过1亿吨。磷石膏大多采用露天堆放储存处理,这样不仅大量占用土地资源并且容易在雨水的冲刷下渗入到地下水系统,造成环境破坏和污染。因此如何实现磷石膏的高效、清洁利用,是今后磷石膏资源化利用的主要研究方向。本文以磷石膏为主要原料,复配适量的矿渣粉、水泥熟料和生石灰制备磷石膏基复合胶凝材料。这种胶凝材料属于新型的建筑墙体材料,能够满足大多数墙体建材的强度需要。在前者的基础上,加入铝粉发气剂后制备得到的加气混凝土砌块,具有轻质、隔音吸声、耐火耐热性能好等优点,是一种新型的绿色环保材料。磷石膏基加气砌块的生产,不仅可以大量利用磷石膏、矿渣等工业固体废弃物,符合发展循环经济战略,而且其本身属于国家政策鼓励发展的新型墙体材料,必将成为新型高层建筑墙体所需的绿色节能生态材料。本论文通过对磷石膏基复合胶凝材料的制备工艺、外加剂和改性磷石膏对复合胶凝材料性能的影响以及磷石膏基加气砌块的制备工艺的实验研究。得到了以下结论：(1)通过单因素实验考察了磷石膏的掺量、水泥熟料掺量、生石灰的掺量对复合胶凝材料影响。最终确定了磷石膏基复合胶凝材料的最佳复合工艺配比,按质量比有：m(磷石膏)/m(矿渣粉)/m(熟料)/m(生石灰)=50/30/15/5,水料比(W/G)为0.28；复合胶凝材料3d的抗压强度约为29 MPa,7 d的抗压强度为32 MPa左右,28 d的抗压强度约为37 MPa。(2)由XRD和SEM的微观分析可知,复合胶凝材料的水化产物主要是钙矾石(AFt)和C-S-H凝胶。并且生成的水化产物越多,水化体系的结构越为紧密,强度越高。(3)实验考察了外加剂氯化钙、硫酸钠、水玻璃和氟化钠的加入对复合胶凝材料性能的影响。正交优化实验得出了掺入的外加剂氯化钙为0.6%,硫酸钠为0.2%,水玻璃为0.6%,氟化钠为0.3%时,复合胶凝材料的3 d和28 d的抗压强度达到最大值分别为35.96 MPa、42.88 MPa,其强度分别提高了19.27%和20.89%。(4)实验研究了用改性磷石膏β型半水石膏部分代替二水磷石膏制备复合胶凝材料,发现随着p型半水石膏的掺量增加,复合胶凝材料的凝结时间越短,标准稠度用水量越大。并且可以略微提高复合胶凝材料的抗压强度。(5)由XRD和SEM的微观分析可知,改性磷石膏的掺入可以加速复合胶凝材料水化反应速率,在水化7 d时,体系的水化反应已基本完成,体系的结构已基本稳定,表现在复合胶凝材料水化28 d和水化7 d时的抗压强度相差不大。(6)通过单因素实验考察了发气剂铝粉的掺量、水料比(W/G)、碱激发/铝粉、稳泡剂/Al的不同比例以及拌和水温度对加气砌块的干密度和抗压强度的影响。(7)实验还研究了其它实验条件改变对磷石膏基加气砌块性能的影响,如CMC和表面活性剂的复配比例、正交优化实验组外加剂的复配以及p型半水石膏部分代替二水石膏制备加气砌块。(8)通过上述不同实验条件下制备磷石膏基加气砌块的实验研究,得出：在发气剂铝粉的掺量为0.75‰、水料比(W/G)为0.31、氢氧化钠/铝粉的比例为2、稳泡剂CMC/A1比例为0.75、拌和水温度为20℃、CMC/表活剂=1：1时制备得到的磷石膏基加气砌块的干密度约为720 kg/m3-760 kg/m3,抗压强度约为5.25 MPa～5.65 MPa,快速法的干燥收缩值小于0.8 mm/m,抗冻性测试时的质量损失小于5%,达到了GB/T 11968-2006《蒸压加气混凝土砌块》中合格品B07的要求；(9)由XRD和SEM的微观分析可知,相比较于磷石膏基复合胶凝材料的水化产物,加气砌块试样的水化产物钙矾石(AFt)和C-S-H凝胶减少很多,体系的结构没有那么紧密整体,表现在抗压强度大幅降低。(10)以生产50万吨磷石膏基复合胶凝材料和20万m3磷石膏基加气砌块为计算依据,进行了技术经济分析,分析结果表明：磷石膏基复合胶凝材料和磷石膏基加气砌块这两个项目都具有较好的环境和社会效益,符合我国资源综合利用、生态环境良性循环和可持续发展的经济产业导向,具有较强的竞争优势,应用前景广阔、市场潜力大。
【关键词】：磷石膏 复合胶凝材料 加气砌块 抗压强度 干密度
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU522.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 磷石膏概述13-19
• 1.1.1 磷石膏的产生13
• 1.1.2 磷石膏的特性13-14
• 1.1.3 磷石膏的利用现状14-18
• 1.1.4 磷石膏的利用存在的问题18-19
