CN116003160B - 一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土及其应用。其由胶凝材料、磷石膏、生石灰、预制泡沫和水制备而成，胶凝材料由粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和复合碱激发剂组成，复合碱激发剂由硅酸钠溶液和氢氧化钠组成。完全避免使用硅酸盐水泥等高能耗建筑材料，通过磷石膏提供大量SO4 2‑促进部分胶凝材料水化产物向钙矾石转化，钙矾石的短柱状晶体结构间填充大量聚硅铝酸盐凝胶物质，生石灰助于缩短凝结时间，使其内部结构致密，提高抗压强度和水稳性能。该泡沫轻质土密度为800～1400kg/m3，28d抗压强度为2.3～5.9MPa，流动度大于174mm，初凝时间不超过5h，终凝时间不超过7h，其在工程中的实际应用价值高。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土及其应用。
背景技术
磷石膏作为湿法制磷酸工艺中的副产物，每年产量巨大，由于存在微弱放射性，磷石膏的处理方法往往是露天堆存，这不仅侵占了大量的土地资源，而且磷石膏中的有害物质会污染周围空气和地下水，对周边居民的身体健康造成威胁，使得磷石膏治理面临严峻考验。因此，实现磷石膏的资源化利用是亟待解决的问题。
现阶段，关于制备磷石膏材料制备生产，多采用高温煅烧改变晶体结构，改性为半水石膏，增强其水化活性；或采用蒸压养护的方式增强水热作用，进而促进水化反应，改善集料粘结作用，使得获得性质优良的磷石膏材料消耗能源高，不符合国家节能减排的发展战略。水化生成的钙化合物会附着在磷石膏表面，阻止二水石膏的溶解，对材料有缓凝作用；同时磷石膏提供硫酸根离子，反应生成钙矾石，使磷石膏材料力学性能降低。磷石膏含有可溶性磷氟等有害杂质、铅等重金属杂质、以及有机物杂质，材料应用中的环境指标往往难以达标，阻碍了磷石膏在建材领域的推广应用。
与此同时，新老路基间的沉降是道路拓宽普遍存在的问题，而随着道路交通运量及需求迅猛增长，原本连接城市周边的道路已无法满足城市发展和服务对象的需要，越来越多的旧路亟待拓宽改造。泡沫轻质土是一种新型的路基填料，其具有轻质性、强度可调节性、高流动性、自立性等特点，可以较好控制路基沉降和降低后期养护运营成本。但是，目前常用的泡沫轻质土为水泥基，生产过程造成水泥消耗、碳排放和高能耗，不符合国家低碳生产的战略目标。磷石膏基泡沫轻质土可以消耗粉煤灰和矿粉两种工业固废，同时利用大量堆存的磷石膏。但磷石膏应用于泡沫轻质土存在相关问题，丁庆军在《激发剂种类对磷石膏泡沫轻质土的影响》(混凝土，2022年第5期)中提出，磷石膏是有缓凝作用的工业固废，当其作为掺合料掺入泡沫轻质土中时会延长泡沫轻质土的凝结时间，造成泡沫轻质土早期塌模，影响泡沫轻质土的最终成型效果。
如何利用废渣磷石膏制备泡沫轻质土，提高固废利用率，减少水泥等传统胶凝材料的使用，符合国家固废循环利用和生态环保的发展理念，是一项非常重要的研究工作。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供了一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土及其应用。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明的第一目的是提供一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土，所述磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土由胶凝材料、磷石膏、生石灰、预制泡沫和水制备而成，所述胶凝材料由粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和复合碱激发剂组成，所述复合碱激发剂由硅酸钠溶液和氢氧化钠复配而成，制备过程包括以下具体步骤：
步骤S1，备料
磷石膏：将原状磷石膏置于烘干机中，烘干温度为50～60℃，烘干时间为12～15h，然后将烘干磷石膏机械破碎后过2.36mm方孔筛；
发泡液：按重量份数称取发泡剂α-烯基磺酸钠、稳泡剂黄原胶和水，将α-烯基磺酸钠和黄原胶混合均匀后溶于水，制得发泡液留存备用。
步骤S2，混合料准备
