潘 登，張電吉，羅惠華，吝曼卿，王章瓊

(1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北武漢430073；2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430070)

磷石膏免燒砌塊工藝機(jī)理的中試研究

潘 登1，2，張電吉1?，羅惠華1，吝曼卿1，王章瓊1

(1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北武漢430073；2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430070)

通過現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)，探討了磷石膏作為免燒建筑砌塊主要原料配比和生產(chǎn)工藝及實(shí)現(xiàn)磷石膏廢渣規(guī)?；_發(fā)利用的可行性.根據(jù)免燒砌塊生產(chǎn)線試產(chǎn)，分析了輪碾、中和消化、攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)每一技術(shù)環(huán)節(jié)在砌塊物料加工及制品成型中所起的作用和機(jī)理，確定了磷石膏免燒建筑砌塊切實(shí)具體的生產(chǎn)工藝流程，即輪碾工藝中采用3 t碾輪運(yùn)行10min，后經(jīng)10h堆放中和消化，進(jìn)入強(qiáng)制式雙輪攪拌機(jī)攪拌12min，期間均勻噴入增強(qiáng)劑和耐水劑.采用20 MPa壓力下振動(dòng)壓實(shí)的方式使砌塊成型，最后太陽(yáng)能養(yǎng)護(hù)房?jī)?nèi)蒸養(yǎng).實(shí)驗(yàn)證實(shí)該工藝生產(chǎn)的磷石膏砌塊物理力學(xué)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家關(guān)于建筑砌體用材的各項(xiàng)要求.用該工藝對(duì)工業(yè)廢渣磷石膏規(guī)?；a(chǎn)免燒砌塊，能減少無(wú)序排放帶來(lái)的污染，更能作為磷化工企業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，是對(duì)建設(shè)資源節(jié)約性，環(huán)境友好性社會(huì)的又一貢獻(xiàn).

磷石膏；免燒砌塊；攪拌；消化；輪碾；振動(dòng)壓制成型；養(yǎng)護(hù)

工業(yè)生產(chǎn)磷酸的過程中產(chǎn)生了磷石膏廢渣.在我國(guó)，高濃度磷復(fù)肥企業(yè)現(xiàn)每年產(chǎn)生副產(chǎn)品磷石膏2 000萬(wàn)t，其中僅有15%的副產(chǎn)磷石膏被利用.從資源儲(chǔ)備和磷化工在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所起的重要作用看，我國(guó)云南省、湖北省、貴州省等地區(qū)蘊(yùn)藏大量磷礦資源，合計(jì)探明儲(chǔ)量上百億噸，資源豐富，磷化工是我國(guó)重要的支柱性產(chǎn)業(yè)之一.但也存在無(wú)序開發(fā)造成資源浪費(fèi)的現(xiàn)象.比如工業(yè)副產(chǎn)品磷石膏最便捷的處理方式就是陸地堆積.湖北省宜昌市的祥云集團(tuán)，幾年間堆積處理的磷石膏已填平了兩座高山之間的溝壑，形成以磷石膏肥料為主的高達(dá)數(shù)十米的尾礦壩.巨大的重力作用下，加上磷石膏礦渣本身不具備粘聚性，很容易產(chǎn)生滑坡，潰壩，直接威脅下游的水源，村莊和農(nóng)田安全，對(duì)周圍山體的穩(wěn)定也產(chǎn)生不利影響.處理磷石膏所支付的費(fèi)用給廠方帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時(shí)也污染了環(huán)境[1－3].因此磷石膏的資源化利用勢(shì)在必行.一方面可以提高工業(yè)廢渣的資源綜合利用率，減少甚至還原因廢棄物堆放所占用的大量土地，恢復(fù)場(chǎng)地的地質(zhì)環(huán)境，促進(jìn)地方的可持續(xù)發(fā)展，體現(xiàn)了明顯的社會(huì)效益；另一方面如能達(dá)到廢棄磷石膏生產(chǎn)建筑砌塊的目的，就能得到我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)所需的大量建材，這樣可以變廢為寶，而且享受國(guó)家減免稅收政策.

