磷石膏在墻體材料及石膏模盒領域的應用研究

謝凡

上海現代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司 上海 200041

引言

磷石膏為酸性，其含水率極高，并且對其內部雜質進行去除的難度通常較脫硫石膏更大。應用磷石膏制作建材產品，關鍵是明確磷石膏性能與不同類型雜質的關系。在此基礎上，通過預處理的方式，確保有害雜質可被盡數消除。現階段，在石膏模盒、墻體材料等領域，磷石膏均得到了廣泛應用并獲得了人們的一致認可。對其相關產品進行研究是進一步擴大磷石膏應用范圍的前提。

1 磷石膏性質介紹

磷石膏屬于酸性工業副產物。可通過pH值判斷磷石膏的品質，通常情況下，pH值越小，代表石膏中H3PO4的含量越高。若pH值超過5，只需對其進行炒制，便可獲得符合行業要求的中性石膏。磷石膏的含水率較高，并含有大量導致磷石膏性能下降的有害雜質。若要將其應用在建材產品中，關鍵是明確磷石膏性能與不同類型雜質的關系。其中，磷石膏所含的有機物能夠增加半水石膏達到水化狀態的需水量，使得晶體結合程度降低，導致硬化體強度顯著降低。而共晶磷和可溶磷的存在，又使磷石膏在水化過程中所表現出飽和度大幅降低，從而導致磷石膏的凝結硬化速度減緩，水化晶體結構難以具備理想的強度和緊密度[1]。

綜上，雜質對磷石膏的性能至關重要。在實際應用時，相關人員應以雜質對磷石膏性能的影響為依據，采取與之相適應的預處理手段，以徹底消除雜質所產生的負面影響。

2 磷石膏在墻體材料領域的應用

磷石膏相關建材產品的地域性極為突出，其運輸距離以及銷售范圍均較為固定。目前，已得到規模化利用的磷石膏建材產品，除了眾所周知的石膏條板外，還包括磷石膏磚、水泥緩凝劑等，下文將逐一對其進行介紹。

2.1 石膏條板

石膏條板的優勢主要體現在防火隔音、環保節能等方面。利用石膏條板建設內隔墻，既可以減小墻體厚度、增加內部空間，又對建筑成本及結構質量有優化作用。在石膏條板制造方面，國內企業現已具備以下生產技術：首先是可使石膏酸堿度以及強度指標得到提高；其次是通過機械化生產的方式，以解決輕質墻材所存在密度不均和產能偏移等問題；最后是以工廠為主導，避免管線及墻板出現開裂情況。

2.2 磷石膏磚

作為發展前景良好的磷石膏應用途徑，在制造磷石膏磚時，有關人員應明確各試件組成與配合比，為確保強度合格，各組成部分質量百分比如下：磷石膏60%、粉煤灰15%、礦渣10%、細砂5%、水泥10%。經過近二十年的發展，多數企業當前都已掌握大規模制造磷石膏磚的方法，且制造成品的強度及其他指標均符合建筑行業要求，可作為砌墻磚投入使用[2]。

2.3 裝飾材料

由磷石膏所制作石膏陶瓷是裝飾領域的后起之秀，其具有與黏土陶瓷相近的性能，具體性能參數如下：吸水率＜1%；抗折強度約為30MPa；孔隙率＜8%；抗壓強度為120MPa及以上。制作該材料所用設備與常規材料無異，因此，企業不需要另外購入設備，其具有良好的經濟效益。

在制作石膏陶瓷前，有關人員需要對磷石膏進行預處理。通過降低pH值的方式，減少可溶磷含量，確保其性能符合石膏陶瓷的制作要求。現階段，常用預處理方案包括：其一，通過水洗的方式，將大部分雜質去除。其二，通過浮選將有機物盡數去除。其三，通過篩分將含量較大有害雜質去除。其四，通過煅燒去除可溶磷，需特別注意的是，通常需將煅燒溫度提高至800℃若要才能去除共晶磷。其五，通過機械球磨優化磷石膏級配，確保其比表面積更接近理想數值。其六，摻加生石灰，其能夠與煅石膏殘留酸發生化學反應，在使殘留酸得到中和的基礎上，將磷石膏含水量維持在較低水平。

