工業磷礦渣廢料在混凝土中的應用

沈乾洲 劉軍輝 樊小帥

（1.永善縣富江混凝土有限公司，云南 昭通 657300；2.銅川三立實業有限公司，陜西 銅川 727031；3.銅川天興砼科技環保建材有限公司，陜西 銅川 727000）

工業污染是現階段關注度相對較高的環境問題，在工業生產中會產生一些廢渣廢料對環境產生很大的影響，經過長期的探索和研究，人們也逐漸發現了，這些廢渣廢料通過特殊的手段也可以應用于其他地方發揮更大的效用，這樣不僅將環境污染的問題得到了解決，同時也可以更好地節省資源，無論是從降低成本的角度還是從環境保護角度來分析都有利無害。

1 磷礦渣簡介

磷礦渣是工業生產中產生的一種常見的礦渣成分，尤其是在電爐法制造黃磷生產中產生的主要廢渣成分，在提取黃磷的過程中磷渣產出的數量往往是所提取黃磷的8～10 倍。磷礦渣富含多種化學成分，其中較為突出的三種活性化學成分恰好可以和混凝土制作過程中的水泥產生反應，進而提高混凝土的綜合性能。

對于工業廢渣的研究，世界各地都有所涉獵，在國家發展過程中會出現大量的工廠，這也就造成了有大量的工業廢渣堆積，這些工業廢渣如果不能有效的應用就會占用大量的場地，同時在與自然長期接觸的過程中也會破壞環境造成污染。為了更好地解決這一問題，人們開始在工業礦渣中提取有效元素應用于其他方面，既節省了資源又保護了環境。在長期的研究過程中人們也逐漸發現磷礦渣對于混凝土的性能提高有著很大的幫助，在云南的很多工程中也有所應用，例如昭通魚洞水庫大壩的建設以及在大朝山水電站的建設過程中都使用到這一方法。

經過長期的實踐和理論研究，工作人員充分的分析了磷礦渣的物理性質，即磷礦渣的需水量、燒失量以及本身的含水量和抗壓強度詳見表1。

表1 磷礦渣的物理力學性質實驗研究

同時也對磷礦渣的化學成分做出了分析和研究，見表2。

表2 磷礦渣的化學成分分析%

由表1、表2 可以看出磷礦渣在物理性上分析，需水量相對較大，抗壓強度相對較強，而在化學成分中，SiO2的含量相對較高，在經過特定比例的調配之后磷礦渣在混凝土制作的過程中可以用作凝膠，同時隨著強度的提高也會很好地發揮出磷礦渣的作用。當磷礦渣摻雜在混凝土中攪拌之后，混凝土的強度和性能也得到了有效提升，韌性更強，可操作空間也更大，可以很好地解決在大體積混凝土施工中出現的裂縫問題。而在不同抗壓強度下也對摻雜了磷礦渣混凝土進行了溫度測試，發現摻雜了磷礦渣的混凝土相較于普通混凝土的使用壽命會有所提升，因為在磷礦渣的幫助下混凝土具備更好的抗凍能力，減少了因為混凝土外部環境溫度影響導致的裂縫問題。

在研究摻雜磷礦渣之后我們也對摻配其他的工業廢料進行了研究和調查，發現除了磷礦渣可以更好地提高混凝土的強度和韌性以及其他各方面性能以外，粉煤灰對于混凝土性能和強度的提升也有很大幫助。經過反復的研究和分析，研究人員發現如果將磷礦渣和粉煤灰同時應用于混凝土制作中可以更好地提升混凝土的質量和性能。但是不可否認的是將磷礦渣應用于混凝土中所需要的工序較為煩瑣，成本也相對較高，如果想要將磷礦渣應用于混凝土中需要綜合考慮成本。當然，隨著科學水平的不斷發展，磷礦渣在混凝土中的應用普及程度也會越來越高，所需要的成本也會越來越低。

2 工業磷礦渣在商業混凝土中的應用

磷礦渣廢料作為一種大型工業廢渣，大量企業采用埋地露天方式堆放，占用大量土地和水資源，環境污染日趨嚴重，這些問題也逐漸引起了相關人員的關注，尤其是磷礦渣廢料中化學性質較為明顯，更容易引起很多企業工程技術管理工作者的廣泛重視，磷礦渣資源綜合利用勢在必行。磷礦渣在混凝土中的有效利用可以讓混凝土熱回流峰值明顯減小，后期施工強度明顯增加，混凝土極限強度拉伸熱峰值明顯增大，有效減少這種類型混凝土不同溫度下的裂縫，同時讓混凝土層的耐久性得到進一步提升；它還可利于充分利用各種外加劑的特殊結合性能也可延長類型混凝土初、終凝固的時間，降低大中小體積類型混凝土工程施工層間強度，有利于新老類型混凝土施工層間緊密結合。