室內(nèi)試驗(yàn)階段采取交叉對(duì)比試驗(yàn)方法，研究了磷石膏免燒砌塊試件物理力學(xué)性質(zhì)與硅砂、石灰、水泥、木鈣擴(kuò)散劑和增強(qiáng)劑等組分及其含量關(guān)系.在湖北三寧集團(tuán)的大力支持下，依據(jù)設(shè)計(jì)的工藝流程，在湖北省枝城市一家民營(yíng)制磚廠進(jìn)行了磷石膏免燒砌塊的現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)，如圖1所示.

中試試驗(yàn)采用材料的技術(shù)指標(biāo):磷石膏:含水量26%、pH值4.98、自然密度1.4～1.6g/cm3；石灰粉:比重3.25～3.38、純度大于95%；水玻璃:模數(shù)1～1.5、密度1.4～1.6 g/cm3、波美度48.4～56.3；水泥:細(xì)度大于0.9、標(biāo)號(hào)42.5、初凝時(shí)間大于2h；硅砂:細(xì)度模數(shù)2.04；外加劑:萘磺酸鹽甲醛縮合物、氯離子含量小于0.5%:現(xiàn)場(chǎng)按磷石膏∶石灰∶硅砂∶水玻璃∶水泥∶外加劑為53∶8∶12∶10∶15∶2的配合比進(jìn)行配料，通過輪碾、消化、攪拌、成型、蒸養(yǎng)等工藝環(huán)節(jié)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，確定了每個(gè)過程的具體技術(shù)參數(shù)[4－6].

圖1 磷石膏免燒砌塊的生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 The process flow diagram of phosphogypsum unburned block production

1 現(xiàn)場(chǎng)中試研究

1.1 輪碾

1.1.1 輪碾工藝.現(xiàn)場(chǎng)按設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行配料，后采用3 t的輪碾機(jī)對(duì)物料混碾0～10min，在20MPa機(jī)械壓力下制作砌塊試樣，如圖2所示.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明砌塊的抗壓強(qiáng)度隨輪碾時(shí)間的增加而明顯提高，如圖3所示.

1.1.2 輪碾作用分析

1)輪碾的粉碎活化作用.就是將磷石膏等物料中存在結(jié)團(tuán)等體積較大的塊料碾碎，產(chǎn)生更多的裸露的顆粒表面，增加了與石灰等物質(zhì)的接觸反應(yīng)面積，更好的中和磷石膏的酸性物質(zhì)，這種物理活化可有效降低化學(xué)活化劑的用量.

圖2 中試現(xiàn)場(chǎng)輪碾機(jī)Fig.2 Runner mill

圖3 不同輪碾時(shí)間與物理力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系Fig.3 The relational graph of different wheel grinding time and physico－mechanical index

2)輪碾的摩擦活化作用.在輪碾機(jī)工作時(shí)，可以產(chǎn)生離心力和研磨力，在其共同作用下，能使硅砂等玻璃體部分被破壞，為磷石膏和石灰中的Ca離子相互反應(yīng)提供了條件.并且在摩擦的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，提高混合物的溫度，起到促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行的作用.現(xiàn)場(chǎng)采用3t的輪碾機(jī)對(duì)物料混碾10 min，輪碾前后物料溫度之差達(dá)到9.7°，達(dá)到46.1℃.

3)輪碾的壓實(shí)及提高成型性的作用.在輪碾的過程中，物料顆粒之間的微小空隙及空氣被排除，減小了物料體積，增大了其體積密度.同時(shí)也能大量排除因巨大成型壓力的作用下，微小空氣無(wú)法及時(shí)排出，而導(dǎo)致內(nèi)部空氣集聚產(chǎn)生層裂的現(xiàn)象[7].因?yàn)閷恿炎罱K在產(chǎn)品中產(chǎn)生缺陷，甚至導(dǎo)致無(wú)法成型的結(jié)果.

1.2 消化

1.2.1 消化工藝.消化是在輪碾之后的工藝，石灰和石膏等氣硬性膠凝材料必須在這階段陳伏消化完全，如圖4所示.首先是提高活性物質(zhì)的活性，其次提高成型塑性，最后消除氟－氧化鈣和氟－氧化鎂及其他不安定物質(zhì)的影響.現(xiàn)場(chǎng)按上步同樣配比備料，后采用3混碾10 min，經(jīng)不同消化時(shí)間在20 MPa成型壓力作用下制作砌塊試樣.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明砌塊的抗壓強(qiáng)度隨輪碾時(shí)間的增加而明顯提高，如表1所示.

