磷渣摻合料對混凝土抗壓強度的影響研究

摘 要:通過室內試驗，對比研究了磷渣摻量和細度對混凝土抗壓強度的影響，并對其機理進行分析。試驗結果表明，磷渣的摻入降低了混凝土的早期強度，且摻量越大，降低的幅度也越大;當摻量控制在50%以內時，磷渣混凝土的后期強度超過了基準樣;隨著磷渣比表面積的增加，試件的強度提高，且越到后齡期提高的幅度越明顯。

關鍵詞:磷渣摻合料混凝土抗壓強度

中圖分類號:TU528.041文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0031-01

1 引言

磷渣，又稱磷礦渣，是電爐法生產黃磷的一種副產物，主要成分為硅酸鈣。磷渣作為摻合料在水泥混凝土中的應用，一方面可以優化混凝土的某些性能，例如降低水化熱、減小收縮等，另一方面也可以解決作為廢渣的堆放處置以及由此引起的環境問題。同時，磷渣價格低，替代部分水泥后降低了成本。因此，深入研究磷渣對水泥混凝土性能的影響，是具有技術、經濟和社會意義的[1、2]。

我國最早在20世紀80年代末開始進行磷渣作為混凝土摻合料的試驗研究。已有研究和實踐表明[3]，除可以降低混凝土水化熱和減少收縮外，磷渣的摻入還可以提高混凝土的極限拉伸值和抗滲性能，并且在一定程度上可以改善混凝土的耐久性。關于磷渣對混凝土抗壓強度的研究較多，但對早期和后期強度的影響說法不一[4～6]。本文通過大量室內試驗，從摻量和細度兩個角度考察磷渣對混凝土抗壓強度的影響。

2 原材料與試驗方法

2.1 原材料

水泥:重慶拉法基普通硅酸鹽水泥，比表面積360m2/kg，密度3.15g/cm3。化學成分見表1。磷渣:寧夏某廠排放的磷渣，密度為2.79g/cm3，質量系數1.29，活性系數0.10。化學成分見表1。粗骨料:石灰石碎石，5～20連續級配。細骨料:簡陽中砂，比表面積模數為2.6，表觀密度為2710kg/m3，松散密度為1350kg/m3。減水劑:FDN高效萘系減水劑，減水率20%±2%。

2.2 試驗方法

參考《普通混凝土力學性能試驗方法》GB/T50081規定進行。

2.3 配合比設計方案

對比研究在相同水膠比條件下，不同摻量和比表面積的磷渣對混凝土力學性能的影響。控制水膠比為0.4，通過摻加適量的高效減水劑調節混凝土拌合物的和易性，減少由于和易性不好導致試件成型過程中缺陷的存在對試驗結果的影響程度。

3 實驗結果與分析

試件成型一天后拆模，置于標準養護室養護至規定齡期后取出測試。

3.1 磷渣摻量對混凝土抗壓強度的影響

基準樣及不同磷渣摻量的混凝土試件各齡期抗壓強度見圖1。結果顯示，磷渣的摻入降低了混凝土的早期強度，且隨著磷渣摻量的增加，試件早期強度的下降幅度增大。與基準樣相比，磷渣摻量為30%的試件(編號L30)3d、7d強度分別降低了48.6%和24.7%;磷渣摻量為50%的試件(編號L50)3d、7d強度分別降低了79.4%、48.2%。這主要是因為磷渣部分取代水泥后，水泥熟料的含量減少，使得早期水化進程變緩。另外，磷渣具有潛在水硬性，需要與水泥水化產生的氫氧化鈣發生二次水化才能激發，這也決定了磷渣水化速度慢于水泥，從而使得整個體系的凝結硬化延緩，強度發展變慢，早期強度降低。

就后期強度而言，當磷渣摻量在50%以內時，隨著摻量的增加，各齡期試件的抗壓強度逐漸降低，但后期強度均超過了基準樣。當摻量達到60%時，90d強度仍低于基準樣。特別地，磷渣摻量從20%增加到50%，試件90d齡期的抗壓強度比基準樣依次提高了16.7%、13.5%、11.2%和4.8%;而60%磷渣摻量的試件(編號L60)的90d抗壓強度比基準樣降低了10.8%。這可能是因為磷渣摻量越大，完全發揮活性所需的時間就越長。

總的來說，當齡期超過28d后，磷渣混凝土的強度逐漸超過基準樣。磷渣混凝土的強度發展曲線的斜率大于基準混凝土，表明前者的強度發展速度較快。

3.2 磷渣比表面積對混凝土抗壓強度的影響

圖1(a)和圖2(b)分別是磷渣摻量為30%和50%時，不同比表面積的磷渣對混凝土各齡期抗壓強度的影響示意圖。

由圖1可知，隨著磷渣比表面積的增大，混凝土各齡期的抗壓強度也增大，且越到后齡期，增加的幅度越大。當磷渣摻量為30%時，與比表面積為346m2/kg的混凝土試件(編號LF31)相比，比表面積為530m2/kg的試件(編號LF33)的60d、90d強度分別增加了15.1%和17.1%。而早齡期的變化相對不明顯。

增加磷渣摻量到50%時，磷渣比表面積對混凝土抗壓強度的影響規律類似，比表面積越大，各齡期試件的強度也越高;且早期影響程度較小，隨著齡期增加，影響的程度也加大。引起上述現象的原因可能有以下幾個方面:一是比表面積越大，磷渣的微集料效應越明顯，可以更好地填充混凝土的孔隙，減少有害孔，優化孔結構，提高密實性;二是在一定范圍內，比表面積越大，試件的水化速度越快，水化產物增加，從而提高強度。

4 結語

通過試驗研究，可得出如下結論:

(1)磷渣的摻入降低了水泥混凝土的早期強度，且摻量越大，降低的幅度也越大;

(2)磷渣摻量越大，試件在各齡期的抗壓強度越小。但在50%摻量范圍內時，摻磷渣的混凝土試件后期強度均超過了基準混凝土。

(3)在試驗摻量范圍內，隨著磷渣細度的增加，混凝土試件的各齡期抗壓強度均增大，且齡期越長，增加的幅度越明顯。這主要與磷渣的微集料效應和活性效應相關。

參考文獻

[1]楊忠旗，楊德斌.磷渣在混凝土中的應用研究[J]，山西建筑，2007.

[2]胡鵬剛，徐德龍，宋強，等.磷渣摻合料對水泥混凝土性能的影響及機理探討[J]，混凝土，2007.