2.1 用于改善鋼筋混凝土的微結構

主要目的是通過技術改善粉體混凝土細微空隙顆粒的粒度級數分配，即通過改善水泥粉體水化材料在多層混凝土結構中的粒度均勻分布，產生密實性的堆積效和填充復合效應，使粉體混凝土的堆積孔徑微結構顯著優化，大中小孔堆積數量顯著減少，小孔堆積數量顯著增加，平均堆積孔徑顯著降低，分布更為合理，微小空隙損失率顯著降低，特別主要是由于水泥土和水化材料產物之間的微小空隙，微結構更為密實。

2.2 盡量降低混凝土的含水量

水泥的不吸水性決定了在使用時僅僅只是需要一部分或小部分的用水，混凝土工程中的大部分優質水都是為了充分滿足本身的工作性而直接引入的。我們通常稱之為游離態有害水分。在建筑混凝土主體施工和建筑硬化中僅僅只要有一小部分游離態水分會通過建筑空氣污水蒸發和建筑模板污水滲出，但是大部分游離態有害的污水可能會在建筑混凝土施工硬化后還會形成較大的排水空隙，從而給建筑混凝土主體結構基層造成了永久的環境傷害。將磷礦渣融入混凝土攪拌中可以有效提高混凝土的抗滲性，當鋼筋混凝土的進氣孔空隙結構得到優化、空隙含水率顯著降低時，其游離態有害氣體水的實際含量也可以有相應顯著降低。

2.3 利用磷礦渣廢料做原料摻入量的具體確定方法

應滿足以下兩點：①滿足各類建筑工程和各種建筑施工工藝的具體要求；②滿足基層混凝土的性能和強度要求。根據以上兩點，相關工作人員可以結合水泥的原料品種、標號、強度和不同大氣變化溫度及磷礦渣的質量情況和化學元素的活性特征確定其最佳摻入量。

2.4 不斷提高鋼筋混凝土的防水抗凍性

鋼筋混凝土的整體膠水冷凝量與材料的使用量、水膠配重比、引氣流動性能等因素是一個影響鋼筋混凝土整體抗凍性的主要影響因素，相關研究人員在不斷的研究和探索過程中發現，摻入少量磷礦或石渣粉的鋼筋混凝土，其整體抗凍性明顯地要高于普通鋼筋混凝土，當混凝土摻進磷礦渣和粉煤灰與只摻雜粉煤灰相比抗壓強度、極限拉伸值都有所提升，而混凝土本身產生的變形相對較小，抗滲等級和抗凍等級也可以得到有效的保證。

2.5 不斷提高鋼筋混凝土的荷載能力以及抗裂性能

混凝土在凝結的過程中極其容易受到外界因素的影響產生形變，進而出現裂縫。而主要的影響因素一方面是混凝土表面所承受的壓力導致混凝土出現變形，另外一方面致使混凝土出現形變的原因是混凝土在冷凝定型的過程中極其容易受到外界環境溫度的影響造成混凝土內部結構和外部結構出現較大溫差造成混凝土冷卻過程中表面出現裂縫，而摻入大量磷礦石殘渣的混凝土，會使其產生一定的抗裂能力。在部分鋼筋和冷凝骨料的應力約束下，可能會產生一定的鋼筋預壓拉伸應力，以有效抵消部分混凝土在鋼筋硬化冷凝過程中所產生的拉伸壓應力，減少和有效避免部分混凝土發生裂縫的可能產生。

綜上所述，磷礦石廢渣在鋼筋混凝土施工中的廣泛應用對促進混凝土的可持續性健康發展，提高利用混凝土內部結構物的耐久性等都有著非常重要的指導意義。

3 結束語

工業廢料的有效應用無論是從經濟角度還是從環境角度來分析都需要大力的提倡和發揚，自然資源看起來十分豐富，但是平均下來每個人所占的資源卻十分有限，而隨著經濟飛速發展越來越多的高樓建筑交通道路被建造出來，人們對于建筑和道路的需求不減反增，在這樣的情況下對于混凝土的需求也就越來越大，想要更好滿足建筑的需求就需要不斷改進混凝土的性能，摻入磷礦渣可滿足混凝土提高性能需要，在節省資源的同時提高了混凝土本身的性能。為綜合利用磷礦渣提供了有效途徑。

收稿日期：2020-12-27