按各组分质量份数称取粉煤灰、粒化高炉矿渣粉，将其混合干拌20～30s制得第一混合料留存备用；按各组分重量份数称取磷石膏细集料和生石灰，将其混合干拌20～30s制得第二混合料留存备用；
步骤S3，复合碱激发剂制备
按各组分重量份数称取水玻璃溶液和固体氢氧化钠，将氢氧化钠溶于水玻璃溶液中，混合搅拌均匀，静置冷却至室温；
步骤S4，磷石膏基地质聚合物砂浆制备
将步骤S2制得的第一混合料置于搅拌锅中，按重量份数称取水加入，搅拌20～30s后加入步骤S3制得的复合碱激发剂，再搅拌20～30s制得地质聚合物料浆。随后立即加入步骤S2制得的第二混合料，继续搅拌2～3min制得磷石膏基地质聚合物砂浆。
步骤S5，泡沫轻质土料浆制备
使用空气压缩机对步骤S1制得的发泡液进行机械加压物理发泡，得预制泡沫，然后将制得的预制泡沫加入步骤S4制得的磷石膏基地质聚合物砂浆中，慢速搅拌1～2min至完全混合均匀，制得泡沫轻质土料浆，
步骤S6，泡沫轻质土材料制备
将步骤S5得到的泡沫轻质土料浆浇筑边长为40mm的正方体试模，放于温度25℃、湿度95％的标准养护箱中养护48h～60h后拆模，制得磷石膏基泡沫轻质土。
进一步的，按重量分数计，粉煤灰55～65份，粒化高炉矿渣粉35～45份，复合碱激发剂31～36份，磷石膏55～65份，生石灰2～5份和预制泡沫1～7份，余量为水。
进一步的，所述粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏和生石灰的重量和与水重量比为0.45:0.55。
进一步的，所述粉煤灰中SiO2的含量为45％～49％，Al2O3的含量为32％～36％，MgO和Fe2O3含量均不大于5％。
进一步的，所述粒化高炉矿渣粉为S95级，SiO2含量为33％～37％，CaO含量为32％～35％，Al2O3含量为14％～18％，MgO含量为11％～14％，比表面积不小于400m2/kg。
进一步的，所述复合碱激发剂按质量份数计由26～129份水玻璃溶液和5～7份氢氧化钠复配而成。
进一步的，所述磷石膏中CaO含量为43％～47％，SO3含量为8％～11％，SiO2含量为6％～9％，P2O5含量不大于1.2％，2.36mm方孔筛通过率不低于85％。
进一步的，所述生石灰的灼烧损失量不大于2％，硫酸盐含量不大于0.1％。
进一步的，所述预制泡沫为α-烯基磺酸钠和黄原胶溶于水得到的发泡液，其中，所述α-烯基磺酸钠的碳数为C14～C16。
本发明的第二目的是提供上述的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土在制备路基填料、建筑保温层和砌块砖中的应用。
与现有技术比较，本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)地质聚合物快硬早强性可以改善磷石膏工作性能，较好的克服了磷石膏材料凝结时间长的缺陷，以无机材料具备有机高聚物的键接结构可以显著提高磷石膏材料的力学性能与水稳性能。本发明制备的磷石膏基泡沫轻质土试块密度为800～1400kg/m3，28d抗压强度可以达到2.3～5.9MPa，流动度大于174mm，初凝时间不超过5h，终凝时间不超过7h，泡沫轻质土力学性能高，工作性能优，且原材料无需预处理，制备工艺简单，其在工程中的实际应用价值较高；
(2)本发明使用粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏三种工业固废协同制备，本发明的材料体系完全避免使用硅酸盐水泥等传统高能耗建筑材料，原材料固废占比可达85％以上，其中磷石膏占比占比37.5％，大量消纳工业固废，且造价较低；
(3)本发明将生石灰混合在细集料磷石膏中，生石灰在地质聚合物料浆里与水反应生成熟石灰并放出热量，进一步激发了粉煤灰活性，使水化产物C-S-H和C-A-H的生成速率增大，因此磷石膏中的CaSO4与C-A-H的初期反应量增加，促进早期水化产物C-A-H向钙矾石转化，从而有效提高磷石膏基泡沫轻质土早期强度并缩短凝结时间。
(4)针对磷石膏中含有的氟、磷和重金属杂质，生石灰可以有效沉淀去除磷石膏中的氟离子和磷酸根离子，同时地质聚合物可以通过分子结构切割包围和铝离子吸附去除磷石膏中的重金属杂质，同时骨架中的铝离子也能吸附金属离子，可以有效去除磷石膏中的重金属杂质，从而保证磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土的环保性能满足相关规范要求。
附图说明
