磷渣粉作為混凝土摻合料的質量檢測試驗研究

石永莉

河南省長垣縣建筑工程質量監督站（453400）

磷渣粉作為混凝土摻合料的質量檢測試驗研究

石永莉

河南省長垣縣建筑工程質量監督站（453400）

磷渣粉作為混凝土的摻合料，使用前必須進行相應的質量檢驗，這里對送樣的兩種磷渣粉進行檢測，檢測結果表明，磷渣粉P1和P2的磨細程度不同，但各項指標均滿足DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術規范》的技術要求，磷渣粉P1和P2可作為相關工程混凝土礦物摻合料。

磷渣粉；質量檢測；化學成分；顆粒形貌

0 概述

我國黃磷的總產量居世界首位，但是黃磷的生產屬于高能耗、高污染的產業，每生產1t黃磷可產生8～10t磷渣。我國年處理黃磷渣僅占全年產渣量的10%左右，除少量作為建材原料和生產農用硅肥磷渣外，大部分都作為廢渣堆放。如此多的廢渣長年露天堆放，不僅占用土地，而且黃磷渣中的磷及有毒元素經雨水淋后會滲透到土壤中，甚至造成對地表水資源的污染，危急徑流地區人畜的安全。因此，有效利用黃磷渣，將其變為價值含量較高的有用資源，可減少其占地面積及對環境的污染，同時為社會增加財富，具有顯著的經濟和社會效益。

黃磷的生產工藝較為簡單，將磷礦石、硅石和焦炭按一定比例和粒度放入電爐里，在1000℃以上高溫下發生分解、還原反應，磷蒸氣與爐塵一起被冷卻、漂洗后得到產品，黃磷渣（即高溫爐渣）則直接從電爐中排出。因此，磷渣是磷礦石在高溫爐中提煉黃磷以后排出的廢渣，其主要礦物成分是假硅灰石（2CaO·SiO2的一種形態），與水泥熟料的基本礦物成分類似,其性能與水淬高爐礦渣接近，磷渣需磨細加工成細粉后才能用于混凝土中，磨細后的磷渣稱為磷渣粉，具有一定的活性。

目前，粉煤灰等傳統的混凝土礦物摻合料出現了地域性的資源匱乏，采用磷渣粉部分或全部取代粉煤灰作為混凝土摻合料，可節約水泥，改善和提高混凝土的性能，降低工程造價，解決我國部分地區水電、建筑等工程混凝土摻合料供應不足的問題，而且可以減少污染，有利于環境保護。但在使用前必須對磷渣粉進行嚴格的質量檢驗，以滿足相應的技術要求和工程需要。因此，試驗對送樣的兩種磨細磷渣粉進行檢測，檢測結果作為優選原材料的技術參考。

1 原材料及檢測方法

送樣的兩種磨細磷渣粉（編號P1和P2），產地及品種相同，但磨細程度有差別，外觀均呈灰白色。

目前，關于磷渣粉的國家及行業標準主要有GB/T26751-2001《用于水泥和混凝土中的粒化電爐磷渣粉》、GB6645-2008《用于水泥中的粒化電爐磷渣》和DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術規范》等。結合送樣方的技術要求，利用掃描電子顯微鏡（SEM）進行顆粒形貌的檢測，化學成分按GB176-87《水泥化學分析方法》測定，物理力學性能試驗方法參照DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術規范》的規定進行。

2 檢測內容

2.1 顆粒形貌測試

圖1和圖2分別為P1和P2的磨細磷渣粉掃描電子顯微鏡（SEM）照片。磨細磷渣粉外觀呈灰白色，顏色均勻，顆粒表面光滑，呈不規則的多棱形和塊狀、碎屑狀，少量呈針片狀，基本不含雜質。磷渣粉顆粒大小不均，粒徑在幾微米至幾十微米之間。比表面積不同的這兩種磷渣的外觀和粒型基本相似，但P2磷渣粉的平均粒徑更小一些。

2.2 化學成分分析

磷渣粉的化學成分分析結果見表1。試驗結果表明，同品種的P1和P2磷渣粉化學成分差別微小，主要成分均為CaO和SiO2，總含量在85%以上。SO3含量和燒失量遠低于3.5%和3.0%的上限值，P2O5含量也滿足不得大于3.5%的規范要求。

表1 磷渣粉的化學成分（%）

圖1 磷渣粉顆粒P1的SEM照

圖2 磷渣粉顆粒P2的SEM照片

通常,由于產地和黃磷生產過程中原料磷礦石、硅石、焦炭等的化學組成和配比不同，導致產生的磷渣粉的化學組成和礦物組成波動較大，但本試驗采用的樣品產地相同，所以兩組磷渣粉的化學成分接近。我國磷渣中P2O5的含量一般小于3.5%，但很難低于1.0%，這主要受限于黃磷生成的工藝水平。

2.3 物理力學性能檢驗

磷渣粉的物理力學性能試驗結果見表2。磷渣粉P1和P2的磨細程度不同，比表面積分別為351 m2/kg和426m2/kg，比表面積越大，細度越小，需水量越高。總體來看，送樣的磨細磷渣粉需水量比稍高于常用的F類I級粉煤灰（需水量比不大于95%）,與II級粉煤灰相當（需水量比不大于105%），磨細程度主要由當地的加工設備決定。研究表明，磷渣粉細度對混凝土早期強度的影響較小，對中期強度和后期強度的提高均較顯著。

表2 磷渣粉的物理力學性能試驗結果

磷渣粉的質量通常采用質量系數K來評定，國家標準GB6645-2008《用于水泥中的粒化電爐磷

渣》規定，對用于水泥的粒化電爐磷渣，用下式計算質量系數:

上式中化學成分均為質量百分數，其中要求K值應不小于1.10，兩種磷渣粉的質量系數K=1.34和1.33，滿足不小于1.10的要求。研究表明，提高CaO、MgO、Al2O3含量可以增加磷渣活性及CaO水溶出率，即K值越高，活性越高。

活性指數即試驗水泥膠砂與對比水泥膠砂的28d齡期抗壓強度比，其中試驗膠砂的磷渣粉摻量為30%，對比膠砂為不摻磷渣粉的空白膠砂，計算公式如下:

式中:H活性指數，%；R試驗膠砂28d抗壓強度，MPa；R0對比膠砂28d抗壓強度，MPa。

表2的試驗結果可見，兩種磷渣粉的活性指數較高，28d強度比在90%以上。

綜合化學成分分析及物理力學性能結果，兩種磷渣粉的性能差異不大，各項指標均滿足DL/T 5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術規范》的相關技術要求。

3 結語

這里對送樣的兩種磷渣粉進行檢測，檢測結果作為優選原材料的技術參考。檢測結果表明，磷渣粉P1和P2的磨細程度不同，比表面積分別為351 m2/kg和426m2/kg，外觀和粒型相似。CaO和SiO2總含量均在85%以上，P2O5含量低于3.5%。兩種磷渣粉需水量比與F類II級粉煤灰相當，P2磷渣粉需水量略高。兩種磨細磷渣粉的各項指標均滿足DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術規范》的技術要求，磷渣粉P1和P2可作為相關工程混凝土礦物摻合料。