现浇磷石膏墙体材料制备研究

张逸超 王 莹

沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳 110168

磷石膏是磷酸生产过程中用硫酸处理磷矿石时产生的一种工业副产品，每生产1.0t的磷酸就要产生4.5～5.0t的磷石膏。而目前磷石膏主要以堆存处理。2015年，我国磷石膏排放量达8000万t，累计堆存量达30000万t[1]。因此，开发磷石膏的资源化、规模化综合利用技术，对工业固废的利用以及生态环境的保护意义重大。俞波[2]以磷石膏、矿渣、黄砂、水泥为基本组分，在高压条件下，制备了磷石膏砌块，制备的磷石膏砌块的抗压强度达到了15MPa以上。高辉[3]以磷石膏、黄砂、水泥、生石灰为基本组分，制备了磷石膏砖。制备的磷石膏砖的性能满足非烧结垃圾尾矿砖的性能要求。张卫豪[4]以磷石膏、粉煤灰、水泥为基本组分，通过掺加纤维，制备了磷石膏板。制备的磷石膏板的性能满足建筑用轻质隔墙条板的性能要求。齐艳涛[5]以磷石膏、机制砂为基本组分，通过掺加外加剂，制备了底层抹灰石膏。磷石膏墙体材料的研究主要集中在磷石膏砌块、磷石膏砖、磷石膏板及抹灰磷石膏。目前，尚无轻质保温化的现浇磷石膏墙体材料的制备研究。因此，本文进行了现浇磷石膏墙体材料的制备研究，在实现固废利用的同时，实现建筑的高效节能。

1 实验原料及方法

1.1 实验原料

磷基β-建筑石膏初凝时间4min，终凝时间8min，抗压强度3.72MPa，导热系数0.25W/(m·K)。天然放射性核素满足建筑主体材料放射性核素限量的要求；粉煤灰取自武汉阳逻电厂，导热系数为0.23W/(m·K)；玻化微珠取自河南新华玻化微珠有限公司，导热系数为0.04W/(m·K)；缓凝剂为蛋白质类缓凝剂（SC），减水剂为三聚氰胺类减水剂（F10）；保水剂为纤维素类保水剂（HPMC）。

1.2 试验方法

凝结时间的测定参考《建筑石膏净浆物理性能的测定》（GB/T 17669.4—1999）及《抹灰石膏》（GB/T 28627—2012），测定的时间间隔为2min；抗压强度的测定参考《建筑石膏力学性能的测定》（GB/T 17669.3—1999）；导热系数的测定参考《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》（GB/T 10294—2008）。试验时，采用智能型双平板导热系数测定仪（IMDRY3001），测定通过试件的热流、热表面平均温度以及冷表面平均温度，计算试件的导热系数；软化系数的测定参考《石膏砌块》（JC/T 698—2010）。

2 试验结果及分析

以磷基β-建筑石膏为主要原料，通过引入不同组分对磷基β-建筑石膏进行改性，制备现浇磷石膏墙体材料。设计的现浇磷石膏墙体材料组分为磷基β-建筑石膏+粉煤灰+缓凝剂+减水剂+玻化微珠。磷基β-建筑石膏、粉煤灰质量配合比总和为100%，缓凝剂、减水剂、玻化微珠的质量配合比按质量配合比总和计算。

2.1 粉煤灰对胶凝材料性能的影响

研究粉煤灰掺量0、10%、20%、30%、40%对胶凝材料性能的影响。不同粉煤灰掺量胶凝材料软化系数如表1所示。

表1 不同粉煤灰掺量胶凝材料软化系数

随着粉煤灰掺量由0增加至30%时，胶凝材料的软化系数增大，而粉煤灰掺量由30%增加至40%时，软化系数下降。分析其原因，当掺入一定量的粉煤灰时，粉煤灰水化物分布于二水石膏，提高了耐水性能，当掺入过量的粉煤灰时，未水化粉煤灰颗粒引起硬化体的密实度下降，降低了耐水性能。故现浇磷石膏墙体材料的粉煤灰掺量取20%～30%为宜。