图1为本发明的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土的制备工艺流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土，由粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和复合碱激发剂三种材料组成，掺入磷石膏作细砂，使用生石灰作促凝剂，将其与预制泡沫、水混合搅拌均匀制备而成，各组分所占重量份数如下：
粉煤灰55～65份，优选53 65，更优选58 65，例如55、58、59、60、65重量份数；
粒化高炉矿渣粉35～45份，优选35-42，例如35、40、42、45重量份数；
复合碱激发剂31～36份，优选32 35，更优选33 35，例如32.2、33.2、33.4、33.8、45重量份数；
磷石膏55～65份，优选55 60，例如55、56、58、60、65重量份数；
生石灰2～5份，优选3～5，更优选4～5，例如3、4、5重量份数；
预制泡沫1～7份，优选1.5～5.5，更优选1.5～3.0，例如1.5、3.0、4.6、5.5、7重量份数；
水料比为0.45～0.55，指粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏、生石灰四种材料重量份数之和与水的重量分数之比。
本发明选用的粉煤灰为湖北武汉所产国家Ⅰ级低钙粉煤灰，细度为0.045mm，方孔筛余量为10.7％，SiO2的含量为45％～49％，Al2O3的含量为32％～36％，MgO和Fe2O3含量均不大于5％。
本发明选用的粒化高炉矿渣粉为为湖北武汉所产S95粒化高炉矿渣粉，比表面积420m2/kgS95级，SiO2含量为33％～37％，CaO含量为32％～35％，Al2O3含量为14％～18％，MgO含量为11％～14％，比表面积不小于400m2/kg。
本发明选用的复合碱激发剂由水玻璃溶液和氢氧化钠复配而成，其中水玻璃的模数为2.8M～3.5M，波美度为35～45，Na2O含量为9.25％，SiO2含量为29％；氢氧化钠纯度不低于96％。按重量份数计，水玻璃溶液26～29份，氢氧化钠5～7份，两者混合恢复室温后，需补充放热失水至原重。
本发明选用的磷石膏为襄阳丰利化工公司磷石膏堆场磷石膏，其中CaO含量为43％～47％，SO3含量为8％～11％，SiO2含量为6％～9％，P2O5含量不大于1.2％，2.36mm方孔筛通过率不低于85％。
本发明选用的生石灰为天津北联所产白色粉末状物质，澄清度实验合格白色粉状，灼烧损失量不大于2％，硫酸盐含量不大于0.1％。
本发明选用的预制泡沫为α-烯基磺酸钠和黄原胶溶于水得到的发泡液，经机械加压物理发泡的方式制得，其中α-烯基磺酸钠发泡剂为中轻化工所产的白色粉末状物质，活性物含量为91.2％，碳数C14～C16的α-烯基磺酸钠(AOS14-16)；黄原胶为食品级，淡黄色粉末状物质稳泡剂为食品级黄原胶。按重量份数计，其中α-烯基磺酸钠10～20份，黄原胶6～10份，混合溶于5000份的水中得到发泡液，经机械加压的方式制得预制泡沫。
实施例1
一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土的制备
按照下列重量份数称取原材料：粉煤灰60份，粒化高炉矿渣粉40份，复合碱激发剂33.2份，磷石膏60份，生石灰4份，预制泡沫5.5份，水料比0.5(料指粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏、生石灰四种材料重量份数之和)。其中复合碱激发剂中水玻璃27.6份，氢氧化钠5.6份，其中预制泡沫发泡液中α-烯基磺酸钠3g/L，黄原胶2g/L。
如图1所示为本发明的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土制备工艺流程图，具体包括以下步骤：
步骤S1，备料
磷石膏烘干过筛：将原状磷石膏置于烘干机中，烘干温度为50～60℃，烘干时间为12～15h，将烘干磷石膏中大团块体机械破碎后过2.36mm方孔筛，未过筛的烘干磷石膏再次机械破碎并过2.36mm方孔筛，重复上述操作直至磷石膏林全部过筛；
按重量份数称取发泡剂α-烯基磺酸钠、稳泡剂黄原胶和水，将α-烯基磺酸钠和黄原胶混合均匀后溶于水，制得发泡液留存备用。
步骤S2，混合料准备
