一种磷石膏-二灰系复合胶凝材料及制备方法
阅读说明：本技术 一种磷石膏-二灰系复合胶凝材料及制备方法 (Phosphogypsum-lime series composite cementing material and preparation method thereof ) 是由 宁朝阳 王亮 赵长龙 曲天杰 刘勇 孔德文 谢浪 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种磷石膏-二灰系复合胶凝材料及制备方法。按重量份计,是以下述原料制得：磷石膏：44～56份、水泥：4～16份、生石灰：8～16份、粉煤灰：24～32份、固化剂：0.8～1.6份。本发明具有工艺简单、提高磷石膏和粉煤灰综合利用率、抗压及耐水性能优良、具有适宜的凝结时间和微膨胀性等特点。(The invention discloses a phosphogypsum-lime composite cementing material and a preparation method thereof. The composition is prepared from the following raw materials in parts by weight: phosphogypsum: 44-56 parts of cement: 4-16 parts of quicklime: 8-16 parts of fly ash: 24-32 parts of curing agent: 0.8 to 1.6 portions. The invention has the characteristics of simple process, improved comprehensive utilization rate of the phosphogypsum and the fly ash, excellent compression resistance and water resistance, proper setting time, micro-expansibility and the like.)
技术领域
本发明涉及磷石膏和粉煤灰综合利用技术领域，特别是一种磷石膏-二灰系复合胶凝材料及制备方法。
背景技术
随着我国工业化的不断发展，工业生产过程中产生了大量如废渣、粉尘等固体废弃物(简称固废)，其产量仅在2017年就达到了33亿t，但综合利用率只有 62％，大多固废都未得到有效利用而被堆存处置。固废的大体量堆放不仅会占用大量土地，增加企业成本，还会严重污染生态环境和危害人体健康，甚至造成各类系统化安全隐患。因此，如何有效利用工业固废，实现其“减量化、无害化、资源化”成为当前亟待解决的关键问题。其中，磷石膏与粉煤灰是我国产量较大的两种固废，分别接近8000万t和1亿t，但其利用率却低于平均分别只有40％和45％。因而如何提高综合利用率成为当前固废利用研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种磷石膏-二灰系复合胶凝材料及制备方法。本发明具有工艺简单、提高磷石膏和粉煤灰综合利用率、抗压及耐水性能优良、具有适宜的凝结时间和微膨胀性等特点。
本发明的技术方案：一种磷石膏-二灰系复合胶凝材料，按重量份计，是以下述原料制得：
磷石膏：44～56份、水泥：4～16份、
生石灰：8～16份、粉煤灰：24～32份、
固化剂：0.8～1.6份。
前述的磷石膏-二灰系复合胶凝材料，按重量份计，是以下述原料制得：
磷石膏：47～53份、水泥：7～13份、
生石灰：10～14份、粉煤灰：26～30份、
固化剂：1～1.4份。
前述的磷石膏-二灰系复合胶凝材料中，所述的磷石膏为：粉碎并在60℃下烘干去除部分自由水后，再过0.315mm方孔筛所得的磷石膏。
前述的磷石膏-二灰系复合胶凝材料中，所述的磷石膏为：所述的粉煤灰为：一级粉煤灰，45μm筛余12％。
前述的磷石膏-二灰系复合胶凝材料中，所述的磷石膏为：所述的固化剂为液体固化剂，是一种以弹性苯丙乳液为主要组成的有机化合物。
前述的磷石膏-二灰系复合胶凝材料中，所述的磷石膏为：所述复合胶凝材料应用于道路基层。
前述的磷石膏-二灰系复合胶凝材料的制备方法，按下述步骤进行：
a.将磷石膏、水泥、生石灰、粉煤灰混匀，得混合干物料；
