磷石膏是生产磷酸所产生的工业固体废弃物,磷石膏中石膏晶体受生长环境的影响,其晶体大多呈现板状或片状,因而达不到石膏建材制品的宏观力学性能及物理特性。为使磷建筑石膏成为性能良好的建筑胶凝材料,同时降低实验成本,提高实验效率,本研究论文旨在利用转晶技术和计算机仿真技术通过化学干预(添加转晶剂)改善片、板状磷建筑石膏晶体形貌,借助计算机仿真技术,配合宏观实验及微观表征,对化学干预磷建筑石膏晶体的转晶过程进行多维度、微结构和深层次的分析,以求获得性能优良的磷建筑石膏。进而最终达到运用所构建的仿真模型筛选最佳转晶剂的目的。目前对磷石膏中石膏晶体的晶型进行调整最科学且主要的解决办法是化学掺加转晶剂,转晶剂种类繁多,不同种类的转晶剂的作用效果存在明显差异。经前期实验及相关研究考证发现,因有机酸羧基存在协同作用间距小于或大于3个C原子的均不具备转晶作用,一元有机酸也不具备转晶功能,无机盐类转晶剂随阳离子价数的升高转晶效果增强。基于上述研究,本文首先对转晶剂的选用,做了初步的筛选,选用分子结构规则且不含辅助官能团的丁二酸作为初始转晶剂,研究其作用于磷建筑石膏晶体表面的吸附特性。为研究改变有机酸结构(增加辅助官能团)对石膏晶体转晶效果的影响,在前期研究的基础上,选取分别在琥珀酸分子结构基础上增加羟基、碳碳双键的苹果酸、马来酸为研究对象;为丰富转晶剂的研究种类,同时研究转晶剂的不同质量分数对转晶效果的影响,根据前人研究,本文还选取了含高价阳离子的无机盐类转晶剂硫酸铝为研究对象,分析硫酸铝对磷建筑石膏晶体转晶效果的影响;为了研究不同类型转晶剂同时作用于磷建筑石膏晶体时叠加效应对转晶效果的影响,本文选用同为二元羧酸盐的酒石酸钾钠和醋酸镁及同含高价阳离子的硫酸铝和硫酸铝钾4种转晶剂为研究对象。具体研究内容如下:(1)对于化学掺加单一有机酸的磷建筑石膏,在密度泛函理论和分子动力学理论的基础上,通过有机酸与晶体表面的吸附模型,计算模拟了有机酸不同吸附方式、不同结构与晶面反应,发现丁二酸羧基中双键氧原子被晶面上的Ca原子垂直吸附,且为化学吸附,有机酸对晶面转晶效果的优先顺序为:苹果酸>马来酸>琥珀酸。(2)对于化学掺加单一无机盐类转晶剂的磷建筑石膏,根据分子动力学及晶体学理论,本文利用吸附能模型(AE模型)预测模拟了磷建筑石膏晶体形貌及主要晶面的附着能,同时利用该模型计算得到调节晶体形貌的最佳硫酸铝质量分数。(3)以分子动力学为理论基础研究了不同类型转晶剂同时作用于磷建筑石膏晶体时叠加效应对转晶效果的影响,综合分析出对晶体影响较好的复合转晶剂组分。在对上述转晶机理、理论模型、转晶效果系统研究的基础上,通过常规化学分析并结合采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和X光电子能谱等微观测试手段结合物理力学性能试验,对仿真结果进行了验证研究。结果表明:试验结果和计算机仿真模拟的结论基本一致。丁二酸中羟基与磷建筑石膏晶面Ca元素确实发生了表面化学作用,与苹果酸反应后的磷建筑石膏试块抗压强度和抗折强度均最大且晶型更接近短柱状,其次为马来酸和琥珀酸。通过试验验证得到,与计算机模拟结论中2.5wt%硫酸铝反应后的磷建筑石膏晶体形貌与力学性能较优。当硫酸铝掺0.15%、酒石酸钾钠掺0.03%二者协同作用于磷建筑石膏中时,试块抗压、抗折强度最大,分别为22.31MPa和6.44MPa。综上所述,通过试验验证与微观表征分析,所建相关计算机模型能很好的反应客观事实,为磷建筑石膏转晶效果研究提供了很好的支撑。