按各组分质量份数称取粉煤灰、粒化高炉矿渣粉，将其混合干拌30s制得第一混合料留存备用；按各组分重量份数称取磷石膏细集料和生石灰，将其混合干拌30s制得第二混合料留存备用；
步骤S3，复合碱激发剂制备
按各组分重量份数称取水玻璃溶液和固体氢氧化钠，将氢氧化钠溶于水玻璃溶液中，混合搅拌均匀，静置冷却至室温后，补充因放热导致的失水量；
步骤S4，磷石膏基地质聚合物砂浆制备
将步骤S2制得的第一混合料置于搅拌锅中，按重量份数称取水加入，搅拌30s后加入步骤S3制得的复合碱激发剂，再搅拌30s制得地质聚合物料浆。随后立即加入步骤S2制得的第二混合料，继续搅拌2～3min制得磷石膏基地质聚合物砂浆；
步骤S5，泡沫轻质土料浆制备
使用空气压缩机对步骤S1制得的发泡液进行机械加压物理发泡，将制得的预制泡沫加入步骤S4制得的砂浆中，慢速搅拌1～2min至完全混合均匀，制得泡沫轻质土料浆。
步骤S6，泡沫轻质土材料制备
将步骤S5得到的泡沫轻质土料浆浇筑边长为40mm的正方体试模，放于温度25℃、湿度95％的标准养护箱中养护48h～60h后拆模，制得磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土。
按照上述技术方案制得的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土相关宏观性能测试方法如下：
(1)密度等级：将将新拌的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土浆体倒入圆柱形容器中称取质量，所述圆柱形容器尺寸为：直径为100mm，高度为140mm。
(2)流动度：将新拌的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土浆体缓慢倒入截锥圆模中，所述截锥圆模的尺寸为：上口直径为36mm，下口直径为60mm，高度为60mm。
(3)凝结时间：将新拌的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土浆体倒入试模中，所述试模的尺寸为：试模为深40mm±0.2mm、顶内径Φ65mm±0.5mm、底内径Φ75mm±0.5mm的截顶圆锥体。每只试模应配备一个大于试模、厚度≥2.5mm的平板玻璃底板进行凝结时间的测定。
(4)极限切应力：使用一张b h＝55×60mm的塑料薄片，将磷石膏基地质聚合泡沫轻质土物料浆倒入一个直径为70mm的圆柱形容器中，使用拉力计将卡片缓慢均匀地拉出，记录最大值并计算其极限切应力：τ_m＝F/bh。
(5)抗压强度：将边长为40mm的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土试块，放于标准养护箱内按照上述方法养护脱模后，测量不同龄期试件的抗压强度。
(6)软化系数：将边长为40mm的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土试块，养护28d后，浸泡于深度不小于150mm的水中继续养护7d，测试其泡水后抗压强度，其与28d抗压强度的比值即为软化系数。
按照上述性能测试方法测试出本实例制得的磷石膏基泡沫轻质土主要性能指标：密度等级为900kg/m3，初凝时间为280min，终凝时间为380min，流动度为177mm，极限切应力为45.8Pa，软化系数为0.76，7d抗压强度为1.3MPa，14d抗压强度为1.7MPa，28d抗压强度为2.5MPa。
实施例2
按照下列重量份数称取原材料：粉煤灰55份，粒化高炉矿渣粉45份，复合碱激发剂32.2份，磷石膏60份，生石灰3份，预制泡沫7.0份，水料比0.5(料指粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏、生石灰四种材料重量份数之和)。其中复合碱激发剂中水玻璃26.8份，氢氧化钠5.4份，其中预制泡沫发泡液中α-烯基磺酸钠3g/L，黄原胶2g/L。按实施例1中的制备方法，制备得到磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土。
按实施例1中的测试方法测试出本实例制得的磷石膏基泡沫轻质土主要性能指标：密度等级为800kg/m3，初凝时间为265min，终凝时间为360min，流动度为180mm，极限切应力为42.5Pa，软化系数为0.78，7d抗压强度为1.1MPa，14d抗压强度为1.6MPa，28d抗压强度为2.3MPa。
