復(fù)合激發(fā)劑在磷渣粉干混砂漿中的應(yīng)用研究★

劉秀偉 楊 林 秦賢順

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

·建筑材料及應(yīng)用·

復(fù)合激發(fā)劑在磷渣粉干混砂漿中的應(yīng)用研究★

劉秀偉1楊 林2秦賢順3

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

針對(duì)磷渣粉高摻量用于水泥干混砂漿時(shí)強(qiáng)度低，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，通過(guò)采用多種激發(fā)劑硫酸鈉、消石灰粉、電石渣、磷石膏、脫硫石膏等來(lái)激發(fā)其活性，并對(duì)激發(fā)劑的種類(lèi)和摻量的作用效果進(jìn)行了研究，確定出最佳配比，達(dá)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(fā)劑，磷渣粉，干混砂漿

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加快，各種工程建設(shè)所需粉煤灰、礦渣粉等礦物摻合料已面臨緊缺的問(wèn)題，同時(shí)大量磷酸、磷肥生產(chǎn)伴隨產(chǎn)生的磷礦渣越來(lái)越多，已造成嚴(yán)重環(huán)境污染，對(duì)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(shí)有強(qiáng)度低，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)[1-4]，因此本文通過(guò)采用多種激發(fā)劑硫酸鈉、消石灰粉、電石渣、磷石膏、脫硫石膏等來(lái)激發(fā)其活性，對(duì)激發(fā)劑的種類(lèi)和摻量進(jìn)行了研究，確定出最佳配比，達(dá)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(yàn)用的水泥為P.O32.5普通水泥，化學(xué)成分見(jiàn)表1，物理性能見(jiàn)表2。磷渣粉：取自貴陽(yáng)國(guó)華天成磷業(yè)有限公司生產(chǎn)，灰白色粉末，密度2.65 g/cm3，比表面積為400 m2/kg，化學(xué)成分見(jiàn)表3。粉煤灰：取自貴陽(yáng)發(fā)電廠(chǎng)，Ⅱ級(jí)粉煤灰，基本性能符合Ⅱ級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。復(fù)合外加劑：自配。砂：外購(gòu)，細(xì)度模數(shù)2.4，粒徑小于2.5 mm，中砂，級(jí)配為Ⅱ區(qū)，含水率小于0.5%，含泥量小于3.0%。

表1 水泥化學(xué)成分 %

表2 水泥物理性能

表3 磷渣粉化學(xué)成分 %

2 實(shí)驗(yàn)方法

本試驗(yàn)砂漿配合比參照J(rèn)GJ 98-2000砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程執(zhí)行，本試驗(yàn)方法主要以JGJ/T 70-2009建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法和GB/T 25181-2010預(yù)拌砂漿標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

激發(fā)劑種類(lèi)及摻量對(duì)砂漿性能的影響。綜合考慮磷渣粉的摻量對(duì)干混砂漿的和易性、強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的影響，磷渣粉按70%等量取代水泥摻入砂漿，激發(fā)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(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，外摻1%的高效減水劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同種類(lèi)和摻量激發(fā)劑砂漿的性能

從表4可得出如下結(jié)果：

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

2)摻入磷石膏時(shí)，需水量稍有增加，強(qiáng)度也有所降低，但隨摻量增大，強(qiáng)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(shí)，隨摻量增大，強(qiáng)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(fā)劑對(duì)砂漿各項(xiàng)性能的影響，將確定了摻量的不同品種激發(fā)劑及幾種復(fù)合激發(fā)劑作28 d抗壓強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的比較，其中磷渣粉摻量保持70%不變，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 摻不同激發(fā)劑砂漿的性能

從表5可得出，摻入激發(fā)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(shí)，砂漿凝結(jié)時(shí)間小于9 h達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求[7]，因此，綜合考慮砂漿的性能及經(jīng)濟(jì)性，確定摻0.5%硫酸鈉時(shí)，摻脫硫石膏3%和消石灰粉5%為最佳配比。

4 激發(fā)機(jī)理研究

為了解磷渣粉干混砂漿中激發(fā)劑的作用機(jī)理，選取未摻激發(fā)劑與摻激發(fā)劑的磷渣粉砂漿水化28 d的試樣進(jìn)行XRD分析，結(jié)果見(jiàn)圖1，圖2。

部分水化鋁酸鈣也可與石膏反應(yīng)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(wǎng)絡(luò)狀包裹層，其緊密度要小于水化硅酸鈣層，有利于Ca2+擴(kuò)散到磷渣顆粒內(nèi)部，與內(nèi)部活性SiO2，Al2O3反應(yīng)，生成大量的水化產(chǎn)物，因而，Ca2SiO4·H2O峰特別明顯。同時(shí)由于摻合料中活性成分溶解與Ca(OH)2反應(yīng)生成了新的水化產(chǎn)物，因此，圖譜中均未見(jiàn)Ca(OH)2特征峰，磷渣摻量越大，Ca(OH)2量越低。圖譜上，無(wú)二水石膏的特征峰，說(shuō)明二水石膏參與了生成鈣礬石的反應(yīng)，CaCO3在圖譜中較明顯，是由于原料中帶進(jìn)來(lái)的雜質(zhì)，因?yàn)閮蓚€(gè)圖譜相比，摻激發(fā)劑后其特征峰降低；從表5的數(shù)據(jù)可知，砂漿中未摻激發(fā)劑的磷渣粉砂漿凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，磷渣粉等量取代水泥70%時(shí)，凝結(jié)時(shí)間為15 h，摻復(fù)合激發(fā)劑后，砂漿凝結(jié)時(shí)間為6 h 36 min。而從圖譜中可看出Ca2SiO4·H2O的衍射峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，這表明摻激發(fā)劑后其含量增加，該水化產(chǎn)物增多，說(shuō)明激發(fā)劑有效地改善了漿體的微觀結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)，凝結(jié)時(shí)間縮短，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符。

5 結(jié)語(yǔ)

摻加一定量的硫酸鈉、脫硫石膏與消石灰粉復(fù)合外加劑對(duì)膠凝體系活性的改進(jìn)效果明顯，能明顯提高砂漿抗壓強(qiáng)度，縮短凝結(jié)時(shí)間。通過(guò)XRD微觀分析表明:復(fù)合外加劑對(duì)磷渣粉起到了有效的激發(fā)作用，改善了漿體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，膠凝體系水化產(chǎn)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(xué)碩士學(xué)位論文,2011.

[2] 陳 明,孫振平.磷渣活性激發(fā)方法及機(jī)理研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2013,27(11):112-116.

[3] 魏 瑩,李兆鋒.磷渣對(duì)水泥混凝土性能的影響及機(jī)理探討[J].酸鹽通報(bào),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(fā)劑在石膏復(fù)合膠凝材料中的作用及影響規(guī)律[D].重慶：重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.

[6] 焦寶龍,焦寶祥.高摻量免煅燒脫硫石膏—礦渣復(fù)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(yù)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(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：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

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