2.2 缓凝剂对胶凝材料性能的影响

研究缓凝剂掺量0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%对胶凝材料性能的影响。不同缓凝剂掺量的胶凝材料的凝结时间、抗压强度如表2所示。

表2 不同缓凝剂掺量胶凝材料凝结时间、抗压强度

随着缓凝剂掺量的增加，胶凝材料的凝结时间增大，胶凝材料的抗压强度降低；当缓凝剂掺量由0.2%增加到0.3%时，抗压强度损失严重。工程上对现浇墙体材料初凝时间的要求是不小于30min。考虑凝结时间的要求和抗压强度的损失趋势，现浇磷石膏墙体材料的缓凝剂掺量取0.1%～0.2%为宜。

2.3 减水剂对胶凝材料性能的影响

研究减水剂掺量0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%对胶凝材料性能的影响。不同减水剂掺量的胶凝材料的扩散度、抗压强度如表3所示。

表3 不同减水剂掺量胶凝材料扩散度、抗压强度

随着减水剂掺量的增加，胶凝材料的扩散度增大；减水剂掺量由0.3%增加到0.4%时，出现泌水现象；随着减水剂掺量的增加，胶凝材料的抗压强度有一定的增加。工程上对现浇墙体材料的扩散度要求是200～220mm。考虑扩散度的要求，现浇磷石膏墙体材料的减水剂掺量取0.2%～0.3%为宜。

2.4 玻化微珠对胶凝材料性能的影响

研究玻化微珠掺量0、10%、20%、30%、40%对胶凝材料性能的影响。不同玻化微珠掺量的胶凝材料的导热系数、抗压强度如表4所示。

表4 不同玻化微珠掺量胶凝材料导热系数、抗压强度

当玻化微珠的掺量为0、10%、20%、30%、40%时，胶凝材料的导热系数为0.248、0.184、0.163、0.144、0.211W/(m·K)。随着玻化微珠掺量的增加，胶凝材料的导热系数降低，玻化微珠掺量由30%增加到40%时，胶凝材料的导热系数陡增至0.211W/(m·K)。分析其原因，掺入一定量的玻化微珠时，胶凝材料实现了轻质化，导热系数降低，玻化微珠掺量较大时，胶凝材料的孔隙率过大，保温性能较差。保温性能要求较高的墙体对材料的导热系数要求是不大于0.2W/(m·K)。在未掺入玻化微珠时，胶凝材料的导热系数为0.248W/(m·K)，玻化微珠掺量为20%时，胶凝材料的导热系数为0.163W/(m·K)。综合考虑导热系数的要求和抗压强度的折减趋势，现浇磷石膏墙体材料的玻化微珠掺量取10%～20%为宜。

3 结语

（1）随着粉煤灰掺量由0增加至30%时，胶凝材料的软化系数增大，而粉煤灰掺量由30%增加至40%时，软化系数下降。故现浇磷石膏墙体材料的粉煤灰掺量取20%～30%为宜。考虑凝结时间的要求和抗压强度的损失趋势，现浇磷石膏墙体材料的缓凝剂掺量取0.1%～0.2%为宜。

（2）随着减水剂掺量的增加，胶凝材料的抗压强度有一定的增加。工程上对现浇墙体材料的扩散度要求是200～220mm。考虑扩散度的要求，现浇磷石膏墙体材料的减水剂掺量取0.2%～0.3%为宜。

（3）随着玻化微珠掺量的增加，胶凝材料的导热系数降低，玻化微珠掺量由30%增加到40%时，胶凝材料的导热系数陡增至0.211W/(m·K)。综合考虑导热系数的要求和抗压强度的折减趋势，现浇磷石膏墙体材料的玻化微珠掺量取10%～20%为宜。