实施例3
按照下列重量份数称取原材料：粉煤灰65份，粒化高炉矿渣粉35份，复合碱激发剂34.4份，磷石膏55份，生石灰5份，预制泡沫1.5份，水料比0.55(料指粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏、生石灰四种材料重量份数之和)。其中复合碱激发剂中水玻璃28.6份，氢氧化钠5.8份，其中预制泡沫发泡液中α-烯基磺酸钠3g/L，黄原胶2g/L。按实施例1中的制备方法，制备得到磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土。
按实施例1中的测试方法测试出本实例制得的磷石膏基泡沫轻质土主要性能指标：密度等级为1400kg/m3，初凝时间为230min，终凝时间为290min，流动度为206mm，极限切应力为22.3Pa，软化系数为0.85，7d抗压强度为2.7MPa，14d抗压强度为3.7MPa，28d抗压强度为5.9MPa。
实施例4
按照下列重量份数称取原材料：粉煤灰58份，粒化高炉矿渣粉42份，复合碱激发剂33.2份，磷石膏65份，生石灰4份，预制泡沫3.0份，水料比0.55(料指粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏、生石灰四种材料重量份数之和)。其中复合碱激发剂中水玻璃27.6份，氢氧化钠5.6份，其中预制泡沫发泡液中α-烯基磺酸钠3g/L，黄原胶2g/L。按实施例1中的制备方法，制备得到磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土。
按实施例1中的测试方法测试出本实例制得的磷石膏基泡沫轻质土主要性能指标：密度等级为1200kg/m3，初凝时间为225min，终凝时间为310min，流动度为197mm，极限切应力为31.8Pa，软化系数为0.82，7d抗压强度为1.8MPa，14d抗压强度为2.4MPa，28d抗压强度为4.0MPa。
实施例5
按照下列重量份数称取原材料：粉煤灰65份，粒化高炉矿渣粉35份，复合碱激发剂33.8份，磷石膏55份，生石灰5份，预制泡沫4.6份，水料比0.45(料指粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏、生石灰四种材料重量份数之和)。其中复合碱激发剂中水玻璃28.1份，氢氧化钠5.7份，其中预制泡沫发泡液中α-烯基磺酸钠3g/L，黄原胶2g/L。按实施例1中的制备方法，制备得到磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土。
按实施例1中的测试方法测试出本实例制得的磷石膏基泡沫轻质土主要性能指标：密度等级为1000kg/m3，初凝时间为280min，终凝时间为365min，流动度为185mm，极限切应力为38.6Pa，软化系数为0.80，7d抗压强度为1.5MPa，14d抗压强度为2.1MPa，28d抗压强度为3.4MPa。
对比例1
按照下列重量份数称取原材料：粉煤灰60份，粒化高炉矿渣粉40份，复合碱激发剂33.2份，磷石膏75份，生石灰4份，预制泡沫5.8份，水料比0.50(料指粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏、生石灰四种材料重量份数之和)。其中复合碱激发剂中水玻璃27.6份，氢氧化钠5.6份，其中预制泡沫发泡液中α-烯基磺酸钠3g/L，黄原胶2g/L。按实施例1中的制备方法，制备得到磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土。
按实施例1中的测试方法测试出本实例制得的磷石膏基泡沫轻质土主要性能指标：密度等级为900kg/m3，初凝时间为350min，终凝时间为475min，流动度为190mm，极限切应力为34.5Pa，软化系数为无法测试，7d抗压强度为0.8MPa，14d抗压强度为1.2MPa，28d抗压强度0.5MPa。
对比例2