表1 不同消化時(shí)間與力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系Tab.1 The relational tables of different digestion time and mechanical index

圖4 堆放消化Fig.4 Curing

圖5 不同消化時(shí)間與力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系Fig.5 The relational graph of different digestion time and mechanical index

圖6 雙輪高效強(qiáng)制攪拌機(jī)Fig.6 The efficient forced mixer

圖7 不同攪拌時(shí)間與力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系Fig.7 The relational graph of different mixing time and mechanical index

1.2.2 消化工藝分析

1)從圖5可以看出，經(jīng)過該階段可大幅度激發(fā)物質(zhì)的活性，在磷石膏免燒砌塊成型后能很快產(chǎn)生強(qiáng)度，原本在10多天之后才能產(chǎn)生的膠凝性經(jīng)消化后在幾小時(shí)就能初步實(shí)現(xiàn).

2)消化后物料的可塑性明顯提高，使砌塊更容易成型，其成品率較高，砌塊表面光潔，棱角分明，砌塊質(zhì)量明顯改善.

3)消化過程中充分釋放氟－氧化鈣和氟－氧化鎂及其他不安定物質(zhì)的膨脹性及膨脹應(yīng)力，避免了由于膨脹而產(chǎn)生的裂紋[8－9].

1.3 攪拌

1.3.1 攪拌工藝.在消化工藝后采用3t的輪碾機(jī)對(duì)物料混碾10min，經(jīng)8h堆放消化后進(jìn)入攪拌工藝，如圖6所示.先加水泥和采用SB攪拌機(jī)攪拌10 min，后噴灑加入擴(kuò)散劑采用SB攪拌機(jī)攪拌3min；送入成型機(jī)，在20MPa成型壓力作用下制作砌塊試樣.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明砌塊的抗壓強(qiáng)度隨攪拌機(jī)功率及攪拌時(shí)間的增加而明顯提高，如圖7所示.

1.3.2 攪拌工藝的作用.磷石膏免燒砌體的混合料的廢棄物比例高，而水泥、水和外加劑的含量較少，但為使其充分發(fā)揮作用，就要盡可能均勻地將水泥漿包裹物料顆粒的表面，只有采用高效能的攪拌機(jī)才能克服這種技術(shù)困難.

由表2可得，數(shù)據(jù)可知，采用SB系列攪拌機(jī)的作用.

1)可以采用少量的拌合用水，使物料顆粒表面形成均勻的水膜，提高了膠凝材料的水化反應(yīng)的效果，

2)使外加劑能在短時(shí)間內(nèi)均勻地分散物料之間，能更好地促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行.

3)大量節(jié)省攪拌所需時(shí)間，達(dá)到節(jié)能效果[10].

1.4 砌塊成型工藝

現(xiàn)場(chǎng)采用浙江生產(chǎn)的全自動(dòng)砌塊成型機(jī)進(jìn)行磷石膏砌塊的振動(dòng)壓制成型如圖8.臺(tái)振型砌塊成型機(jī)在20 MPa成型壓力作用下制作砌塊試樣.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明砌塊的抗壓強(qiáng)度隨成型機(jī)功率及振動(dòng)的增加而明顯提高，如表3及圖9所示.

表2 不同攪拌時(shí)間與力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系Tab.2 The relational tables of different mixing time and mechanical index

表3 成型壓力、壓實(shí)方式與砌塊力學(xué)指標(biāo)關(guān)系Tab.3 The relational tables of molding pressure，compaction method with block mechanics index

1.5 成型方式的作用

從表4可以看出，采用振動(dòng)壓制成型時(shí)，磚的強(qiáng)度、軟化系數(shù)和吸水率均顯著優(yōu)于澆注成型[11].而在相同的原材料配合比之下，就算采用澆注成型所得制品的強(qiáng)度也達(dá)到了非燒結(jié)普通粘十磚MU10的強(qiáng)度等級(jí)，軟化系數(shù)和吸水率也達(dá)到標(biāo)準(zhǔn).

