復合激發劑在磷渣粉干混砂漿中的應用研究★

劉秀偉 楊 林 秦賢順

(1.貴州理工學院，貴州 貴陽 550000； 2.貴州大學，貴州 貴陽 550000； 3.貴州建工混凝土有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

·建筑材料及應用·

復合激發劑在磷渣粉干混砂漿中的應用研究★

劉秀偉1楊 林2秦賢順3

(1.貴州理工學院，貴州 貴陽 550000； 2.貴州大學，貴州 貴陽 550000； 3.貴州建工混凝土有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

針對磷渣粉高摻量用于水泥干混砂漿時強度低，凝結時間長等缺點，通過采用多種激發劑硫酸鈉、消石灰粉、電石渣、磷石膏、脫硫石膏等來激發其活性，并對激發劑的種類和摻量的作用效果進行了研究，確定出最佳配比，達到在干混砂漿中降低水泥用量，提高磷渣資源化利用率的目的。

激發劑，磷渣粉，干混砂漿

隨著經濟建設的加快，各種工程建設所需粉煤灰、礦渣粉等礦物摻合料已面臨緊缺的問題，同時大量磷酸、磷肥生產伴隨產生的磷礦渣越來越多，已造成嚴重環境污染，對此，我們用磷渣粉作為摻合料大摻量取代水泥摻入干混砂漿，但由于磷渣粉摻量高時有強度低，凝結時間長等缺點[1-4]，因此本文通過采用多種激發劑硫酸鈉、消石灰粉、電石渣、磷石膏、脫硫石膏等來激發其活性，對激發劑的種類和摻量進行了研究，確定出最佳配比，達到在干混砂漿中降低水泥用量，提高磷渣資源化利用率的目的。

1 原材料

水泥：本試驗用的水泥為P.O32.5普通水泥，化學成分見表1，物理性能見表2。磷渣粉：取自貴陽國華天成磷業有限公司生產，灰白色粉末，密度2.65 g/cm3，比表面積為400 m2/kg，化學成分見表3。粉煤灰：取自貴陽發電廠，Ⅱ級粉煤灰，基本性能符合Ⅱ級粉煤灰標準規定。復合外加劑：自配。砂：外購，細度模數2.4，粒徑小于2.5 mm，中砂，級配為Ⅱ區，含水率小于0.5%，含泥量小于3.0%。

表1 水泥化學成分 %

表2 水泥物理性能

表3 磷渣粉化學成分 %

2 實驗方法

本試驗砂漿配合比參照JGJ 98-2000砌筑砂漿配合比設計規程執行，本試驗方法主要以JGJ/T 70-2009建筑砂漿基本性能試驗方法標準、GB/T 17671-1999水泥膠砂強度檢測方法和GB/T 25181-2010預拌砂漿標準為依據。

3 實驗結果與分析

激發劑種類及摻量對砂漿性能的影響。綜合考慮磷渣粉的摻量對干混砂漿的和易性、強度和凝結時間的影響，磷渣粉按70%等量取代水泥摻入砂漿，激發劑分別選用硫酸鈉、消石灰粉、電石渣、磷石膏、脫硫石膏[5，6]，其摻量分別按外摻膠凝材料質量百分數計，外摻1%的高效減水劑，實驗結果見表4。

表4 不同種類和摻量激發劑砂漿的性能

從表4可得出如下結果：

1)摻入電石渣、消石灰粉作激發劑時，因需水量增大，水灰比增加，隨摻量增大，強度降低越多，因此最佳摻量為5%。

2)摻入磷石膏時，需水量稍有增加，強度也有所降低，但隨摻量增大，強度提高，需水量基本不變，分層度增大，保水性變差，所以最佳摻量為3%。

3)摻入脫硫石膏時，隨摻量增大，強度逐漸增加，但需水量增大，分層度增加，保水性變差，因而其最佳摻量為3%。

綜合考慮激發劑對砂漿各項性能的影響，將確定了摻量的不同品種激發劑及幾種復合激發劑作28 d抗壓強度和凝結時間的比較，其中磷渣粉摻量保持70%不變，試驗結果見表5。

表5 摻不同激發劑砂漿的性能

從表5可得出，摻入激發劑為膠凝材料用量的0.5%硫酸鈉、3%脫硫石膏與5%消石灰粉時，砂漿凝結時間小于9 h達到標準要求[7]，因此，綜合考慮砂漿的性能及經濟性，確定摻0.5%硫酸鈉時，摻脫硫石膏3%和消石灰粉5%為最佳配比。