按照下列重量份数称取原材料：粉煤灰55份，粒化高炉矿渣粉45份，复合碱激发剂33.2份，磷石膏60份，生石灰0份，预制泡沫7.1份，水料比0.50(料指粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏、生石灰四种材料重量份数之和)。其中复合碱激发剂中水玻璃27.6份，氢氧化钠5.6份，其中预制泡沫发泡液中α-烯基磺酸钠3g/L，黄原胶2g/L。按实施例1中的制备方法，制备得到磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土。
按实施例1中的测试方法测试出本实例制得的磷石膏基泡沫轻质土主要性能指标：密度等级为800kg/m3，初凝时间为450min，终凝时间为600min，流动度为195mm，极限切应力为32.0Pa，软化系数为0.74，7d抗压强度为0.6MPa，14d抗压强度为1.1MPa，28d抗压强度1.4MPa。
对比例3
按照下列重量份数称取原材料：粉煤灰70份，粒化高炉矿渣粉40份，复合碱激发剂34.4份，磷石膏58份，生石灰3份，预制泡沫2.1份，水料比0.55(料指粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏、生石灰四种材料重量份数之和)。其中复合碱激发剂中水玻璃28.6份，氢氧化钠5.8份，其中预制泡沫发泡液中α-烯基磺酸钠3g/L，黄原胶2g/L。按实施例1中的制备方法，制备得到磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土。
按实施例1中的测试方法测试出本实例制得的磷石膏基泡沫轻质土主要性能指标：密度等级为1400kg/m3，初凝时间为315min，终凝时间为430min，流动度为212mm，极限切应力为16.3Pa，软化系数为0.65，7d抗压强度为1.8MPa，14d抗压强度为2.6MPa，28d抗压强度3.9MPa。
对比例4
按照下列重量份数称取原材料：粉煤灰58份，矿粉42份，复合碱激发剂33.2份，磷石膏65份，生石灰4份，预制泡沫3.2份，水料比0.55(料指粉煤灰、矿粉、磷石膏、生石灰四种材料重量份数之和)。其中复合碱激发剂中水玻璃27.6份，氢氧化钠5.6份，其中预制泡沫发泡液中α-烯基磺酸钠3g/L，黄原胶2g/L。按实施例1中的制备方法，制备得到磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土。
实施例1测试方法的步骤S2中将生石灰与粉煤灰、矿粉混合制的第一混合料，磷石膏单独掺入地质聚合物料浆中，其余制备步骤不变，按次方法制备出来的磷石膏基泡沫轻质土主要性能指标：密度等级为1200kg/m3，初凝时间为280min，终凝时间为450min，流动度为185mm，极限切应力为39.6Pa，软化系数为0.73，7d抗压强度为0MPa，14d抗压强度为1.6MPa，28d抗压强度为2.1MPa。
实施例1-5和对比例1-4的性能测试汇总表如表1所示：
表1各实施例、对比例实验性能测试汇总表
由表1数据可以看出，随着密度等级的提高，抗压强度和软化系数呈现递增趋势。
由实施例1和对比例1发现，磷石膏掺量的增加导致凝结时间显著延长，流动度提高，且养护28d试块的抗压强度倒缩，泡水后整体粉末状，不具备承压能力；由实施例2和对比例2发现生石灰可大幅缩短凝结时间，促凝效果显著，同时生石灰的减少导致初期水化产物生成量减少，强度形成延后，且抗压强度最大值降低；由实施例3和对比例3发现粉煤灰掺量增加和粒化高炉矿渣粉掺量减少，导致凝结时间演唱，试块抗压强度显著降低，且泡水后的抗压强度降低，软化系数显著减小；由实施例4和对比例4发现将生石灰作为胶凝材料会对凝结时间和强度形成造成不利影响，生石灰在地质聚合物料浆中改变料浆碱性环境，导致碱激发剂对粉煤灰和矿粉的激发效果减弱，影响地质聚合物水化产物的生成，使磷石膏引入的CaSO4与C-A-H的反应推迟，减缓早期钙矾石的生成，导致凝结时间延长；实施例4中ρ＝1200kg/m3时，磷石膏掺量增加且粒化高炉矿渣粉掺量减少，其凝结时间延长且抗压强度低于实施例5中ρ＝1000kg/m3的试件，说明磷石膏具有缓凝作用，而粒化高炉矿渣粉掺量增加可提高早期强度。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土，其特征在于，所述磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土由胶凝材料、磷石膏、生石灰、预制泡沫和水制备而成，所述胶凝材料由粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和复合碱激发剂组成，所述复合碱激发剂由硅酸钠溶液和氢氧化钠复配而成；所述预制泡沫为α-烯基磺酸钠和黄原胶溶于水得到的发泡液，其中，所述α-烯基磺酸钠的碳数为C14～C16；