• 1.2 加气砌块概述19-23
• 1.2.1 加气砌块的简介19
• 1.2.2 加气砌块的分类与特性19-22
• 1.2.3 加气砌块的利用现状22-23
• 1.3 论文研究的目的及意义23-25
• 1.3.1 研究目的23-24
• 1.3.2 研究意义24-25
• 第二章 实验材料和方法25-37
• 2.1 实验原料、仪器及试剂25-29
• 2.1.1 实验主要原料25-28
• 2.1.2 实验主要仪器设备28-29
• 2.1.3 实验主要化学试剂29
• 2.2 实验原理和内容29-32
• 2.2.1 磷石膏基胶凝材料的制备机理29-31
• 2.2.2 实验内容31-32
• 2.3 实验的技术路线和实验方法32-37
• 2.3.1 实验的技术路线图32
• 2.3.2 实验方法32-33
• 2.3.3 实验测试方法33-37
• 第三章 磷石膏基复合胶凝材料的试验研究37-45
• 3.1 磷石膏与矿渣粉的双掺变化对复合胶凝材料性能的影响37-38
• 3.2 不同水泥熟料掺量变化对复合胶凝材料性能的影响38-39
• 3.3 不同生石灰掺量变化对复合胶凝材料性能的影响39-41
• 3.4 磷石膏基复合胶凝材料的微观分析41-43
• 3.4.1 磷孔膏基复合胶凝材料的XRD分析41-42
• 3.4.2 磷石膏基复合胶凝材料的SEM分析42-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 外加剂和改性磷石膏对磷石膏基复合胶凝材料性能的影响45-59
• 4.1 外加剂对磷石膏基复合胶凝材料性能的影响及作用机理45-53
• 4.1.1 CaCl_2对磷石膏基复合胶凝材料性能的影响45-46
• 4.1.2 Na_2SO_4对磷石膏基复合胶凝材料性能的影响46
• 4.1.3 NaF对磷石膏基复合胶凝材料性能的影响46-47
• 4.1.4 水玻璃对磷石膏基复合胶凝材料性能的影响47-48
• 4.1.5 外加剂的复配对复合胶凝材料性能的影响48-50
• 4.1.6 掺入外加剂的磷石膏基复合胶凝材料的微观分析50-53
• 4.2 改性磷石膏对磷石膏基复合胶凝材料性能的影响53-57
• 4.2.1 β型半水石膏的制备53
• 4.2.2 β型半水石膏的掺入对复合胶凝材料性能的影响53-55
• 4.2.3 掺入β型半水石膏的复合胶凝材料的微观分析55-57
• 4.3 本章小结57-59
• 第五章 磷石膏基加气砌块的试验研究59-69
• 5.1 发气剂铝粉的掺量对磷石膏基加气砌块性能的影响59-60
• 5.2 不同的水料比(W/G)对磷石膏基加气砌块性能的影响60-61
• 5.3 氢氧化钠/铝粉的不同比例对磷石膏基加气砌块性能的影响61-62
• 5.4 稳泡剂/铝粉的的不同比例对磷石膏基加气砌块性能的影响62-63
• 5.5 不同的拌和水温度对磷石膏基加气砌块性能的影响63
• 5.6 其它试验条件改变对磷石膏基加气砌块性能的影响63-64
• 5.7 磷石膏基加气砌块的微观分析64-67
• 5.7.1 磷石膏基加气砌块的XRD分析64-65
• 5.7.2 磷石膏基加气砌块的SEM分析65-67
• 5.8 本章小结67-69
• 第六章 技术经济分析69-83
• 6.1 应用前景69-70
• 6.1.1 磷石膏基复合胶凝材料的利用潜力69
• 6.1.2 磷石膏基复合胶凝材料的应用领域69-70
• 6.2 竞争优势分析70-72
• 6.2.1 磷石膏基复合胶凝材料70-72
• 6.2.2 磷石膏基加气砌块72
• 6.3 经济分析72-81
• 6.3.1 生产纲领72
• 6.3.2 主要设备及投资72-74
• 6.3.3 成本计算74-76
• 6.3.4 销售额计算76
• 6.3.5 盈亏分析76-77
• 6.3.6 效益和利税分析77-78
• 6.3.7 投资回收期分析(静态)78-80
• 6.3.8 投资利润率80-81
• 6.4 生态和环境效益分析81
• 6.5 本章小结81-83
• 第七章 结论、建议与创新83-86
• 7.1 结论83-85
• 7.2 建议85
• 7.3 创新85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-92
• 附录92

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