磷石膏激發(fā)磷渣粉制備復合膠凝材料的研究

摘 要：本文通過研究磷渣粉取代水泥用量以及磷石膏對磷渣的激發(fā)效果的研究，對磷渣、水泥復合膠凝材料抗折抗壓強度影響的實驗。實驗結果表明：磷渣、水泥復合膠凝材料抗壓、抗折強度隨著磷渣粉的取代量增加而降低，在實驗數(shù)據(jù)總結下，得出在抗折抗壓強度滿足要求的同時，磷渣粉取代水泥的最大量為30%。并且在磷渣粉摻量相同情況下，摻入不同比例磷石膏作為激發(fā)劑，可以激發(fā)磷渣的活性明顯的提高磷渣、水泥復合膠凝材料抗壓、抗折強度，實驗得到磷石膏摻入量6%-8%時對磷渣的激發(fā)效果最佳。

關鍵詞：磷渣；磷石膏；激發(fā)劑；取代量；抗壓強度

1前言

磷渣其主要成分是 CaO 和 SiO2，含有少量的 TiO2、Fe2O3、P2O5、MgO、F、K2O 和 Na2O 等，是生產(chǎn)黃磷的時候產(chǎn)生的工業(yè)廢料，每生產(chǎn)1t的黃磷就是產(chǎn)生8-10 t的磷渣，由于黃磷的需求量大但在生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的磷渣，磷渣的隨意堆放會對環(huán)境造成嚴重的污染，以及造成土地的浪費，所以對磷渣的處理方法成為一個難點。

由于磷渣中的Al2O3含量偏低，且含有少量磷和氟，活性較低，導致水泥產(chǎn)生緩凝和早期強度較低的現(xiàn)象，本實驗就是根據(jù)前人的研究成果，利用機械磨細以及采用激發(fā)劑磷石膏來激發(fā)磷渣活性 [1] ，通過大量實驗總結得出，在不影響強度的前提下，磷渣取代水泥的最佳摻量，以及磷石膏激活磷渣的最優(yōu)摻量，推動磷渣大量的用于水泥、混凝土等工程中，從而為磷渣的發(fā)展應用與環(huán)境保護做出一定的貢獻。

2 實驗原料以及實驗方法

2.1實驗原料

水泥：市購，復合硅酸鹽水泥， P.C 42.5

磷渣粉：貴州磷發(fā)科技環(huán)保有限公司提供，其中SiO2含量為 37.49%，F(xiàn)e2O3含量為 1.67%， Al2O3含量為 3.52%， CaO 含量為 43.36%。采用研磨機研磨成粉。

磷石膏：貴州磷發(fā)科技環(huán)保有限公司提供，主要成分二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O） 。石膏激發(fā)劑的制備：磷石膏在160℃下煅燒1h。采用研磨機研磨成粉。

2.2 實驗方法以及要求。

2.2.1實驗方法。

⑴實驗前準備：原料置于25℃±5℃的干燥室內(nèi)待用。準備稱取原料的工具，檢驗攪拌機、振動臺是否正常工作。預拌設備提前用水潤濕。調(diào)試養(yǎng)護室濕度溫度。

（2）配合比確定：實驗原料在前期理論研究下根據(jù)不同要求將其分為不同的配合比例（主要是在外摻量上面體現(xiàn)）。

（3）試件的準備：根據(jù)國標要求，進行復合膠凝材料的制備。

（4）試件編號：不同外摻量的試件用不同標簽將其排號區(qū)分。

（5）試件養(yǎng)護：根據(jù)養(yǎng)護標準，對試件進行養(yǎng)護，并定期觀測養(yǎng)護是否正常。

（6）測定抗折抗壓強度：根據(jù)復合膠凝材料測定要求，測定試件28d養(yǎng)護的抗折抗壓強度。

（7）記錄并分析數(shù)據(jù)：根據(jù)實驗測定的抗折抗壓強度分析試件是否滿足要求。并且在同一試件的三個測量數(shù)據(jù)中，最大值或者最小值如果有一個與中間值之差為15%，則取中間值作為實驗結果數(shù)據(jù)，若最大值與最小值與中間值之差均超過15%，則該組試件的實驗數(shù)據(jù)視為無效數(shù)據(jù)。若最大值與最小值均沒有超出中間值的15%則取抗壓強度的平均值作為實驗數(shù)據(jù)結果，抗折強度同理計算。

2.2.2實驗要求。

⑴磷渣復合膠凝材料達到GB175-2007 對復合硅酸鹽水泥 P.C32.5 的強度要求，標準膠砂試件的28d 抗壓強度大于32.5MPa，28 d 抗折強度大于 5.5MPa。