按重量分数计，粉煤灰55～65份，粒化高炉矿渣粉35～45份，复合碱激发剂31～36份，磷石膏55～65份，生石灰2～5份、预制泡沫1～7份和余量为水；
所述粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、磷石膏和生石灰的重量和与水重量比为0.45:0.55；
制备过程具体包括以下步骤：
S1、备料
磷石膏：将原状磷石膏置于烘干机中，烘干温度为50～60℃，烘干时间为12～15h，然后将烘干磷石膏机械破碎后过2.36mm方孔筛；
发泡液：按重量份数称取发泡剂α-烯基磺酸钠、稳泡剂黄原胶和水，将α-烯基磺酸钠和黄原胶混合均匀后溶于水，制得发泡液留存备用；
S2、混合料准备：
按各组分重量份数称取粉煤灰、粒化高炉矿渣粉，将其混合干拌20～30s制得第一混合料留存备用；按各组分重量份数称取磷石膏细集料和生石灰，将其混合干拌20～30s制得第二混合料留存备用；
S3、复合碱激发剂制备
按各组分重量份数称取水玻璃溶液和固体氢氧化钠，将氢氧化钠溶于水玻璃溶液中，混合搅拌均匀，静置冷却至室温；
S4、磷石膏基地质聚合物砂浆制备
将步骤S2制得的第一混合料置于搅拌锅中，按重量份数称取水加入，搅拌20～30s后加入步骤S3制得的复合碱激发剂，再搅拌20～30s制得地质聚合物料浆。随后立即加入步骤S2制得的第二混合料，继续搅拌2～3min制得磷石膏基地质聚合物砂浆；
S5、泡沫轻质土料浆制备
使用空气压缩机对步骤S1制得的发泡液进行机械加压物理发泡，得预制泡沫，然后将制得的预制泡沫加入步骤S4制得的磷石膏基地质聚合物砂浆中，慢速搅拌1～2min至完全混合均匀，制得泡沫轻质土料浆，
S6、泡沫轻质土材料制备
将步骤S5得到的泡沫轻质土料浆浇筑边长为40mm的正方体试模，放于温度25℃、湿度95％的标准养护箱中养护48h～60h后拆模，制得磷石膏基泡沫轻质土。
2.如权利要求1所述的一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土，其特征在于，所述粉煤灰中SiO2的含量为45％～49％，Al2O3的含量为32％～36％，MgO和Fe2O3含量均不大于5％。
3.如权利要求2所述的一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土，其特征在于，所述粒化高炉矿渣粉为S95级，SiO2含量为33％～37％，CaO含量为32％～35％，Al2O3含量为14％～18％，MgO含量为11％～14％，比表面积不小于400m2/kg。
4.如权利要求3所述的一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土，其特征在于，所述复合碱激发剂按质量份数计由26～129份水玻璃溶液和5～7份氢氧化钠复配而成。
5.如权利要求4所述的一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土，其特征在于，所述磷石膏中CaO含量为43％～47％，SO3含量为8％～11％，SiO2含量为6％～9％，P2O5含量不大于1.2％，2.36mm方孔筛通过率不低于85％。
6.如权利要求5所述的一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土，其特征在于，所述生石灰的灼烧损失量不大于2％，硫酸盐含量不大于0.1％。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土在制备路基填料、建筑保温层和砌块砖中的应用。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 粉煤灰基除磷颗粒填料的研发及生产应用;李志远;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》(第9期);2.2.3.2节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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