磷礦渣粉煤灰雙摻混凝土配合比試驗研究

劉尚菊

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

隨著中國經濟的持續快速增長，水利水電工程規模也不斷擴大，混凝土用量逐年增加，其重要組成部分-粉煤灰的消耗也以驚人的速度增長。構皮灘水電站位于我國西南地區，而地處西南地區的貴州省磷礦石資源豐富，用磷礦石的棄渣磨細作為混凝土的摻合料，替代粉煤灰是解決粉煤灰短缺的唯一重要研究方向。試驗結果表明：摻磷礦渣粉的混凝土具有和易性好、早期水化熱低、后期強度高、極限拉伸值較大、耐久性能好等優點。在水工混凝土推廣應用磷礦渣粉，一方面可取代粉煤灰、降低材料成本，一方面可減輕磷礦渣粉作為廢料堆積而引起的環境污染，具有很高的社會經濟價值。

1 原材料

1.1 水 泥

試驗用水泥為貴州江電葛洲壩水泥有限責任公司生產的中熱硅酸鹽P· MH42.5水泥，以下簡稱P·MH42.5水泥，不同磷礦渣粉摻量時對水泥水化熱性能影響見表1。

水化熱試驗結果表明：膠材水化熱隨試驗齡期的增長而增加；在同齡期情況下，膠材水化熱隨磷礦渣粉摻量的增加而顯著降低。

表1 不同磷礦渣粉摻量時對水泥水化熱性能影響

1.2 粉煤灰及磷礦渣粉

磷礦渣粉和粉煤灰聯合摻用做為混凝土摻合料，也是西部水電大開發值得研究的一個課題，試驗用粉煤灰為貴州凱里電廠準Ⅰ級粉煤灰、貴州甕安甕福黃磷有限責任公司生產的磷礦渣粉，磷礦渣粉物理品質檢驗成果分別見表2。

表2 磷礦渣粉物理品質試驗成果表

結果表明：兩種摻合料品質較好，檢測各項性能指標均滿足相應的標準要求。凱里電廠粉煤灰除需水比滿足DL/T5055-2007《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》Ⅱ級灰標準外，其它各項檢測指標均達Ⅰ級灰標準。磷礦渣粉密度大于粉煤灰，兩種摻合料的細度、需水比基本相當。

化學成份檢驗結果見表3，不同磷礦渣粉水泥膠砂強度比見表4。

表1～表4的檢測結果表明：磷礦渣粉的摻量在15.0%～30.0%時，28d的抗壓、抗折膠砂強度比基本接近。

表3 磷礦渣粉化學成分分析 %

表4 不同摻量的磷礦渣粉膠砂強度比

1.3 砂石骨料

采用構皮灘爛泥溝碎石場人工生產的砂、碎石骨料。

1.4 外加劑

采用江蘇博特新材料有限公司生產的JM-Ⅱ高效減水劑，上海麥斯特有限公司生產的Micro202引氣劑，凱里粉煤灰與磷礦渣粉的摻合比例為1∶1進行外加劑與水泥、摻合料的適應性試驗。試驗成果列于表5。

表5 外加劑適應性試驗成果

試驗結果表明外加劑與水泥不同摻量的摻合料相容性良好，未出現快凝、假凝、泌水大等不良現象，安定性合格；但凝結時間有較多的延長，這是由于磷礦渣粉含有P2O5，對凈漿凝結時間有一定影響，減水劑的摻入對凈漿也有緩凝作用。

2 混凝土拌和物性能

2.1 摻合料不同摻配比例對混凝土性能影響

作為混凝土摻合料，磷礦渣粉與粉煤灰由于其化學成份和顆粒形態不同，使其在混凝土中的活性效應及凝結硬化過程、微觀結構有一定的差別，因此，作為復摻使用，其摻配比例對混凝土性能的影響需引起關注，本次試驗采用三級配，坍落度按（4.0～6.0）cm控制，含氣量按4.0%～5.5%控制，固定摻合料總摻量，改變磷礦渣粉和粉煤灰的摻配比例，進行混凝土拌和物性能、強度等試驗，試驗結果見表6。

從試驗結果來看：在水膠比相同情況下，隨磷礦渣粉含量的增加混凝土強度有增加的趨勢，且復合摻合料不同摻配比例對混凝土拌合物塌落度、含氣量無顯著影響。

表6 摻合料不同摻配比例混凝土性能試驗結果表

2.2 混凝土凝結時間試驗

磷礦渣粉的摻入使水泥的凝結時間延長，緩凝高效減水劑的加入使磷礦渣粉混凝土具有更長的凝結時間。為滿足施工要求，試驗采用江蘇博特新材料有限公司為摻磷礦渣粉混凝土特點改進生產的JM-Ⅱ高效減水劑，粗骨料級配為50∶30∶20，磷礦渣粉與粉煤灰總摻量30%（摻合比例1∶1）；試驗溫度：（21～25）℃，混凝土初凝時間在8h40min至9h12min之間，終凝時間在12h25min至13h之間。試驗結果表明：減水劑在0.6%摻量下，改進型JM-Ⅱ高效減水劑拌制的混凝土凝結時間能滿足澆筑要求，但如果施工溫度高于25℃，應督促廠家適當延長凝結時間。

