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磷石膏自流平材料的制备
徐 迅1，王连营2，彭林山1，彭祝勇1 （1.西南科技大学材料科学与工程学院，四川 绵阳 621010；2. 四川省铁路集团川铁枕梁构件厂，四川 彭州 611930）
磷石膏(Phosphogypsum)是磷肥厂制造磷酸时排放的工业副产石膏废渣。它是磷矿石和硫酸反应的产物之一。化学反应式如下：
Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H2O→3H3PO4+5(CaSO4·2H2O)+HF
其主要成分是二水石膏(Ca SO4 · 2H2O) ， 其含量64%~69%，除此之外都是杂质，如磷酸 2%~5%，氟(F)约1.5%，还有游离水和不溶性残渣。整个磷石膏是带酸性的粉状物料。2007 年我国的磷石膏排放量已达 5 000 万 t，国内堆存量已超过 1.2 亿 t。处理磷石膏的综合利用问题已迫在眉睫。由于其主要成分是二水石膏(CaSO4·2H2O)，可以做为建筑材料，进而生产各种建材产品，磷石膏与水泥、砂石配合作为加固软路基材料等。这无疑给磷石膏的综合应用和环境保护开辟了道路 。
自流平材料(Self-leveling)是一种比较新型的建筑材料之一。它是一种用于地面自找平的地坪材料，无须任何外加的机械铺平工作，能自动向各方流动并铺展成平整的地面。自流平砂浆主要分为石膏基自流平材料和水泥基自流平材料两大类。其中石膏基自流平材料还具有良好的保温隔声特性，可提高居住的舒适度，具有呼吸功能等优点。本文的目的是为磷石膏的应用开辟一条新途径，制备一种低环境负荷的新型建筑材料。从而使工业副产物中宝贵的硫酸钙资源得到充分利用而不对环境造成二次污染，发展高附加值的建筑材料产品，提升工业副产石膏在建筑材料领域应用的技术含量。同时大量消耗磷石膏，将其变废为宝，进行资源化利用。若能充分利用大量的磷石膏，将其作为自流平砂浆的基体材料，则可以降低自流平砂浆的成本，促进自流平砂浆在中国的广泛应用。
1 试验原材料和方法
1.1 试验原材料
(1)磷石膏：磷石膏来自四川什邡金河磷矿化工厂，颜色呈灰黑色，含水较多，大多团聚成球形颗粒，烘干后呈灰白色。化学成分见表 1。
(2)α 半水石膏：α 半水石膏主要成分为 CaSO4·0.5H2O，白色粉体，产地为宁夏。化学成份见表 2。
(3)其他材料：其他材料为各种外加剂，由汕头龙湖科技公司提供，见表 3。
1.2 试验方法
(1)磷石膏的改性处理：用 4.75 mm 筛，筛去较粗的磷石膏颗粒，将磷石膏在烘箱中放置 6 h，温度为 160℃，使磷石膏变成半水石膏，甚至有部分变成是Ⅲ型无水石膏。在行星式球磨机中粉磨 2 min，装袋备用。
(2)物理力学性能测试：力学性能测定按照 GB/T17669.3—1999 建筑石膏进行，初始流动度用水量和凝结时间的测定按照 GB/T 17669.4—1999 建筑石膏的规定进行。对于自流平则参照 JCT 1023—2007 石膏基自流平砂浆标准。
2 自流平材料制备
在较成熟的石膏自流平配方中，加入磷石膏替代部分胶凝材料。试验见表 4。
序号为 0 至 3 的配方采用 F17G 作为减水剂，4 号到 8号采用 1641F 作为高效减水剂。物理力学性能测试结果见表 5。
0 号配方的胶凝材料全部采用 β 半水磷石膏，可以看出需水量加到 30% 时，初始流动度仍然达不到要求，如果再增加用水量会出现离析，并且强度会下降，故改用部分替代 α 半水石膏的方法将 β 半水磷石膏加入到自流平材料中。
试验证明，随着改性处理磷石膏的掺量的增加，需水量不断增加；凝结时间缩短，但不成线型关系；初始流动度也在减小；强度降低。可见 F17G 的加入使石膏自流平各项性能都有所下降，但通过实验证明可以使用各种外加剂，来确保石膏自流平的性能。对自流平材料的抗折强度产生影响的主要因素是石膏、水泥、消泡剂与可再分散胶粉。对自流平材料抗压强度产生影响的主要因素是石膏和可再分散胶粉。消泡剂对于自流平材料的抗折强度是主要影响因素，而对抗压强度则不是主要影响因素。这主要是由于材料中的孔对抗折强度的影响要比对抗压强度的影响明显。增加消泡剂的掺量，使自流平材料中的气孔减少，可以显著提高其抗折强度。
从试验数据可以看到，磷石膏基自流平砂浆不仅早期强度高，而且后期强度发展迅速，绝干强度明显高于一天强度。对石膏基自流平砂浆而言，强度的发展与砂浆本身的干燥程度有很大的关系。该自流平砂浆除了形成二水石膏所需的结晶水外，其余在砂浆空隙中多余的水分将借助于砂浆中毛细孔而蒸发到空气中去，进而形成强度。序号为 1~3 的配方中，可以看出随着 β 型半水磷石膏
掺加量不断减小，初始流动度用水量在不断增加，凝结时间不断缩短，强度下降，进一步说明 β 型半水磷石膏与 α半水石膏相比物理力学性能较差。在其他外加剂不变时，β半水磷石膏的掺加量越多，自流平材料的性能就会越差。
3 结语
(1)磷石膏主要成分与其他天然石膏相似，有很大的潜在利用价值。
(2)通过试验，证实了利用磷石膏制备自流平材料是可行的。
(3)较优的石膏自流平配方为∶硬石膏∶磷石膏∶α 半水石膏∶P.O.42.5R∶5010N∶P803∶1641F∶石膏缓凝剂P∶3003F∶干砂 70~140 目=100∶200∶400∶30∶35∶2∶4∶1∶0.5∶227.5。
