季家友，祝 云，徐 慢，梁興榮，王 亮，曹 宏，黃志杰

（武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430074）

0 引 言

近10年來，節(jié)能環(huán)保成為建筑行業(yè)發(fā)展趨勢的主線，干粉砂漿由于其高質(zhì)量、高效率、經(jīng)濟效益好、環(huán)保的優(yōu)點，得到迅猛發(fā)展［1］．無機干粉保溫砂漿是以無機類輕質(zhì)保溫材料為輕骨料，再混合由膠凝材料和其他填充料（粉煤灰、礦渣、硅灰等）、添加劑（減水劑、發(fā)泡劑等）組成的干粉保溫砂漿．研究表明這種以干粉砂漿為基礎的無機干粉保溫砂漿是一種新型保溫節(jié)能砂漿材料［2－3］，具有節(jié)能、環(huán)保、保溫隔熱、耐老化的優(yōu)異性能，并且價格低廉，有著廣泛的市場需求．

分析保溫干粉砂漿的要求和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀［4－5］，秉承綠色環(huán)保［6－7］廢物利用的理念，利用固體廢棄物磷石膏來制備磷石膏基保溫干粉砂漿．磷石膏并非膠凝材料，但經(jīng)處理后可變成膠凝材料，研究其處理成膠凝材料后再制備成保溫砂漿的可行性具有重大意義．本課題從建筑行業(yè)節(jié)能環(huán)保的角度出發(fā)，研究制備了半水石膏基無機保溫砂漿，通過一系列單因素比較試驗，對砂漿的性能（抗壓強度、導熱和吸聲等）進行重點研究分析，并綜合各方面考慮得出配制磷石膏保溫砂漿最佳配合比．

1 實驗部分

1．1 實驗原料

宜化磷石膏，灰白色，相對密度2．05～2．45 g／cm3，其化學成分見表1；市購水泥，P．O 42．5，其化學成分見表2；宜昌硅灰，灰色，相對密度2．1～2．3 g／cm3；生石灰，有效氧化鈣質(zhì)量分數(shù)約65%；河北廊坊?；⒅椋驙铙w細徑顆粒；市購玻璃纖維，標準狀態(tài)下抗拉強度6．3～6．9 g／d，密度2．54 g／cm3；膠粉．

表1 磷石膏的化學成分Table 1 Chemical composition of phosphorus gypsum

表2 水泥的化學成分Table 2 The chemical composition of cement

1．2 磷石膏的預處理及砂漿的制備

磷石膏預處理：稱取一定量磷石膏經(jīng)磨機粗粉碎，再用震擊式振篩機獲取直徑≤0．3 mm的磷石膏粉末，60℃烘干至恒重．以m（磷石膏）∶m（生石灰）＝100∶5，m（磷石膏）∶m（水）＝15∶1的比例稱量后混合攪拌均勻，陳化24 h［8］，即完成了磷石膏預處理．陳化結束后，置于烘箱中160℃下24 h得β型半水石膏，研磨成粉，即為建筑石膏；置于蒸壓釜中135℃下4．5 h，冷卻至常溫后于105℃烘干得α型半水石膏研磨成粉，即為高強石膏．

砂漿制備：按配比（表3、表4、表5）稱取各原料，干式攪拌30 s，再按水膠比1．5稱取水加入，濕攪拌2 min，以70．7 mm×70．7 mm×70．7 mm砂漿試模，振動成型，水泥標準養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24 h后拆模，再置于快速養(yǎng)護箱中養(yǎng)護72 h，制備工藝流程圖如圖1．

表3 不同磷石膏處理工藝下各原料配比Table 3 Ratio of each raw materials under different phosphogypsum process

表4 不同硅灰含量下各原料配比Table 4 Ratio of each raw materials under different silica fume content

表5 不同骨膠比下各原料配比Table 5 Ratio of each raw materials under different bone glue

圖1 砂漿制備工藝流程圖Fig．1 Flow diagram of slurry preparation process

1．3 性能測試

試塊的抗壓強度、吸水率、干表面密度、堆積密度按照JGJ／T70－2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》［9］，并參考 GB／T 9776－2008《建筑石膏》［10］進行測試；砂漿試塊的導熱系數(shù)采用熱流法測量；吸聲系數(shù)采用JTZB吸聲系數(shù)測試系統(tǒng)測量．