圖8 全自動(dòng)砌塊成型機(jī)Fig.8 The automatic block molding machine

表4 成型方法對(duì)力學(xué)指標(biāo)的影響Tab.4 The relational tables of compaction method with block mechanics index

圖9 成型壓力、壓實(shí)方式與砌塊力學(xué)指標(biāo)關(guān)系Fig.9 The relational graph of molding pressure，compaction method with block mechanics index

采用澆注成型工藝時(shí)的砌塊的含水量比振動(dòng)壓制成型砌塊含水量高，可以從圖10上看出.可以在照片上看出，在振動(dòng)壓實(shí)的過程中有部分料漿被擠出試模.這有利于物料中的可溶性磷、氟物質(zhì)，多余自由水和空氣的排除，從而較大程度地降低磷石膏中可溶性雜質(zhì)及空隙對(duì)砌塊產(chǎn)生的不利影響.同時(shí)，成型工藝設(shè)備無(wú)需更換或淘汰，只是存在局部少量的改動(dòng)，便可直接用來(lái)生產(chǎn)磷石膏免燒砌塊，省去了許多企業(yè)再次投入設(shè)備的費(fèi)用.

1.6 養(yǎng)護(hù)工藝

將按上述流程制得的砌塊，安放于下圖中的太陽(yáng)能養(yǎng)護(hù)房里3d，如圖11所示.這種太陽(yáng)能養(yǎng)護(hù)房密閉性好，能吸收大部分的太陽(yáng)輻射所產(chǎn)生的熱量.在夏日晴天無(wú)需額外加熱升溫的情況下，室內(nèi)溫度最高可達(dá)到盡75～80℃.其南面?zhèn)葔拔蓓敳捎盟芰衔鼰岜∧ぃ∧は旅媸欠峭腹夂谏鼰狍w，該吸熱體允許日光或熱量進(jìn)入，同時(shí)可被長(zhǎng)時(shí)間鎖定保留在房?jī)?nèi).同時(shí)采用相變蓄熱材料在白天吸收太陽(yáng)熱能由固相變?yōu)橐合?，?chǔ)蓄熱量；到夜間或室外溫度較低時(shí)，就相反變回固相，釋放熱能，為養(yǎng)護(hù)提供熱量.為了冬季室內(nèi)溫度保證在30℃以上，室內(nèi)還安裝配備了升溫爐.

圖10 成品中轉(zhuǎn)Fig.10 Finished goods transit

圖11 太陽(yáng)能養(yǎng)護(hù)房Fig.11 Solar maintenance room

養(yǎng)護(hù)是免燒砌塊的最后一道生產(chǎn)工序.養(yǎng)護(hù)工序中可使砌塊強(qiáng)度增長(zhǎng)60%.

表5 蒸養(yǎng)溫度對(duì)制品強(qiáng)度、軟化系數(shù)和吸水率的影響Tab.5 The relational tables of steam temperature，strength，softening coefficient and water absorption

表5中數(shù)據(jù)顯示隨著蒸養(yǎng)溫度的升高，制品抗壓強(qiáng)度增大，軟化系數(shù)提高，吸水率降低，但并不明顯.在相同蒸養(yǎng)時(shí)間內(nèi)，半水石膏重結(jié)晶生成的二水石膏越多，這些新生成二水石膏相互交錯(cuò)連生，產(chǎn)生結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，有利于提高磚坯的強(qiáng)度、軟化系數(shù)和降低吸水率.

表5中數(shù)據(jù)顯示隨著蒸養(yǎng)時(shí)間的逐步延長(zhǎng)，制品抗壓強(qiáng)度增大，軟化系數(shù)提高，吸水率降低，效果明顯.這是由于新生成的水化產(chǎn)物隨著蒸養(yǎng)時(shí)間增加，晶體細(xì)化，晶體間的結(jié)合點(diǎn)增加，有利于提高磚坯的強(qiáng)度、軟化系數(shù)和降低吸水率.

綜合考慮養(yǎng)護(hù)溫度、時(shí)間不同所起的效果不同，及控制磷石膏免燒砌塊的制作成本，達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益，推薦養(yǎng)護(hù)溫度80°及養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3d作為磷石膏砌塊養(yǎng)護(hù)工藝的標(biāo)準(zhǔn).

2 磷石膏免燒砌塊的技術(shù)原理

2.1 物理作用原理

2.1.1 荷載作用原理.荷載作用是指磷石膏免燒砌塊物料主要在碾壓和成型階段所受到的外力作用.包含填充、咬合、緊密接觸三個(gè)原理.

