Имеющиеся запасы отхода фосфогипса составляют более 200 млн т. и увеличиваются ежегодно, а доля его утилизации не превышает 10 %.
Колоссальное количество фосфогипса, находящееся под открытым небом, подвергается воздействию атмосферных осадков, что позволяет ему практически беспрепятственно поступать в грунтовые воды. Водный бассейн на десятки километров в регионах подвержен губительному воздействию фосфорной, серной кислот и их солей, соединений редкоземельных металлов. Кроме того, испаряющиеся в атмосферу соединения фтора загрязняют биосферу. Объективные предпосылки для разработки эффективных решений имеются в достаточном количестве. Наиболее целесообразным решением было бы использовать фосфогипсовые отходы для изготовления стеновых камней с последующим применением при возведении жилых, гражданских и промышленных зданий.
Проводившиеся многочисленные исследования в области утилизации фосфогипсовых отходов можно условно разделить на три направления:
1. Использование фосфогипса в качестве сырья для производства гипсовых вяжущих a - и b-модификаций.
2. Производство строительных изделий из фосфогипса, минуя стадию переработки его в гипсовые вяжущие: декоративные и облицовочные плитки, стеновые блоки с использованием как различных приемов прессования, так и различных приемов физико-химической активации.
3. Применение в качестве добавки и наполнителя в смешанных вяжущих.
Большой научный интерес и практическую ценность представляют работы, проведенные в МИСИ (МГСУ), направленные на создание простой малоэнергоемкой технологии изготовления водостойких изделий на основе фосфогипса в естественном состоянии. На оптимальных составах фосфогипсовых смесей получен бетон марок 35...75, средней плотностью 1140–1350 кг/м3, с коэффициентом размягчения 0,72...0,75 и морозостойкостью F15...F35.
Существуют и другие, не менее интересные разработки в этой области, но всех их объединяет концепция использования фосфогипса в качестве наполнителя в композиционных вяжущих, в лучшем случае, в качестве двуводного сульфата кальция, частично дегидратирующегося в процессе тепловой обработки изделий.
Мы предлагаем другой подход, позволяющий рассматривать двуводный фосфогипс в качестве активного компонента системы, модифицированной комплексом химических и минеральных добавок, таких как: известь негашеная, активная минеральная добавка, глиноземистый цемент.
Исследования проводились на композициях следующих составов:
1. фосфогипс, глиноземистый цемент, известь;
2. фосфогипс, глиноземистый цемент, известь, активный кремнезем;
3. получение фосфогипсобетона на этих составах без применения тепловой обработки.
Известно, что основным продуктом гидратации глиноземистого цемента является САН10. При повышении температуры до 300С он переходит в С2АН8, а при температуре свыше 300С – в С3АН6, причем последний характеризуется пониженными вяжущими свойствами по сравнению и с С2АН8, и с САН10. Кроме того, перекристаллизация гексагональных низкоосновных гидроалюминатов кальция в стабильный кубический С3АН6 сопровождается появлением напряжений в твердеющей композиции и значительным уменьшением прочности. Процесс перекристаллизации зависит не только от температуры, но и от рН-среды: чем эти два фактора выше, тем интенсивнее протекает указанный процесс. Этим объясняются запреты на применение глиноземистого цемента при повышенных температурах, а также на получение смешанных вяжущих на основе глиноземистого цемента с добавлением извести или портландцемента (повышается щелочность среды).
Ввод в глиноземистый цемент двуводного гипса значительно ослабляет воздействие повышенных температур на его твердение. В этом случае, С3АН6, взаимодействуя с гипсовой составляющей, образует гидросульфоалюминаты кальция, способствующие росту прочности системы.
Исследования затвердевшего вяжущего, состоящего из фосфогипса, извести и глиноземистого цемента, подтвердили вышеперечисленные положения и позволили создать бетон с прочностью до 13 МПа через 28 суток твердения в нормальных условиях. Экспериментально установлено, что с увеличением температуры тепловой обработки прочность бетона растет
