基于磷石膏的复合水泥材料防水性与隔热性能的协同优化

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Synergistic Optimization of Water Resistance and Thermal Insulation Properties of Phosphogypsum-Based Composite Cementitious Materials

利用磷石膏（PG）部分替代水泥制备胶凝材料（PGCMs），通过正交试验和微观分析探究HPG、粉煤灰、生石灰及水灰比对材料水热性能的影响机制，提出协同优化方案。最佳配比（HPG 60%、粉煤灰50%、生石灰6%、水灰比0.25）使PGCMs抗压强度达52.97MPa，吸水率10.10%，软化系数0.77，导热率0.3709W/(m·K)，显著提升综合性能。

　　

摘要

利用磷石膏（PG）部分替代水泥来生产基于磷石膏的胶凝材料（PGCMs）是实现磷石膏资源化利用的重要途径。然而，仅使用磷石膏作为替代水泥的PGCMs具有较高的吸水性，从而导致其防水性和隔热性能较差。为了解决这一问题，本研究在制备PGCMs的过程中同时加入了半水化磷石膏（HPG）、粉煤灰和生石灰，以提高其防水性和隔热性能。首先，通过正交实验研究了HPG用量、粉煤灰用量、生石灰用量以及水-水泥质量比对PGCMs防水性和隔热性能的影响。其次，基于微观结构形态分析，探讨了这些因素影响PGCMs防水性和隔热性能的机制。随后，采用效能系数法建立了回归方程，并提出了一种协同优化方法来平衡PGCMs的防水性和隔热性能。结果表明，影响PGCMs防水性的主要因素是水-水泥质量比和生石灰用量；而HPG用量和水-水泥质量比则是影响隔热性能的主要因素。当HPG含量为60%、粉煤灰含量为50%、生石灰含量为6%、水-水泥质量比为0.25时，PGCMs表现出优异的综合防水性和隔热性能，其抗压强度为52.97MPa，吸水率为10.10%，软化系数为0.77，导热率为0.3709W/(m·K)。本研究旨在为磷石膏在建筑领域的应用提供理论支持。