1)填充密實(shí).磷石膏顆粒、硅砂和膠凝材料顆粒，受到外力擠壓作用，顆粒之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，此過程中較小尺寸顆粒被迫擠入尺寸較大顆粒之間的空隙中，使物料基團(tuán)中的孔隙率減小，密實(shí)程度提高，大量實(shí)驗(yàn)表明，一定范圍內(nèi)，物料的密實(shí)度與所受外部壓力成正比.

2)咬合作用原理.就是物料顆粒在受壓時(shí)，彼此相互插入，形成犬牙交錯(cuò)的巨大摩擦阻力，由顆粒組成基團(tuán)，個(gè)別顆粒很難克服這種咬合力脫離出來(lái).同時(shí)顆粒形狀越不規(guī)則，越粗糙，形成的咬合力越強(qiáng)，這就是同級(jí)別的碎石混凝土比卵石混凝土強(qiáng)度高的原理.

3)緊密接觸.物料所受外力越大，顆粒間的空隙也越小，由最初的點(diǎn)接觸變成了面接觸，相互之間的粘結(jié)面積越大，相互作用越方便，所形成的咬合力越大[12].

2.1.2 振動(dòng)作用原理.振動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)度主要是通過密實(shí)填充來(lái)實(shí)現(xiàn)的.物料顆粒由于激振作用，使顆粒在合力的方向上移動(dòng)，相互進(jìn)入對(duì)方，占據(jù)原有空隙，擠出氣體，同時(shí)振動(dòng)過程中重物質(zhì)下沉，氣體集聚成氣泡上浮，被排出砌塊.

振動(dòng)作用在外部壓力的配合下，能大幅提高磷石膏砌體的質(zhì)量和強(qiáng)度，大概在30%～50%.這時(shí)壓力作用主要一是防止在激振過程中物料無(wú)約束而劇烈跳動(dòng)，無(wú)法密實(shí).二是減小顆粒之間固有的粘結(jié)力，使顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)更加容易，同樣有利于填充密實(shí).振動(dòng)作用可以較少為達(dá)到相同成型質(zhì)量和強(qiáng)度的砌體而需要施加的成型壓力.因?yàn)槭刮锪袭a(chǎn)生相同大小的密實(shí)度，如僅靠壓力成型是需要數(shù)倍的機(jī)械壓力的，大概是每塊60t壓力，那么一次成型20塊就得1200t壓力，目前很少有如此巨大功率的壓力成型機(jī).而與振動(dòng)作用結(jié)合只需1/2到1/3的壓力就能達(dá)到目標(biāo)，一次成型的塊數(shù)達(dá)到30，所以可以提高成型機(jī)械的生產(chǎn)效率.

2.2 化學(xué)作用原理

2.2.1 磷石膏與水泥、砂子、石灰相互反應(yīng)原理.磷石膏主要物質(zhì)二水石膏晶體.采用磷石膏直接澆注成型時(shí)，隨著二水石膏晶體溶解后到達(dá)過飽和度，重新結(jié)晶，使得部分磷石膏顆粒相互交錯(cuò)連生，對(duì)強(qiáng)度作出一定的貢獻(xiàn).但是，由于二水石膏結(jié)晶太少，顆粒之間主要是以范德華力相結(jié)合，導(dǎo)致磚坯強(qiáng)度很低.

磷石膏因含有少量的硅、鋁成分而具有一定活性，水化形成硅酸鹽和鋁酸鹽凝膠而具有強(qiáng)度，是磷石膏另外一種水化能力.為了釋放封存在磷石膏及硅砂的物質(zhì)中的活性，得以產(chǎn)生膠凝性質(zhì)，就得加入活化劑進(jìn)行化學(xué)激發(fā)，或采用蒸壓養(yǎng)護(hù)，或粉碎碾壓來(lái)進(jìn)行活性激發(fā).當(dāng)磷石膏和硅砂中的活性被激發(fā)后，必須在有氫氧化鈣的環(huán)境中，才能形成具有水化性質(zhì)的水化硅酸鈣，從而繼續(xù)與活性氧化鋁反應(yīng)生成水化鋁酸鈣.這里因所得到的水化硅酸鹽，數(shù)量質(zhì)量都不及水泥，所以這時(shí)磷石膏砌塊的強(qiáng)度等指標(biāo)還不足以抗衡水泥[13].

