淺談磷石膏對水泥性能的影響

劉驥 唐小春 韋顯文 韋宏常

【摘 要】文章對磷石膏不同摻量、不同pH值及不同緩凝溫度對水泥凝結時間、強度等性能指標的影響進行了探索。磷石膏作為水泥緩凝劑，相比天然石膏，能延長水泥凝結時間，但是pH值應大于7，否則會嚴重影響水泥的前期強度，并使水泥凝結時間過長;并且，可以根據不同的季節和環境溫度靈活調整磷石膏的使用比例，以適應實際施工情況。

【關鍵詞】磷石膏;pH值;水泥性能

【中圖分類號】TQ177.62 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）09-0082-02

磷石膏是指在磷酸生產中用硫酸處理磷礦時產生的固體副產物，每生產1 t磷酸會產生4.0～5.0 t磷石膏，其主要成分為二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O），此外含有少量未反應的磷礦、磷酸、氟化物、有機物及鉀、鈉等成分。據不完全統計，全球磷石膏累積排放量約56億t，每年新增1.1億～1.5億t。我國磷石膏年產生量約7 500萬t，累計排量近6億t，是副產石膏中排量最大的一種。近年來，建材行業的快速發展及石膏在建筑材料行業的廣泛應用，使天然石膏資源越來越緊俏。此外，電廠的脫硫石膏也被廣泛加工成石膏制品，導致傳統水泥調凝劑的天然石膏和工業脫硫石膏價格不斷上漲，給水泥企業的石膏供應及生產成本控制帶來很大困難。廣西鹿寨等地已排放的上百萬噸磷石膏長期露天堆放，對地下水資源造成污染。因此，廣西魚峰水泥股份有限公司加大對磷石膏工業化試驗研究開發及應用力度，使磷石膏完全或部分替代原有的天然石膏和脫硫石膏，既變廢為寶為企業降本增效，又消納固體廢物保護環境。

1 磷石膏不同摻量對水泥性能的影響

為探索磷石膏對水泥凝結時間及強度等的影響，分別按照P.O42.5水泥及M32.5水泥的配比進行小磨試驗，在相同SO3和比表面積的前提下，石膏按3種配比摻入（單用天然石膏，天然石膏：磷石膏=1∶1，單用磷石膏），本次小磨試驗采用的磷石膏pH值為7.6，試驗結果見表1。

從表1可以看出，無論是P.O42.5水泥還是M32.5水泥，磷石膏在不同摻量下，水泥的標準稠度需水量、3d抗壓強度幾乎沒有改變，反而28 d抗壓強度略有提升;水泥的凝結時間隨磷石膏的摻入明顯延長，而且規律明顯。這說明磷石膏替代天然石膏作為水泥緩凝劑不影響水泥強度、安定性及標準稠度需水量，并達到更明顯的水泥凝結時間延長效果。

2 磷石膏pH值對水泥性能的影響

相關研究表明，由于磷石膏本身含有不同量的可溶性磷、氟、硫酸等雜質，導致磷石膏在酸堿性上呈酸性。磷石膏pH值與可溶性磷含量之間的關系，當pH值保持在3～5時，可溶性磷含量變化很少，當pH值超過5時，可溶性磷含量開始顯著下降，當pH值大于或等于7時，可溶性磷含量為零。為探索磷石膏pH值對水泥性能的影響，通過不同pH值的磷石膏以P.O42.5水泥的物料配比進行小磨試驗，試驗結果見表2。

從表2可以看出，磷石膏pH值低于7，有一定可溶性磷的存在，被摻加到水泥中作為調凝劑使用時，會大幅延長水泥的初凝和終凝時間，使水泥的早期強度明顯降低，但對水泥的28 d強度沒有造成負面影響。所以，如果使用磷石膏作為水泥緩凝劑，就需要先對磷石膏的可溶性磷含量進行有效控制，只有磷石膏自身的物理屬性能夠達到工作標準，才能夠很好地發揮控制作用。對于磷石膏的pH值要求應不得低于7，只有達到這一條件，磷石膏才能作為水泥緩凝劑正常使用。

3 不同環境溫度下磷石膏對凝結時間的影響

上述試驗的凝結時間的測定都是在實驗室標準溫度下進行的，并不能代表實際使用過程中的狀況，為了更好地了解磷石膏作為緩凝劑在不同季節、不同環境溫度下的凝結時間，并與天然石膏進行對比，我們將pH值為7.6的磷石膏以P.O42.5水泥的物料配比進行小磨試驗，并通過空調、冰箱等方式控制溫度，在不同溫度下養護，測定凝結時間，試驗結果見表3。

從表3可知，天然石膏作為緩凝劑時隨著養護溫度的變化，凝結時間的變化比較有規律，然而磷石膏因其成分復雜，磷石膏在不同環境溫度下凝結時間變化較大，在5 ℃和10 ℃時，磷石膏作為緩凝劑的水泥的凝結時間明顯延長，超過20 ℃對凝結時間的影響也比較有規律。若在低溫下使用磷石膏作為緩凝劑的水泥施工，將嚴重影響施工進度并可能引起質量事故。通過試驗總結經驗，不同季節、不同環境溫度下靈活調整磷石膏的使用配比，夏季通過增加磷石膏的使用配比甚至單用磷石膏延長水泥的凝結時間，冬季則要降低磷石膏的使用配比甚至不用，保證水泥質量。

4 結語

（1）磷石膏作為水泥緩凝劑，相比天然石膏，具有更明顯的水泥凝結時間延長效果，但是需要對磷石膏進行改性處理，使其pH值大于7，否則會造成水泥凝結時間過長，并且使水泥3 d抗壓強度明顯降低。

（2）根據不同季節和環境溫度調整磷石膏的使用配比，比如夏季通過增加磷石膏的使用配比甚至單用磷石膏延長水泥的凝結時間，從而減少水泥夏季凝結速度較快的問題，提高客戶滿意度，然而冬季則要降低磷石膏的使用配比甚至不用，避免水泥凝結時間過長影響施工進度和質量。

（3）磷石膏替代天然石膏作為水泥的緩凝劑使用，既可變廢為寶為企業降本增效，又可消納固體廢物保護環境，獲得社會效益和經濟效益的雙贏。

參 考 文 獻

[1]葉學東.2016年我國磷石膏利用現狀、存在問題及建議[J].磷肥與復肥，2017，32（7）：1-3.

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[3]龔曉強，劉杰勝，徐晶云，等.石灰改性磷石膏對水泥砂漿性能影響的研究[J].武漢輕工大學學報，2019（1）：51-55，72.