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化学结合磷酸盐胶凝材料(Chemically bonded phosphate ceme-ntitious materials,简称为CBPC)在常温下发生化学反应,却具有陶瓷的性能特点,因此也被称为“化学瓷”。CBPC凝结速度快,早期强度高,耐久性好,结合能力强,不易受其它组分影响。基于CBPC的性能特点,从两个方面对磷酸盐的结合能力进行探索。首先,对掺入磷渣的磷酸盐胶凝体系(简称为CBPC-P)力学性能和凝结性能进行考察,并借助于XRD、SEM、DSC-TG、IR等测试手段进行了较为细致的微观分析。其次针对自然界中较为常见,且危害较大的几个重金属元素进行固化研究并探讨CBPC对重金属离子的固化机理。
实验结果表明:掺入磷渣能够延缓体系的凝结时间,M/P的增大则加速了体系的凝结速度,缓凝剂硼砂能够有效的调整CBPC的凝结速率。M/P为3:1时,体系力学性能最佳。磷渣掺量在0-30%范围内,对CBPC-P砂浆试块的强度有增强作用。养护时间的增长有利于砂浆试块强度的提高。CBPC-P体系的主要水化产物为未反应的MgO、MgKPO4·6H2O(MKP)和磷渣中的残留矿相,MKP基体相呈板条状规则排列,磷渣中残留的硅灰石及β硅酸二钙晶体夹杂于MKP的网络结构中。CBPC-P体系热稳定性好,仅100℃左右发生脱水反应,体系中的P主要以PO43-赋存于基体中。
CBPC对Pb2+、Cu2+、Cr3+、Cd2+固封能力强,各重金属元素固化体浸出浓度均低于国标规定,且浸出液PH值均在8-9之间波动;CBPC-P对Pb2+的固化效率也非常好,但浸出液的PH值较高:普通硅酸盐水泥(OPC)对Pb2+的固化效率远低于CBPC和CBPC—P基材,OPC固化体浸出液pH高。通过热力学计算,各重金属离子在常温条件下均有生成重金属磷酸盐的可能性,XRD物相分析合SEM表明有重金属磷酸盐包裹于基体相中;而硅酸盐水泥和CBPC-P固化体中并未发现重金属新物相,其结构也较CBPC固化体疏松。CBPC对重金属离子固化是物理包覆和化学结合的双重机制。