磷石膏是使用磷矿石进行磷酸生产时产生的工业副产物,在我国有着庞大的堆存量,其含有磷酸及其盐、氟化物、重金属、少量放射性物质、有机物等物质。我国磷石膏的年产量近7000万吨,大量副产磷石膏因所含杂质种类复杂,利用率低而被堆存,进而造成了土地资源浪费、土壤污染、水污染等诸多问题,磷石膏的高效利用一直都得到国家的大力提倡及支持。磷石膏有着很多优良的性能,其二水硫酸钙含量高,是天然石膏替代品的绝佳选择,以磷石膏为原料制造生产的建筑石膏板、砌块等具有非常广泛的用途。但是因为磷石膏水化产物二水硫酸钙溶解度高,且微观结构孔隙率高等原因,导致磷石膏建筑制品的防水性能差,影响了磷石膏建筑制品的使用环境及稳定性。本课题主要围绕以磷石膏、水泥、粉煤灰为主要原料的磷石膏基复合胶凝材料制备的建筑砌块,通过调节磷石膏、水泥、粉煤灰、玻化微珠的配比,并掺加自主研制复合激发剂使得砌块的防水性能得到较大提升,通过X射线衍射、扫描电镜、激光粒度分析仪等测试手段对防水砌块的微观结构、防水机理等进行了进一步的研究。课题研究的内容主要涵盖了以下几个方面:(1)通过实验研究了磷石膏、水泥、粉煤灰的掺量配比,对磷石膏基复合胶凝材料性能上的影响,最终确定了最佳配比为质量比磷石膏:粉煤灰:水泥=50:30:15,水料比为0.4。制得磷石膏基胶凝材料的3d抗压强度约为8 MPa,7 d抗压强度约为9 MPa,28 d抗压强度12 MPa。标准稠度需水量39.6%,初凝时间9分钟,终凝时间13分钟。(2)通过正交实验研究了自研激发剂矿粉、纤维素醚的掺加量与确定了玻化微珠的掺加量对磷石膏砌块性能上的影响,确定了 HL-07激发剂中矿粉、纤维素醚最佳复配比例,并通过单因素实验研究了自主研制复合激发剂对磷石膏砌块性能的影响。并最终确定在磷石膏用量为500 g时,自研复合激发剂掺量为10 g,其中矿粉为50%,纤维素醚2%,HL-07激发剂3g,玻化微珠0.2 cm3。(3)对使用原料及外加剂最佳配比制得的试样进行各方面的性能检测,测得其软化系数为0.85,吸水率为5%左右,28 d抗压强度达15 MPa左右,导热系数为0.12 W/(m·K),无苔藓化现象,抗冻融性能良好。以上性能完全符合作为防水建筑砌块应用于墙体材料的性能要求。(4)运用X射线衍射对试样进行物相分析,发现制得的磷石膏砌块中含有CSH凝胶、钙矾石(AFt)及CASH凝胶,通过SEM扫描电镜发现其晶体微观结构中,既有大量凝胶包裹在晶粒上,使得晶粒增粗,孔隙减小,又有在晶粒搭接处呈包覆状的絮状凝胶,有效阻挡了水分对内部结构的侵蚀,使磷石膏砌块的耐水性能显著提高。在凝胶处选取4个点进行EDS分析,根据EDS的元素分析结果,进一步确认了结构中存在于晶粒搭接处以及包裹在晶粒周围的凝胶既有CSH凝胶和钙矾石,又有CASH凝胶。以上絮凝结构的存在,使得晶体微观结构更加致密,空隙较小且孔隙率较低,晶粒间结构更加稳固,软化系数、抗压强度等性能与普通石膏砌块相比有明显的提高。