外加劑改性磷渣復合膠凝材料的實驗研究

黎明+++夏楓

一、引言

隨著我國經濟的快速發展，水泥的用量急劇增加，對環境和資源造成的壓力越來越大。混凝土中水泥用量大，不利于水工混凝土對水化熱的控制。為了綜合利用資源，降低水化熱，改善混凝土工作性能，本文通過研究外加劑對磷渣復合粉膠凝材料的影響，從而用于水工混凝土施工，開展試驗研究，以期獲得節能減排、混凝土溫控良好且性能優異的效果。

二、實驗步驟

實驗原材料：葛洲壩水泥廠通用硅酸鹽熟料、石灰石和粉煤灰，興山磷渣、安徽廬江燒明礬石、宜城硫鋁酸鹽熟料。

用試驗小磨粉磨通用熟料和硫鋁酸鹽熟料各10kg，石灰石、粉煤灰按4：1的比例粉磨5kg，燒明礬石粉5kg，磷渣于7#磨取樣15kg。分析各實驗原材料的細度和比表面積，通過化學分析確定原材料的組成成分。實驗按照表1的設計配比進行。

備注：石灰石粉=石灰石（16%）+粉煤灰（4%），硫表示硫鋁酸鹽熟料，明表示燒明礬石粉。

三、實驗結果分析

各實驗原材料的細度如表2，化學成分分析如表3。

從圖1中可以看出外摻燒明礬石粉復合膠凝材的標準稠度需水量小于不摻外加劑的復合膠凝材料，而外摻硫鋁酸鹽熟料復合膠凝材料的標準稠度需水量呈現高于不摻外加劑復合膠凝材料的趨勢。這可能是由于燒明礬石粉在拌合的過程中，與水尚未發生明顯反應，并且燒明礬石粉的細度明顯高于復合膠凝材料各原材料，需要更少的水分來達到標準稠度；而硫鋁酸鹽熟料在拌合的過程中表現出強烈的水化反應。同時可以觀察到，隨著熟料配比的增加，復合膠凝材料的標準稠度需水量呈現下降的趨勢。這可能因為磷渣的比表面積高于通用硅酸鹽水泥熟料，在拌合期間，通用硅酸鹽熟料水化反應較慢，由比表面積增加的需水量占主導因素。

圖2展示了外摻硫鋁酸鹽熟料對磷渣復合膠凝材料的影響。其中，在不摻外加劑、熟料配比分別為15%和25%的情況下，試樣的凝結時間大于600min，超出國標允許的范疇。在實驗條件下添加硫鋁酸鹽熟料急劇縮短了復合膠凝材料的凝結時間，熟料配比為15%和25%時，縮短的時間分別不小于400min和500min；熟料配比為30%和40%時，初凝時間縮短分別不小于140min和85min，終凝時間縮短分別不小于240min和150min。從圖2中還可以觀察到，隨著熟料的增加復合膠凝材料的凝結時間縮短，這是由于隨著熟料的增加，復合膠凝材料的水化過程加快。在熟料配比為15%時，添加2%硫鋁酸鹽熟料復合膠凝材料的凝結時間短于4%硫鋁酸鹽熟料的復合膠凝材料，但隨著熟料的增加（25%～40%），表現出相反的凝結性能，即外摻2%硫鋁酸鹽熟料復合膠凝材料凝結時間長于添加4%硫鋁酸鹽熟料復合膠凝材料。這表明在一定條件下（熟料配比為15%），硫鋁酸鹽熟料摻量的增加反而會抑制復合膠凝材料水化進程。

從圖3中可以觀察到熟料配比在15%～30%之間時，外摻燒明礬石粉復合膠凝材料的凝結時間縮短，當熟料配比增加到40%時，燒明礬石粉對復合膠凝材料的凝結時間無明顯影響。這是由于燒明礬石粉中的Al2（SO4）3、Al2O3會較迅速的發生水化反應，起到主導凝結硬化作用，當熟料增加到一定程度時，復合膠凝材料中CA3的含量較高，在水化初期代替燒明礬石粉占主導地位。在熟料配比為15%時，添加燒明礬石粉的復合膠凝材料凝結時間初凝時間縮短了400多分鐘，其中摻量為2%燒明礬石粉的復合膠凝材料的凝結時間較摻量為4%的減少約20min。在熟料配比為25%時，摻量2%和4%燒明礬石粉的復合膠凝材料凝結時間基本不變。當熟料配比增加到30%時，摻量2%燒明礬石粉的復合膠凝材料初凝和終凝時間較摻量4%的分別延長了約35min和60min。

從圖4和圖5中可以發現，硫鋁酸鹽熟料對磷渣復合膠凝材料的凝結時間延遲效果顯著強于燒明礬石粉。這是由于硫鋁酸鹽熟料中CAS-的水化反應快于燒明礬石粉中的Al2（SO4）3、Al2O3。

四、實驗結論

通過外摻外加劑改性磷渣復合膠凝材料的凝結時間的實驗得出以下結論：

（1）. 外摻硫鋁酸鹽熟料磷渣復合膠凝材料的標準稠度需水量呈現增長的趨勢，而外摻燒明礬石粉需水量反而減少；

（2）. 外摻硫鋁酸鹽熟料能急劇縮短磷渣復合膠凝材料的凝結時間，當熟料配比在25%～40%之間時，添加2%和4%的硫鋁酸鹽熟料會使復合膠凝材料出現快凝現象，同時添加2%硫鋁酸鹽熟料復合膠凝材料的凝結時間較4%的有所延長；

（3）. 熟料配比在15%到30%時，外摻燒明礬石粉可以一定程縮短膠凝材料的凝結時間；當熟料配比達到40%時，外摻燒明礬石粉對復合膠凝材料的凝結時間基本沒有影響。