磷渣在特種混凝土中的研究

梅飛 張雙艷 徐杰

摘要：粉煤灰、礦渣、硅灰等礦物摻合料有效地改善混凝土工作性、力學性能與耐久性，因此被廣泛應用。本文主要介紹磷渣粉在混凝土中的應用。

關鍵詞：磷渣粉;粉煤灰;摻合料;混凝土

前言

磷礦渣是生產磷肥時產生的工業廢渣，磷礦渣粉具有較高的后期活性，在混凝土中摻用可以改善混凝土的性能。用磷礦渣粉在水利工程中作為混凝土摻和料，已在很多水庫大壩工程中應用并積累了一定經驗并取得較好的技術經濟效果。研究磷渣磨細至一定細度的粉體，作為一種礦物摻合料制備機制砂混凝土，不但有利于緩解目前某些地區自然資源缺乏問題，且可以將磷渣變廢為寶，有效保護了環境。

1磷渣的化學成分與礦物組成

磷渣的化學成分與粒化高爐礦渣相近，不同之處是磷渣中二氧化硅和氧化鈣的含量較高，磷渣的潛在礦物相主要為假硅灰石和硅鈣石等，氟在磷渣中與硅鈣石形成固溶體槍晶石;其它次要礦物又分為以下幾種情況：主鈣磷渣可能含有硅酸二鈣;鋁磷渣可能含有黃長石或鈣長石;高磷磷渣含有較多的氟磷灰石。此外，磷渣中還含有少量結晶相，如石英、假灰石、方解石等。不是產地磷渣的化學組成不完全相同，其取決于電爐法制取黃磷時所用的磷礦石、硅石、焦碳等的組成與匹配有關。

2磷渣的活性與影響因素

2.1化學成分的影響

磷渣活性與其化學成分有直接關系。根據玻璃體網絡結構理論，硅、磷是網絡的形成體，且P205含量越高，則玻璃體的聚合度也越高。網絡結構相對較穩低，磷渣活性較低。鈣、鎂、鋁是網絡的改變體和調整體，其含量增加可以提高磷渣的活性。其中磷渣中氧化鋁一般以鋁酸鈣形式存在，在極性OH-作用下，鋁氧四面體和鋁氧八面體先于硅氧四面體被溶解分散，表現出早期活性。磷渣中MgO分布于玻璃體結構空穴中，形成不均勻物相，使玻璃體微晶相無序化排列，有利于磷渣活性發揮。

2.2玻璃體含量的影響

除化學成分外，磷渣的活性與玻璃體的數量與結構緊密相關磷渣玻璃體含量通常在85%以上在化學成分相近時，磷渣玻璃體數量與結構很大程度上取決于磷渣水淬程度。研究表明，磷渣玻璃體的硅氧四面體結構單元中，橋氧離子通過Si-O鍵在頂端結合成空間網絡，而鈣離子、鎂離子等金屬離子則嵌布于網絡空隙中，在熔融狀況下的硅氧鍵產生很多斷點，也就是產生了很多具有自由頂點的末端四面體，在急冷處理會使上述熔融結構被凍結下來，使粒化磷渣具有相當數量的不穩定末端四面體，具有很高的化學活性。

3磷礦渣粉對混凝土的影響

3.1磷礦渣粉和粉煤灰混摻對混凝土拌和物凝結時間和泌水率的影響

當磷礦渣粉和粉煤灰采用不同比例混摻時，碾壓混凝土的初凝時間較單摻粉煤灰略有縮短，但對終凝時間無明顯影響;在常態混凝土中，對凝結時問沒有明顯影響，但其泌水率隨著磷礦渣粉摻量的增加而逐漸減少。

3.2磷礦渣粉與粉煤灰混摻對混凝土力學、變形、抗滲、耐久等性能的影響

3.2.1對混凝土強度的影響

隨著磷礦渣粉比側的增加，碾壓混凝土28d和90d的抗壓強度均有所提高，但提高幅度不大;在常態混凝土中，隨著磷礦渣粉比例的增加，抗壓強度也有增加的趨勢，但由于摻量較小其增加趨勢較碾壓混凝土小。對于碾壓混凝土和常態混凝土，有磷礦渣粉與粉煤灰混摻的混凝土軸心抗拉強度均較單摻粉煤灰略離。

3.2.2對混凝土不同齡期變形性能和耐久性能的影響

磷礦渡粉與粉煤灰混摻后對混凝土變形和耐久性的試驗表明，混摻碾壓混凝土和常態混凝土28d和90d的極限拉伸值比單摻粉煤灰混凝土都增加了10%左右，而彈性模量均較單摻粉煤灰要大10%左右。

3.2.3對混凝土抗滲性能和抗凍性能的影響

磷礦渣粉和粉煤灰混摻混凝土28d和90d的抗滲性能和抗凍性能相近，抗凍性能比單摻粉煤灰有改善。

3.3磷礦渣粉和粉煤灰混摻對混凝土干縮的影響

為了比較混摻摻合料對混凝土干縮性能的影響，試驗選用了單摻粉煤灰、粉煤灰和磷礦渣粉各50%混摻及單摻磷礦渣粉3種試驗方案，分別進行碾壓混凝土和常態混凝土的干縮試驗，從7d和28d的干縮試驗成果看出：在常態混凝土和碾壓混凝土中，單摻粉煤灰的混凝土干縮值攝大;采用粉煤灰和磷礦渣粉各50%混摻時，混凝±干縮有所減少;當全部用磷礦渣粉替代粉煤灰后，混凝土的干縮值最小;常態混凝土比碾壓混凝土干縮值要大。

4磷渣粉在混凝土中應用

磷渣粉在混凝土中應用的研究，國內外早在20世紀80年代就已開始磷渣用作混凝土摻合料，不但可大幅度降低混凝土水化熱和絕熱溫升，提高混凝土極限拉伸值，同時其抗海水和硫酸鹽侵蝕能力優良，混凝土抗滲性能，抑制堿骨料反應能力強，適于大體積混凝土工程應用。磷渣粉與粉煤灰、礦渣微粉一樣用作礦物細摻料對混凝土拌合物有一定減水作用，能顯著改善混凝土及水泥石孔結構，降低水泥石中Ca（OH）含量。

近年研究表明，磷渣粉配制的高性能混凝土具有良好工作性能和優異耐久性能，用30%磷渣超細粉代替普通水泥制備混凝土的力學性能有明顯提高，且抗凍性、抗滲性、耐磨性、抗碳化性和抗收縮性能均有不同程度改善，混凝土耐久性能有所提高。同時，磷渣粉比表面積由350m2/kg增至500m2/kg時，混凝土抗氯離子滲透能力和抗碳化能力明顯增強。此外，隨著磷渣粉在混凝土中摻量增大，混凝土抗凍性逐漸增強當混凝土中磷渣摻量為40%時，混凝土50次凍融循環的相對動彈性模量超出基準混凝土149%，100-300次凍融循環的相對動彈性模量均超出基準混凝土。

5結語

磷渣在水泥和混凝土的應用有許多優勢，但其利用率卻遠不及粉煤灰和礦渣，主要原因是由于磷渣水泥凝結時問過于緩慢，早期強度偏低等，因此如何在實際生產中有效消除P205等有害成分的影響，仍需進行大量研究工作。隨著我國經濟的高速發展，資料與環境日益成為社會經濟發展的瓶頸。提高廢棄物再循環利用率，減少環境污染以及天然資源、能源的消耗，最大限度地消納工業廢棄物，實現與環境和諧發展，已成為世界各國混凝土制造的發展要求。