2.4 水泥緩凝劑

無須經過再次加工，磷石膏可直接用作水泥緩凝劑。因此，對于磷石膏而言，作為水泥緩凝劑應用于入建筑材料行業是最經濟且快捷的途徑。磷石膏含有鋁酸三鈣可與水泥發生化學反應，形成大量不易溶解的晶體，為水泥顆粒提供可避免水分子滲入的薄膜，水泥水化速度放慢，緩凝目的隨之達成。現階段，由磷石膏所制成的水泥緩凝劑已得到大范圍應用，但其弊端也逐漸顯現。大量應用含水量較高的磷石膏會提高堵塞管道的概率。有關人員提出可采用煤球機進行造粒的方法解決堵塞管道問題，以顯著提升磷石膏的經濟效益。

2.5 磷石膏砌塊

早在20世紀80年代，石膏砌塊就已經在國內出現，有關人員以德國所應用設備和技術為參考，開發出了符合我國情況的設備與技術。然而，在很長一段時間內，石膏砌塊的制造規模均未達到預期，導致問題出現的原因可被概括如下：其一，產品尺寸急需調整，現有尺寸與機械搬運、人工搬動要求不符。其二，施工人員實踐經驗有限，無法充分發揮產品優勢。其三，大量制造企業均為手工生產，產品制造速度及質量有待提升。這也是今后行業關注的重點。

3 石膏模盒行業磷石膏的應用

3.1 技術說明

石膏模盒的用途是填充空腹樓板，其制作原料為石膏粉，現已成為水泥蓋箱、薄壁管等傳統填充材料的主要替代品。對密肋梁進行施工的首選填充材料為石膏模盒，其優勢是不需要拆模，空腔模的作用主要體現在兩個方面，一是作為結構模板，二是作為永久結構，使樓板原有結構性能、使用性能得到顯著提升。事實證明，石膏模盒能夠搶占市場份額的原因，主要在于其符合當今社會倡導的節能理念，即在減少混凝土用量的基礎上，賦予樓板呼吸等特性，真正做到環保節能與防火保溫并行[3]。在資源消耗量極大的當下，對節能效果突出的石膏模盒加以應用，其現實意義有目共睹。

3.2 具體應用

在利用磷石膏制作石膏模盒方面，國內公司已掌握處于世界領先水平的技術，即：第一步，對磷石膏做洗滌及煅燒處理，確保其雜質含量降至最低點，以最大限度滿足建筑行業對原材料所提出精細化要求；第二步，通過再次洗滌的方式，對磷石膏整體質量進行提高；第三步，在煅燒所形成半水石膏中加入適量清水及添加劑，依次對其做攪拌、澆注及干燥處理，便可得到強度較常規模盒更高的石膏模盒。某公司應用石膏模盒對試驗樓進行建設，該樓各方面性能均達到驗收標準。試驗樓模板由石膏模盒制成，外墻材料為現澆磷石膏，內墻材料為磷石膏砌塊，在對常規砌體結構加以取代的基礎上，利用磷石膏打造了隔音及保溫效果良好的空間，使建筑最大限度滿足生態文明與節能環保要求。

4 未來發展側重點探究

4.1 提高利用率

我國每年所排放磷石膏量極大，因此，即便其二次利用潛力得到充分發揮，仍無法被完全消納。若條件允許，有關企業可優先選擇對水泥緩凝劑進行生產。關于墻體材料領域，當務之急是加大石膏條板、石膏砌塊發展力度，這是因為二者與行業發展趨勢高度重合，且可消納大量磷石膏。另外，對共性技術進行研發的工作也應當引起重視，包括但不限于清潔技術、大規模煅燒技術等。

4.2 優化磷石膏質量

磷肥和建筑材料所屬行業不同，上游企業出于減少成本投入的考慮，通常不會將更多精力放在管控磷石膏質量方面。而應用領域不同的磷石膏，其質量及性能所要達到要求往往有所不同。現階段，質量問題已成為迫使制造企業放緩前進腳步的主要因素。由此可見，有關企業應對監管磷石膏質量等工作引起重視，通過加大監管力度的方式，使磷石膏擁有良好應用環境。隨著堆存成本減少，項目虧損的問題也可得到有效解決。

5 結束語

現階段，磷石膏的應用方向以墻體材料、石膏模盒為主，其中，墻體材料涵蓋石膏條板、裝飾材料等諸多支線。在某種程度上說，對磷石膏加以應用代表著建筑行業未來的發展趨勢。若要使其優勢得到更加充分的發揮，關鍵是要明確相關產品的制造工藝。根據市場需求對新產品進行研發，確保其所覆蓋領域得到更進一步的擴大，為行業發展提供持久的動力支持。