摘要
磷石膏(phosphogypsum，PG)是工业湿法生产磷酸和磷肥的副产物，PG大量堆存造成了严重的资源浪费和环境危害，将PG制备成胶凝材料是有效利用PG的途径之一，但其强度低、耐水和耐久性能差等缺陷限制了其广泛应用，掺入掺合料能有效改善其各种性能。地聚物具备耐酸碱、耐火、耐高温、耐侵蚀等优异性能，同时比传统硅酸盐水泥的碳排放更低。因此，在碳达峰及碳中和的目标下，本文将偏高岭土(metakaolin，MK)地聚物作为掺合料应用于磷石膏基胶凝材料，制备磷石膏-地聚物基复合胶凝材料(Phosphogypsum-geopolymer-based composite gelling material，PGGPBM)，研究不同激发剂、不同掺合料以及不同地聚物对PGGPBM的力学性能、耐水性能和耐久性能的影响，主要研究内容和结果如下： (1)利用单因素试验，探究不同激发剂、普通硅酸盐水泥以及原状和半水石膏的比例对PGGPBM的力学性能、耐水性能和耐干湿性能的影响，并通过X射线衍射(XRD)分析PGGPBM水化反应后的物相，最后结合扫描电子显微镜(SEM)探究各掺合料对PGGPBM的作用机理。结果表明，适宜的激发剂掺量能激发偏高岭土火山活性的同时还能为基体反应提供碱性环境；HPG的水化放热和填充作用，以及水泥的水化作用，均能提高结构的密实度，从而改善PGGPBM的各项性能。 (2)采用三种不同类型和六个掺量等级的地聚物设置试验，探究不同地聚物在不同掺量下对PGGPBM各项性能影响和作用机理。结果发现，MK对PGGPBM力学性能改善效果最好，而粉煤灰(fly ash，FA)的改善效果不明显；不同地聚物对PGGPBM的耐水性改善效果差别较大，其中FA的改善效果最差，改善效果最好的是复合地聚物；当FA掺量为12%时有效提升PGGPBM抗风化性能，当MK掺量为15%时抗冻性能改善效果最好。 (3)基于前期单因素试验基础上，设计4因素4水平的正交试验，探究各掺合料对PGGPBM各种性能的影响程度，并据矩阵分析得出较优配比，最后结合微观分析揭示作用原理。试验结果表明，水泥和MK对PGGPBM抗折和抗压强度有显著影响，HPG对PGGPBM吸水率和软化系数有显著影响，水泥和HPG分别对干湿和冻融性能有显著影响；矩阵分析得出试验最优方案为A4B4C2D4。
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