b.将固化剂与水胶比为0.32～0.35的水分别掺入所述混合干物料中，先在 60～125r/min转速下搅拌40～70s，再在125～285r/min转速下搅拌60～90s，制得复合浆料；所述的水胶比为水与混合干物料的重量比；
c.将所述复合浆料装模，养护至相应龄期即得。
前述的磷石膏-二灰系复合胶凝材料的制备方法中，步骤c具体为：将所述复合浆料装模，插捣振实，对表面做平整化处理；脱模后置于自然条件下或温度为 20±2℃、相对湿度为50±3％条件下的混合砂浆试件标准恒湿养护箱中养护至相应龄期，即得。
有益效果：与现有技术相比，本发明将磷石膏和水泥加入与二灰(即生石灰、粉煤灰)类基层材料协同使用，有效克服了原状磷石膏存在的强度低、脆性大的缺陷，和二灰类基层材料存在的早期强度较低、水稳性较差，易因凝结时间较短和收缩反射裂缝多而严重缩短其使用寿命的缺陷；同时将磷石膏掺入二灰类基层材料充分发挥了二灰类基层材料绝对强度高、整体性好的特点，改善了复合胶凝材料的诸多性能，最终开发出了一种强度较高且具有适宜凝结时间和微膨胀性的二灰类基层胶凝材料，对于保证路面长久服役具有重要意义。
本发明在制备复合胶凝材料时，原料中磷石膏和粉煤灰的占比极大，有效提升了工业固废的综合利用率，降低了能耗，减少了环境污染。
具体地，本发明相较现有技术而言，取得了如下有益效果：
(1)本发明通过将磷石膏和水泥加入生石灰、粉煤灰中，有效调控了二灰基复合胶凝材料的性能。二灰(石灰粉煤灰)类半刚性材料具有较高的强度、刚度、板体性和很高的路面承载能力，磷石膏能够有效地调节其凝结时间和膨胀性能，改善基层材料的开裂破坏，与水泥相互结合能够调节复合材料的力学性能及耐水性能，并获得满足工程运用性能要求的低成本磷石膏-二灰系复合胶凝材料。
(2)本发明有效增加磷石膏综合利用率。原状磷石膏因其强度低，脆性大等原因，不利于直接运用于工程领域；一般在工程领域运用时也是经过高温煅烧为半水磷石膏，耗能高。为了解决该技术问题，本发明在石灰和粉煤灰中加入原状磷石膏，通过二灰(石灰、粉煤灰)类半刚性材料强度高、刚度大的特性，有效改善了材料整体的强度。在工程应用中，本发明制作的复合胶凝材料，可作为道路工程中的基层材料，其具有较长凝结时间和微膨胀性的优点，且磷石膏价格低廉，可减少工程成本，从而有效提高磷石膏的综合利用率。
(3)制作工艺简单环保。本发明大量采用原状磷石膏，所用其他材料也只经过自然风干的简单处理就能得到，并没有复杂的预处理过程；因此，本发明的制作工艺简单环保，生产能耗低，成本低。
综上所述，本发明具有工艺简单、提高磷石膏和粉煤灰综合利用率、抗压及耐水性能优良、适宜的凝结时间和微膨胀性等特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。一种磷石膏-二灰系复合胶凝材料，按重量份计，是以下述原料制得：
磷石膏：53份、水泥：7份、
生石灰：14份、粉煤灰：26份、
固化剂：0.8份。
所述的磷石膏为：粉碎并在60℃的烘箱中烘干去除部分自由水后，过直径为0.315mm的方孔筛所得的磷石膏。
所述的水泥为：P·O42.5普通硅酸盐水泥。
所述的生石灰主要成分为CaO,建筑材料专用石灰，密封备用，外为白色，呈粉末状。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰，45μm筛余12％。
所述的固化剂为液体固化剂，是一种以弹性苯丙乳液为主要组成的有机化合物。
前述的磷石膏-二灰系复合胶凝材料的制备方法，按下述步骤进行：
a.将磷石膏、复合硅酸盐水泥、石灰、粉煤灰混匀，得混合干物料；
b.将固化剂与水胶比为0.35的水分别掺入所述混合干物料中，先在60～ 125r/min转速下搅拌40～70s，再在125～285r/min转速下搅拌60～90s，制得复合浆料；该搅拌方式先采用慢搅，使物料不被甩出搅拌器中而减少物料损失，且干物料与液料充分接触；随后采用快搅方式，使各物料混合均匀，拌合形成差异性较小的浆体。
c.将所述复合浆料装模，插捣振实，对表面做平整化处理；脱模后置于自然条件下或温度为20±2℃、相对湿度为50±3％条件下的混合砂浆试件标准恒湿养护箱中养护至相应龄期，得到磷石膏-二灰系复合胶凝材料；该复合胶凝材料可应用于道路基层建设。