4 激發機理研究

為了解磷渣粉干混砂漿中激發劑的作用機理，選取未摻激發劑與摻激發劑的磷渣粉砂漿水化28 d的試樣進行XRD分析，結果見圖1，圖2。

部分水化鋁酸鈣也可與石膏反應生成AFt。

3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O)+20H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O

AFt磷渣顆粒表面形成纖維狀或網絡狀包裹層，其緊密度要小于水化硅酸鈣層，有利于Ca2+擴散到磷渣顆粒內部，與內部活性SiO2，Al2O3反應，生成大量的水化產物，因而，Ca2SiO4·H2O峰特別明顯。同時由于摻合料中活性成分溶解與Ca(OH)2反應生成了新的水化產物，因此，圖譜中均未見Ca(OH)2特征峰，磷渣摻量越大，Ca(OH)2量越低。圖譜上，無二水石膏的特征峰，說明二水石膏參與了生成鈣礬石的反應，CaCO3在圖譜中較明顯，是由于原料中帶進來的雜質，因為兩個圖譜相比，摻激發劑后其特征峰降低；從表5的數據可知，砂漿中未摻激發劑的磷渣粉砂漿凝結時間較長，磷渣粉等量取代水泥70%時，凝結時間為15 h，摻復合激發劑后，砂漿凝結時間為6 h 36 min。而從圖譜中可看出Ca2SiO4·H2O的衍射峰強度明顯增強，這表明摻激發劑后其含量增加，該水化產物增多，說明激發劑有效地改善了漿體的微觀結構和孔結構，凝結時間縮短，與實驗數據相符。

5 結語

摻加一定量的硫酸鈉、脫硫石膏與消石灰粉復合外加劑對膠凝體系活性的改進效果明顯，能明顯提高砂漿抗壓強度，縮短凝結時間。通過XRD微觀分析表明:復合外加劑對磷渣粉起到了有效的激發作用，改善了漿體內部結構，膠凝體系水化產物增多，孔隙率降低，磷渣粉大摻量摻入砂漿，大幅度降低了水泥用量，即提高了磷渣的資源化利用率。

[1] 周 芳.摻磷渣粉混凝土的性能研究[D].武漢：武漢理工大學碩士學位論文,2011.

[2] 陳 明,孫振平.磷渣活性激發方法及機理研究進展[J].材料導報,2013,27(11):112-116.

[3] 魏 瑩,李兆鋒.磷渣對水泥混凝土性能的影響及機理探討[J].酸鹽通報,2008(8):822-826.

[4] G Tzouvalas,G Rantis,S Tsimas.Alternative calcium-sulfate-bearing materials as cement retarders:Part Ⅱ.FGD gypsum[J].Cement and Concrete Research,2004(34):2119-2125.

[5] 樊先平.激發劑在石膏復合膠凝材料中的作用及影響規律[D].重慶：重慶大學碩士學位論文，2013.

[6] 焦寶龍,焦寶祥.高摻量免煅燒脫硫石膏—礦渣復合膠凝材料的制備[J].新型建筑材料,2013(11):1-4.

[7] GB/T 25181-2010，預拌砂漿[S].

Study on application of composite activator in phosphorus slag powder dry-mix mortar★

LIU Xiu-wei1YANG Lin2QIN Xian-shun3

(1.Guizhou Institute of Technology, Guiyang 550000, China； 2.Guizhou University, Guiyang 550000, China;3.Guizhou Construction Engineering Concrete Co., Ltd, Guiyang 550000, China)

According to some shortages of the addition of high mixture of phosphorous slag used in cement dry-mixed mortar with low strength and long setting time, the paper stimulates the activity by adopting activators, sodium sulfate, ground hydrated lime, carbide slag, ardealite, and flue gas desulfurization gypsum, researches the types of the activators and mixing volumes, and identifies the optimal proportional ratio, so as to lower the cement volume and enhance the usage ratio of the phosphorus slag resources.

activator, phosphorus slag, dry-mixed mortar

1009-6825(2014)31-0127-03

2014-08-29★：貴州省工業攻關項目(項目編號：黔科合GY字[2011]3046)

劉秀偉(1965- )，女，副教授； 楊 林(1977- )，男，副教授； 秦賢順(1973- )，男，工程師

TU521

A