2 結果與討論

2．1 磷石膏含量的影響

不同石膏及不同石膏含量的砂漿性能測試結果如圖2所示．

圖2 磷石膏含量對砂漿性能影響的結果Fig．2 The result of phosphorus gypsum on performance of mortar

由圖2可見隨著煅燒（蒸壓）石膏／水泥的百分含量的增大，砂漿試塊導熱系數(shù)無明顯變化，干表面密度與堆積密度變化較小且兩者基本相同．這是由于配方中?；⒅橘|(zhì)量分數(shù)為43%，其內(nèi)部多孔、表面?；忾]的特性，賦予了它絕對輕質(zhì)絕熱特性，對砂漿的密度、導熱系數(shù)起到了決定作用［11］．結果也表明砂漿導熱系數(shù)達到了隔熱保溫型?；⒅樯皾{的標準，其堆積密度和干表面密度也基本達到國家保溫材料標準．

從圖中還可看出，隨著煅燒（蒸壓）石膏／水泥百分含量增大，砂漿抗壓強度先增后減，在煅燒m（蒸壓石膏）／m（水泥）比為0．80時，抗壓強度最大．由于石膏的吸水量比水泥大，實驗中水膠比不變，若煅燒（蒸壓）石膏相對含量少，便有較多水“剩余”，相當于水膠比變大，砂漿強度變?。幌喾?，若煅燒（蒸壓）石膏相對含量太多，建筑石膏可能完全水化成二水石膏，導致砂漿的強度變小，故只有條件適當，砂漿才能獲得較理想的綜合性能，即：m［煅燒（蒸壓）（石膏）］／m（水泥）為0．80．

由表6知，頻率為315 Hz時吸聲系數(shù)達到0．2，表明材料吸聲隔聲性能好；砂漿吸水率W（0．50）＝138%、W（0．80）＝130%，說明砂漿開口孔隙多；隨著煅燒磷石膏／水泥比值的增大，砂漿的吸聲系數(shù)減小，即：吸聲性能降低．

表6 煅燒磷石膏砂漿的吸聲系數(shù)與吸水率Table 6 The sound absorption coefficient of the calcined phosphogypsum slurry and water absorption

2．2 硅灰含量的影響

在膠凝材料總量不變的情況下，不同硅灰含量砂漿的性能測試結果列于表7中．由表7可知硅灰含量不同的砂漿，干表面密度、導熱系數(shù)及堆積密度并無明顯變化．隨著硅含量的增加，砂漿抗壓強度先增后減．硅灰主要成分為SiO2，隨著硅灰含量增加，砂漿的密實度增加，理論上抗壓強度也增加．但由于硅灰的比表面積大，硅灰摻量增加，需水量也增加．在相同用水量條件下，硅灰摻量多時，相對用水量偏少，不利于其水化，使強度降低，同時還會增加砂漿的收縮．為了確保砂漿的綜合性能，本實驗中硅灰占膠凝材料總量的20%為最佳．

2．3 骨膠比的影響

不同骨膠比的砂漿性能測試結果列于表8．由表8可知，隨著骨膠比增大，砂漿導熱系數(shù)無顯著變化，干表面密度、堆積密度均略微減?。绊懮皾{干表面密度、堆積密度的主要因素是輕質(zhì)骨料?；⒅樗及俜趾浚S著骨膠比增加，砂漿抗壓強度先增后減，吸水率一直增大．綜合考慮砂漿的性能，選定最佳骨膠質(zhì)量比為1∶1．

表7 不同硅灰在膠凝材料中的含量對砂漿性能影響的結果Table 7 Different content of silica fume in gelled material influence on mortar performance results

表8 不同骨膠比對砂漿性能影響的結果Table 8 The effect of different bone glue ratio on mortar performance

2．4 磷石膏處理工藝的影響

由前面結果分析可知兩種工藝對砂漿性能的主要影響在于砂漿的抗壓強度，如圖3所示．

圖3 磷石膏處理工藝對砂漿抗壓強度影響的結果Fig．3 Effect of phosphogypsum process on compressive strength of mortar

圖中的數(shù)據(jù)顯示蒸壓磷石膏砂漿的抗壓強度比煅燒磷石膏大，且前者抗壓強度基本達到了隔熱保溫型玻化微珠砂漿的墻體所用強度（0．2 MPa）．

兩種半水石膏水化機理一樣，即半水石膏加水水化成二水石膏，主要區(qū)別在于兩種半水石膏本身性質(zhì)．建筑石膏（β型半水石膏）是二水石膏在常壓下加熱到107～170℃時脫水而得，結晶較細，分散度高，強度較低，用其制備的砂漿強度也較低；高強石膏（α型半水石膏）是二水石膏在0．13 MPa、120～140℃的飽和水蒸氣條件下的蒸壓釜中蒸煉脫水而得，結晶較粗，比表面積較小，調(diào)成石膏漿體的可塑需水量很小，約為35%～45%，因而硬化后孔隙率小，具有較高的強度（7天可達40 MPa）和密實度［12］．另一方面，相同條件下α型半水石膏總的比表面積小，所需用水量少，因而有更多的水分供給來使水泥水化．由于水泥水化產(chǎn)物強度高，使得砂漿強度增加．綜合可知，蒸壓磷石膏砂漿在同等條件下具有的抗壓強度較煅燒磷石膏高，但是并不明顯；另一方面，從能量方面來考慮，蒸壓磷石膏耗能高，不符合現(xiàn)今節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢，所以選用煅燒磷石膏作為膠凝材料使用．