本次研究中氫氧化鈣主要由按配比加入的水泥和生石灰熟化而來(lái).在高濃度的氫氧化鈣環(huán)境中產(chǎn)生下列反應(yīng)[15]:

這里包括典型的水泥顆粒生產(chǎn)及水中凝結(jié)硬化形成帶有結(jié)晶水的水化硅酸鈣晶體.這一反應(yīng)過程就是磷石膏免燒砌塊生產(chǎn)工藝流程的機(jī)理.伴隨著反應(yīng)，此類晶體逐漸增多，相互交錯(cuò)，緊密填充，使磷石膏砌塊強(qiáng)度逐步增長(zhǎng).CaO·SiO2強(qiáng)度高，在容重相近時(shí)，它是無(wú)機(jī)硬質(zhì)絕熱材料中強(qiáng)度最高的保溫材料.

2.2.2 蒸養(yǎng)膠凝作用原理.二氧化硅在常溫下是惰性的，含有二氧化硅的磷石膏廢渣也是具有惰性，較難與氫氧化鈣自動(dòng)反應(yīng)，很少形成具有膠結(jié)作用的膠凝物質(zhì).但是當(dāng)采用蒸汽水熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，石灰與二氧化硅能夠產(chǎn)生反應(yīng)，并且在174℃時(shí)，反應(yīng)速度迅速提高，硬化成強(qiáng)度較大的水泥石.當(dāng)施加1MPa左右的外部壓力時(shí)，反應(yīng)更快.這是因?yàn)槭遗c二氧化硅能形成水熱合成反應(yīng).蒸壓條件下，它們生成纖維狀晶體多種水化產(chǎn)物，包括纖維結(jié)晶的CSH(B)、硬硅鈣石CSH、非纖維狀C2SH(A)、白鈣沸石C4S6H5等多種水化產(chǎn)物，都是具有膠凝作用的物質(zhì)，而且它們相互綜合作用，產(chǎn)生更高效的膠結(jié)能力，將磷石膏砌塊中的其他物質(zhì)膠結(jié)起來(lái)，使砌塊強(qiáng)度達(dá)到建筑材料規(guī)范要求的各項(xiàng)性能指標(biāo).

2.3 外加劑對(duì)于砌塊性能的影響(樹脂，木鈣)

木鈣是種高效擴(kuò)散劑，它能讓磷石膏混合料顆粒在有水的環(huán)境里避免結(jié)團(tuán)聚集，能起到使用更少能量，更短時(shí)間而達(dá)到同樣攪拌效果的作用.木鈣的親和基團(tuán)可以吸附于固體顆粒的表面，從而利用同性相斥的原理將顆粒分散開來(lái).這樣，在少量用水的情況下，能防止集聚，達(dá)到充分拌合的目的.從電鏡掃描的結(jié)果可以看出，分散劑能使活性物質(zhì)及具有膠凝作用的水化硅酸鈣大量增加，且均勻分布.同時(shí)正是因?yàn)榉稚⒌倪@種性質(zhì)，使得帶有同種極性基團(tuán)的顆粒之間被隔開，使其呈現(xiàn)出緩凝的效果，所以不能過量加入，通過實(shí)驗(yàn)，確定其用量為0.2%.

樹脂作為耐水劑，它本身是一種憎水性物質(zhì).在制備磷石膏免燒砌塊的工藝過程中，采用耐水劑與原料按確定的比例均勻混合后，再振動(dòng)壓實(shí)成型，再放入要求的養(yǎng)護(hù)房蒸養(yǎng).高速攪拌時(shí)耐水劑分散在磚坯漿體中的連續(xù)相內(nèi)，當(dāng)硅酸鹽和鋁酸鹽“凝結(jié)硬化”將其周邊水分化合成結(jié)晶水，而耐水劑凝聚成一層防水膜吸附在硬化體結(jié)構(gòu)的微孔表面，然后在蒸養(yǎng)的過程中，耐水劑固化成防水“外衣”，阻止砌塊外的水分進(jìn)入.且樹脂類耐水劑，本身還具有較高的凝結(jié)性能，所以會(huì)與水化硅酸鈣等形成復(fù)合型膠結(jié)材料，大幅提高免燒砌塊的力學(xué)性質(zhì)[14－15].