⑵磷渣水泥試件的制備參考標準：按照規(guī)范GB 175-2007。

3.實驗結果及分析

3.1磷渣摻量對復合膠凝材料強度的影響

用比表面積為400m2/kg磷渣粉取代水泥進行28天膠砂強度試驗，膠凝材料總量450g，磷渣粉的取代率從0%～40%之間變化，水灰比0.5，試驗結果見表1。

由表1可知，磷渣摻量從20%增至40%，磷渣復合膠凝材料的抗壓強度值在減小，數(shù)值分別為40.15MPa、39.05MPa、和27.65MPa。

由于磷渣摻量為40%時，抗壓強度值27.65MPa，抗折強度為4.07MPa，不能滿足國家標準的抗折抗壓強度要求，即不能滿足32.5復合硅酸鹽水泥28d抗壓強度大于32.5MPa，28 d 抗折強度大于5.5MPa的要求，因此，本實驗中磷渣的摻量最多為30%。實驗得出磷渣處理方式可以結合到水泥工程里面，對于減少危害有一定的作用。

3.2磷石膏激發(fā)劑摻量對磷渣復合膠凝材料強度的影響

用比表面積為400m2/kg磷渣粉取代20%水泥進行28天膠砂強度試驗，磷渣膠凝材料總量450g，水灰比0.5，磷石膏激發(fā)劑的外摻，其激發(fā)劑外摻量為磷渣粉摻量的4%到10%變化，實驗結果見表2。

由表2可知，磷渣粉取代20%水泥，磷石膏激發(fā)劑摻量（外摻）從4%增至10%時，復合膠凝材料抗壓強度、抗折強度都是先提高后降低，其中磷石膏8%時，抗壓強度、抗折強度值最大，磷石膏激發(fā)劑摻量（外摻）為8%時激發(fā)效果最佳。

磷石膏激發(fā)劑摻量（外摻）為4%時的抗壓強度值為38.93MPa，小于未摻入磷石膏激發(fā)劑磷渣粉取代20%水泥的復合膠凝材料抗壓強度值40.15MPa，說明磷石膏激發(fā)劑摻量小于4%時激發(fā)效果不好。這是由于磷石膏作為激發(fā)劑的磷渣、水泥復合膠凝材料，水化后生成的水化硫鋁酸鈣Aft和C-S-H凝膠隨著改磷石膏摻量的增加而逐漸增多。但過多水化硫鋁酸鈣AFt的生成，體積膨脹，破壞原有水化骨架，導致強度降低[2] 。從而在表2的實驗數(shù)據(jù)結果中表現(xiàn)為，隨著磷石膏摻量增加，復合膠凝材料抗壓強度、抗折強度是先增加后減少。

用比表面積為400m2/kg磷渣粉取代30%水泥進行28天膠砂強度試驗，磷渣膠凝材料總量450g，水灰比0.5，磷石膏激發(fā)劑的外摻，其摻量為磷渣粉摻量的4%到10%變化，實驗結果見表3。

由表3可知，磷渣粉取代30%水泥，磷石膏激發(fā)劑摻量（外摻）從4%增至10%時，復合膠凝材料抗壓強度、抗折強度也是先提高后降低，其中磷石膏6%時，抗壓強度、抗折強度值最大，即磷石膏激發(fā)劑摻量（外摻）為6%時激發(fā)效果最佳。

4 結論

⑴ 磷渣水泥復合膠凝材料的抗壓、抗折強度隨磷渣的取代量增加而減小。

⑵ 在滿足要求的抗折抗壓強度的前提之下，磷渣取代率最優(yōu)在20%～30%之間。

⑶ 當磷渣滲入量為20%時，磷渣取代水泥的復合膠凝材料的抗折抗壓強度中，磷石膏激發(fā)劑摻量（外摻）為8%時激發(fā)效果最佳；當磷渣滲入量為30%時，磷渣取代水泥的復合膠凝材料的抗折抗壓強度中，磷石膏激發(fā)劑摻量（外摻）為6%時激發(fā)效果最佳。

（4）使磷渣資源化、無害化、綠色化利用關鍵技術在復合型膠凝材料行業(yè)領域內(nèi)形成應用示范，實驗的最初緣由便是如此，減少磷渣的危害，使磷渣有法可治，帶動上下游產(chǎn)業(yè)走綠色發(fā)展的道路。

參考文獻

[1] 柯國軍，等.化學激發(fā)磷渣活性機理研究進展[J]. 煤炭學報，2005.

[2] 劉秋美，等.改性石膏對磷渣混凝土強度激發(fā)作用的研究[J]. 中國材料科技與設備，2008（4）：22-24.