3 結 語

a．磷石膏可作為膠凝材料制備保溫砂漿；

b．磷石膏保溫砂漿最佳配合比為：m（磷石膏）／m（水泥）＝0．80，骨膠質(zhì)量比為1∶1，硅灰占膠凝材料總量的20%，選用煅燒磷石膏作為膠凝材料使用．

致謝

本研究工作得到了課題組王樹林老師、沈凡老師和師兄趙靜的幫助，在此衷心表示感謝！

［1］吳曉彤，張雪芹．建筑干粉砂漿的生產(chǎn)及應用［J］．新型建筑材料，2002，6（7）：13－15．WU Xiao－tong，ZHANG Xue－qin．The production and application of building mortar powder［J］．New Building Materials，2002，6（7）：13－15．（in Chinese）

［2］周強，馬敬春，肖力光．新型節(jié)能保溫砂漿的試驗研究［J］．長春理工大學學報：自然科學版，2008，30（4）：93－96．ZHOU Qiang，MA Jing－chun，XIAO Li－guang．Tests and studies on a new engery－saving insulation mortar［J］．Journal of Changchun University of Science and Technology：Natural Science Edition，2008，30（4）：93－96．（in Chinese）

［3］桑國臣．節(jié)能環(huán)保型保溫材料的研制［D］．西安：西安建筑科技大學，2004：2－3，47－48．SANG Guo－chen．Study of the environment proteding and energy saving insulating materials［D］．Xi'an：Xi'an University of Architecture and Technology，2004：2－3，47－48．（in Chinese）

［4］趙立群，樊鈞．干混砂漿生產(chǎn)與應用技術研究［C］／／第三屆中國國際建筑干混砂漿生產(chǎn)應用技術研討會論文集．北京：中國建筑協(xié)會材料分會預拌砂漿推廣委員會，2008：69－75．ZHAO Li－qun，F(xiàn)AN Jun．Dry mortar production and application technology research［C］／／The third China international construction dry mortar production technology symposium proceedings，2008：69－75．（in Chinese）

［5］Dietrich U，Mayer T．Dry mortar formulations modified with water－redispersible polymer powders：U．S．Patent 6，709，508［P］．2004－03－23．

［6］祝頻．論綠色建材及其評價標準［J］．廣東建材，2004，8：66－67．ZHU Pin．The theory of green building materials and its evaluation standard［J］．Guangdong Building Materials，2004，8：66－67．（in Chinese）

［7］劉小力，高忠民，唐飛勇．磷石膏充填采礦技術應用及經(jīng)濟環(huán)境效益評價［J］．武漢工程大學學報，2011，33（3）：107－110．LIU Xiao－li，GAO Zhong－min，TANG Fei－yong．Application of phosphorous gypsum for cut and fill mining method and evaluation of its economic and environmental profits［J］．Journal of Wuhan Institute of Technology，2011，33（3）：107－110．（in Chinese）

［8］傅忠益．磷石膏制輕質(zhì)保溫墻體材料的研究［D］．武漢：武漢理工大學，2007．FU Zhong－yi．Study of phosphogypsum producing lightweight and heat preservation wall material［D］．Wuhan：Wuhan University of Technology，2007．（in Chinese）

［9］中華人民共和國住房和城市建設部．JGJ／T 70－2009建筑砂漿基本性能試驗方法標準 ［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009．

［10］全國輕質(zhì)與裝飾裝修建筑材料標準化委員會．GB／T 9776－2008建筑石膏［S］．北京：中國標準出版社，2008．

［11］邱小華．?；⒅闊o機建筑保溫砂漿的研制 ［D］．昆明：昆明理工大學，2008．QIU Xiao－h(huán)ua．The application research on inorganic thermal insulating mortar glazed hollow bead for buildings［D］．Kunming：Kunming University of Science and Technology，2008．（in Chinese）

［12］魏小勝，嚴捍東，張長青．工程材料［M］．武漢：武漢理工大學出版社，2008：60－64．WEI Xiao－sheng，YAN Han－dong，ZHANG Changqing．Engineering materials［M］．Wuhan：Wuhan University of Technology Press，2008：60－64．（in Chinese）