2.4 不同工藝對(duì)砌塊顆粒微觀構(gòu)造的影響

從圖12、13可以看出前者常壓振動(dòng)澆筑成型，常溫常壓養(yǎng)護(hù)使石膏免燒砌塊顆粒，結(jié)構(gòu)疏松，空隙大量存在.后者通過中和、消化、壓力振動(dòng)壓力作用、高溫蒸養(yǎng)等工藝處理，改善了磷石膏的顆粒形貌，使磷石膏晶體變小變密，且存在大量針狀晶體穿插期間，從根本上改善了磷石膏結(jié)構(gòu)疏松、空隙率大的缺陷，這種微觀結(jié)構(gòu)使磷石膏砌塊具有較大強(qiáng)度.

圖13 振動(dòng)壓力成型磷石膏砌塊顆粒100℃常壓養(yǎng)護(hù)3d后的SEM形貌Fig.13 The SEM diagram of the phosphorus gypsum block vibration forming particles

圖12 澆筑成型磷石膏砌塊顆粒的SEM形貌Fig.12 The SEM diagram of casting molding phosphorus gypsum block particles

3 結(jié)論

1)本研究證明大規(guī)模無(wú)害化利用磷石膏廢渣制作建筑砌塊，發(fā)揮磷石膏廢棄物作為資源的作用可以得到實(shí)現(xiàn)；

2)實(shí)驗(yàn)得出磷石膏免燒砌塊的各組分理想用量為磷石膏50%、硅砂10%、粉煤灰10%、水泥10%、生石灰10%、硅酸鈉1%、外摻兩種助劑(擴(kuò)散劑3%，耐水劑6%)；

3)磷石膏砌塊物料必須通過預(yù)先拌合消化階段，使氧化鈣充分俗化，充分中和磷石膏中的酸性物質(zhì)，消除其對(duì)于后加入水泥膠凝作用的不利影響；

4)實(shí)驗(yàn)證明并了振動(dòng)成型對(duì)提高砌塊密實(shí)程度及質(zhì)量的顯著效果；

5)磷石膏免燒砌塊雖說是“免燒”，但并不等同不需加熱，其在消化及蒸養(yǎng)階段還需要較高的環(huán)境溫度，確保物料間的物理化學(xué)反應(yīng)完全進(jìn)行，形成高質(zhì)量的建筑砌塊.但較普通粘土磚需上千度的高溫煅燒工藝，耗費(fèi)的能源已是本質(zhì)上減少了，屬環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品.

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責(zé)任編輯:高 山

Pilot Scale Experimental Study on Technology and Mechanism of Phosphogypsum Unburned Block

PAN Deng1，2，ZHANG Dianji1?，LUO Huihua1，LIN Manqing1，WANG Zhangqiong1
(1.School of Resources and Civil Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073，China；2.School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China)

Through the field pilot test，the paper explores the main raw material proportioning and manufacturing technique of the phosphogypsum unburned building blockand the feasibility of the phosphogypsum－residue to be developed and utilized on a large－scale.The effect and mechanism of each technology link during the processing and molding are analyzed according to the unburned block production line pilot run.The specific production process of the phosphogypsum unburned building block has been confirmd.In the wheelgrinding process，the main raw materials are wheel－grinded three minutes firstly.Then，they are stacked together to be cured 10hours.Next，they are put into the forced two－wheel blender to mix 12min，during which the strengthening agent and water resistance are injected.The vibrating compaction is adopted to formblockswith 20million mpa pressure.They are finally maintained inside the solar room.The experiment proves the process of phosphorus gypsum block about physical and mechanical indexes meet the national construction of masonry material requirements.Thetechnology，which can mass produce unburned blockswith industrial waste phosphogypsum，can reduce the disorderly emissions of pollution and bring new economicgrowth point for the phosphorus chemical industry.With significant social and economic benefits，it is another contribution to builda resource－saving and environment－friendly society.

phosphogypsum；unburned block；stir；curing；wheel－grind；vibrating compaction；maintenance

TU528.55

A

1008－8423(2017)01－0081－07

10.13501/j.cnki.42－1569/n.2017.03.019

2016－11－16.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51474159；51504167).

潘登(1978－)，男，博士生，實(shí)驗(yàn)師，主要從事土木工程的研究；?

張電吉(1963－)，男，博士，教授，主要從事采礦工程的研究.