2.3 混凝土拌和物停放時間與坍落度、含氣量損失關系

為了解磷礦渣粉混凝土保塑性及含氣量隨時間延長的損失情況，便于拌和現場混凝土機口控制，并確保入倉混凝土具有合適的工作度和滿足設計要求的耐久性。試驗采用三級配水膠比0.50混凝土，粉煤灰與磷礦渣粉總摻量30%（摻合比例為1∶1），JM-Ⅱ高效減水劑摻0.6%、Micro202引氣劑摻1.0/萬，混凝土坍落度控制在（5.0～7.0）cm，含氣量控制3.0%～5.0%進行試驗，試驗結果表明：30min、60min、90 min混凝土坍落度損失率分別為19.2%、34.2%、58.9%，30min、60min、90min混凝土含氣量損失率分別為32.0%、46.0%、64.0%，均能滿足現場施工要求。

3 混凝土水灰比與強度的關系

在試驗中，采用6∶4的二級配，粉煤灰與磷礦渣粉比例為1∶1，摻合料總摻量30%，混凝土陷度控制在（4.0～6.0）cm，含氣量控制在3.0%～5.0%，水膠比與混凝土強度關系試驗結果見表7、表8。

表7 水膠比與混凝土強度關系試驗成果表

表8 水灰比與強度回歸曲線表

試驗研究結果表明：膠水比與抗壓強度有良好的線性關系。

4 混凝土力學性能試驗

根據配合比參數選擇試驗成果，針對各設計強度等級擬選擇的混凝土配合比進行全面性能試驗。試驗研究成果列于表9、表10。

由表9、表10試驗研究結果表明，所選擇的配合比其混凝土性能均可滿足設計要求。在水膠比、總摻合料相同的情況下，混凝土強度隨單摻磷礦渣粉含量增加而增加，摻磷礦渣粉比復摻粉煤灰和磷礦渣粉28d強度可提高16%左右，90d強度可提高15%左右，由此表明磷礦渣粉的活性，不管是早期還是后期均高于粉煤灰。20%磷礦渣粉摻量情況下，28d極限拉伸1.01×10-4，90d極限拉伸值達1.23× 10-4。

表9 混凝土性能試驗成果表一

表10 混凝土性能試驗成果表二

5 混凝土耐久性能

5.1 混凝土抗凍性能試驗

粉煤灰與磷礦渣粉各摻15%時，水灰比在0.45～ 0.50情況下，混凝土抗凍試驗結果均遠大于F200的設計要求，混凝土抗凍試驗結果見表10。

5.2 混凝土干縮性能試驗

為探索摻入磷礦渣粉對混凝土干縮變形的影響，本次試驗選取0.5水膠比測試不同摻合料及其比例的干縮率，試驗結果列于表11。從表中可看出：粉煤灰、磷礦渣粉雙摻與單摻磷礦渣粉在0.50的水膠比，其干縮變形量基本相當；單摻30%的粉煤灰與單摻30%磷礦渣粉干縮率接近，由此表明：磷礦渣粉的摻入相比單摻粉煤灰不會增加混凝土干縮。

表11 混凝土干縮性能試驗成果表

6 結 語

相同齡期情況下，磷礦渣粉膠凝材水化熱隨磷礦渣粉摻量的增加而減少，隨磷礦渣粉摻量的提高，磷礦渣粉膠凝材水化熱值顯著降低。

磷礦渣粉由于含有P2O5，對混凝土凝結時間有一定影響，本次試驗復摻磷礦渣粉和粉煤灰的同時，摻江蘇博特新材料有限公司生產的JM-Ⅱ高效減水劑，混凝土初凝時間在（8～9）h之間，終凝時間在12 h左右，滿足施工要求，混凝土和易性良好。

在水膠比、總摻合料相同的情況下，混凝土強度隨單摻磷礦渣粉含量增加而增加，摻磷礦渣粉比復摻粉煤灰和磷礦渣粉28d強度可提高16.0%左右，90d強度可提高15.0%左右，由此表明磷礦渣粉的活性，不管是早期還是后期均高于粉煤灰。28d極限拉伸1.01×10-4，90d極限拉伸值達1.23×10-4。

粉煤灰與磷礦渣粉在1∶1的摻量時，水灰比在0.45～0.50情況下，混凝土抗凍試驗結果均遠大于F200的設計要求；粉煤灰、磷礦渣粉雙摻與單摻磷礦渣粉在0.50的水膠比，其干縮變形量基本相當；單摻30.0%的粉煤灰與單摻30.0%磷礦渣粉干縮率接近，由此表明：磷礦渣粉的摻入相比單摻粉煤灰不會增加混凝土干縮。

1 宋軍偉，方坤河.復摻磷渣、粉煤灰及硅灰的砂漿配合比優化研究[J].混凝土，2006（4）.