上述原料及方法制得的磷石膏-二灰系复合胶凝材料的强度的检测方法参照 GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》。所测其硬化7天抗压强度为6.52MPa，28天抗压强度为22.5MPa。28天试样具有微膨胀性，软化系数达到0.76。浆体初凝时间为555分钟，终凝时间为590分钟，所获得的复合胶凝材料的凝结时间满足GB/T35162-2017《道路基层用缓凝硅酸盐水泥》的要求。
实施例2。一种磷石膏-二灰系复合胶凝材料，按重量计，是以下述原料制得：
磷石膏：47份、水泥：13份、
生石灰：10份、粉煤灰：30份、
固化剂：1份。
前述的磷石膏-二灰系复合胶凝材料的制备方法，按下述步骤进行：
a.将磷石膏、水泥、生石灰、粉煤灰混匀，得混合干物料；
b.将固化剂与水胶比为0.35的水分别掺入所述混合干物料中，先在60～ 125r/min转速下搅拌40～70s，再在125～285r/min转速下搅拌60～90s，制得复合浆料；所述的水胶比为：水与混合干物料的重量比；
c.将所述复合浆料装模，插捣振实，对表面做平整化处理；脱模后置于自然条件下或温度为20±2℃、相对湿度为50±3％条件下的混合砂浆试件标准恒湿养护箱中养护至相应龄期，得到磷石膏-二灰系复合胶凝材料。
所述的磷石膏为：粉碎并在60℃的烘箱中烘干去除部分自由水后，过直径为0.315mm的方孔筛所得的磷石膏。
所述的水泥为：P·O42.5普通硅酸盐水泥。
所述的生石灰主要成分为CaO,建筑材料专用石灰，密封备用，外为白色，呈粉末状。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰，45μm筛余12％。
所述的固化剂为液体固化剂，是一种以弹性苯丙乳液为主要组成的有机化合物。
上述原料及方法制得的磷石膏-二灰系复合胶凝材料的强度的检测方法参照 GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，所测其硬化7天抗压强度为6.27MPa，28天抗压强度为23.5MPa。28d试样具有微膨胀性，软化系数达到 0.75。浆体初凝时间为470分钟，终凝时间为550分钟，所获得的复合胶凝材料的凝结时间满足GB/T35162-2017《道路基层用缓凝硅酸盐水泥》的要求。
实施例3。一种磷石膏-二灰系复合胶凝材料，按重量份计，是以下述原料制得：
磷石膏：53份、水泥：7份
生石灰：10份、粉煤灰：30份
固化剂：1.2份。
前述的磷石膏-二灰系复合胶凝材料的制备方法，按下述步骤进行：
a.将磷石膏、复合硅酸盐水泥、石灰、粉煤灰混匀，得混合干物料；
b.将固化剂与水胶比为0.35的水分别掺入所述混合干物料中，先在60～ 125r/min转速下搅拌40～70s，再在125～285r/min转速下搅拌60～90s，制得复合浆料；
将所述复合浆料装模，插捣振实，对表面做平整化处理；脱模后置于自然条件下或温度为20±2℃、相对湿度为50±3％条件下的混合砂浆试件标准恒湿养护箱中养护至相应龄期，得到磷石膏-二灰系复合胶凝材料。
所述的磷石膏为：粉碎并在60℃的烘箱中烘干去除部分自由水后，过直径为0.315mm的方孔筛所得的磷石膏。
所述的水泥为：P·O42.5普通硅酸盐水泥。
所述的石灰主要成分为CaO,建筑材料专用石灰，密封备用，外为白色，呈粉末状。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰，45μm筛余12％。
所述的固化剂为液体固化剂，是一种以弹性苯丙乳液为主要组成的有机化合物。
上述原料及方法制得的磷石膏-二灰系复合胶凝材料的强度的检测方法参照 GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，所测其硬化7天抗压强度为6.10MPa，28天抗压强度为23.5MPa。28d试样具有微膨胀性，软化系数达到 0.74。浆体初凝时间为555分钟，终凝时间为590分钟，所获得的复合胶凝材料的凝结时间满足GB/T35162-2017《道路基层用缓凝硅酸盐水泥》的要求。
以上所述仅为本发明的具体实施例的部分内容，并不以此限制本发明，凡在本发明的设计思路上所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明设计思路同样适用于其他工业副产石膏，如脱硫石膏等，也同样在本发明保护范围之内。