磷石膏激發磷渣粉制備復合膠凝材料的研究

摘 要：本文通過研究磷渣粉取代水泥用量以及磷石膏對磷渣的激發效果的研究，對磷渣、水泥復合膠凝材料抗折抗壓強度影響的實驗。實驗結果表明：磷渣、水泥復合膠凝材料抗壓、抗折強度隨著磷渣粉的取代量增加而降低，在實驗數據總結下，得出在抗折抗壓強度滿足要求的同時，磷渣粉取代水泥的最大量為30%。并且在磷渣粉摻量相同情況下，摻入不同比例磷石膏作為激發劑，可以激發磷渣的活性明顯的提高磷渣、水泥復合膠凝材料抗壓、抗折強度，實驗得到磷石膏摻入量6%-8%時對磷渣的激發效果最佳。

關鍵詞：磷渣；磷石膏；激發劑；取代量；抗壓強度

1前言

磷渣其主要成分是 CaO 和 SiO2，含有少量的 TiO2、Fe2O3、P2O5、MgO、F、K2O 和 Na2O 等，是生產黃磷的時候產生的工業廢料，每生產1t的黃磷就是產生8-10 t的磷渣，由于黃磷的需求量大但在生產中會產生大量的磷渣，磷渣的隨意堆放會對環境造成嚴重的污染，以及造成土地的浪費，所以對磷渣的處理方法成為一個難點。

由于磷渣中的Al2O3含量偏低，且含有少量磷和氟，活性較低，導致水泥產生緩凝和早期強度較低的現象，本實驗就是根據前人的研究成果，利用機械磨細以及采用激發劑磷石膏來激發磷渣活性 [1] ，通過大量實驗總結得出，在不影響強度的前提下，磷渣取代水泥的最佳摻量，以及磷石膏激活磷渣的最優摻量，推動磷渣大量的用于水泥、混凝土等工程中，從而為磷渣的發展應用與環境保護做出一定的貢獻。

2 實驗原料以及實驗方法

2.1實驗原料

水泥：市購，復合硅酸鹽水泥， P.C 42.5

磷渣粉：貴州磷發科技環保有限公司提供，其中SiO2含量為 37.49%，Fe2O3含量為 1.67%， Al2O3含量為 3.52%， CaO 含量為 43.36%。采用研磨機研磨成粉。

磷石膏：貴州磷發科技環保有限公司提供，主要成分二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O） 。石膏激發劑的制備：磷石膏在160℃下煅燒1h。采用研磨機研磨成粉。

2.2 實驗方法以及要求。

2.2.1實驗方法。

⑴實驗前準備：原料置于25℃±5℃的干燥室內待用。準備稱取原料的工具，檢驗攪拌機、振動臺是否正常工作。預拌設備提前用水潤濕。調試養護室濕度溫度。

（2）配合比確定：實驗原料在前期理論研究下根據不同要求將其分為不同的配合比例（主要是在外摻量上面體現）。

（3）試件的準備：根據國標要求，進行復合膠凝材料的制備。

（4）試件編號：不同外摻量的試件用不同標簽將其排號區分。

（5）試件養護：根據養護標準，對試件進行養護，并定期觀測養護是否正常。

（6）測定抗折抗壓強度：根據復合膠凝材料測定要求，測定試件28d養護的抗折抗壓強度。

（7）記錄并分析數據：根據實驗測定的抗折抗壓強度分析試件是否滿足要求。并且在同一試件的三個測量數據中，最大值或者最小值如果有一個與中間值之差為15%，則取中間值作為實驗結果數據，若最大值與最小值與中間值之差均超過15%，則該組試件的實驗數據視為無效數據。若最大值與最小值均沒有超出中間值的15%則取抗壓強度的平均值作為實驗數據結果，抗折強度同理計算。

2.2.2實驗要求。

⑴磷渣復合膠凝材料達到GB175-2007 對復合硅酸鹽水泥 P.C32.5 的強度要求，標準膠砂試件的28d 抗壓強度大于32.5MPa，28 d 抗折強度大于 5.5MPa。

⑵磷渣水泥試件的制備參考標準：按照規范GB 175-2007。

3.實驗結果及分析

3.1磷渣摻量對復合膠凝材料強度的影響

用比表面積為400m2/kg磷渣粉取代水泥進行28天膠砂強度試驗，膠凝材料總量450g，磷渣粉的取代率從0%～40%之間變化，水灰比0.5，試驗結果見表1。

由表1可知，磷渣摻量從20%增至40%，磷渣復合膠凝材料的抗壓強度值在減小，數值分別為40.15MPa、39.05MPa、和27.65MPa。

由于磷渣摻量為40%時，抗壓強度值27.65MPa，抗折強度為4.07MPa，不能滿足國家標準的抗折抗壓強度要求，即不能滿足32.5復合硅酸鹽水泥28d抗壓強度大于32.5MPa，28 d 抗折強度大于5.5MPa的要求，因此，本實驗中磷渣的摻量最多為30%。實驗得出磷渣處理方式可以結合到水泥工程里面，對于減少危害有一定的作用。

3.2磷石膏激發劑摻量對磷渣復合膠凝材料強度的影響

用比表面積為400m2/kg磷渣粉取代20%水泥進行28天膠砂強度試驗，磷渣膠凝材料總量450g，水灰比0.5，磷石膏激發劑的外摻，其激發劑外摻量為磷渣粉摻量的4%到10%變化，實驗結果見表2。

由表2可知，磷渣粉取代20%水泥，磷石膏激發劑摻量（外摻）從4%增至10%時，復合膠凝材料抗壓強度、抗折強度都是先提高后降低，其中磷石膏8%時，抗壓強度、抗折強度值最大，磷石膏激發劑摻量（外摻）為8%時激發效果最佳。

磷石膏激發劑摻量（外摻）為4%時的抗壓強度值為38.93MPa，小于未摻入磷石膏激發劑磷渣粉取代20%水泥的復合膠凝材料抗壓強度值40.15MPa，說明磷石膏激發劑摻量小于4%時激發效果不好。這是由于磷石膏作為激發劑的磷渣、水泥復合膠凝材料，水化后生成的水化硫鋁酸鈣Aft和C-S-H凝膠隨著改磷石膏摻量的增加而逐漸增多。但過多水化硫鋁酸鈣AFt的生成，體積膨脹，破壞原有水化骨架，導致強度降低[2] 。從而在表2的實驗數據結果中表現為，隨著磷石膏摻量增加，復合膠凝材料抗壓強度、抗折強度是先增加后減少。

用比表面積為400m2/kg磷渣粉取代30%水泥進行28天膠砂強度試驗，磷渣膠凝材料總量450g，水灰比0.5，磷石膏激發劑的外摻，其摻量為磷渣粉摻量的4%到10%變化，實驗結果見表3。

由表3可知，磷渣粉取代30%水泥，磷石膏激發劑摻量（外摻）從4%增至10%時，復合膠凝材料抗壓強度、抗折強度也是先提高后降低，其中磷石膏6%時，抗壓強度、抗折強度值最大，即磷石膏激發劑摻量（外摻）為6%時激發效果最佳。

4 結論

⑴ 磷渣水泥復合膠凝材料的抗壓、抗折強度隨磷渣的取代量增加而減小。

⑵ 在滿足要求的抗折抗壓強度的前提之下，磷渣取代率最優在20%～30%之間。

⑶ 當磷渣滲入量為20%時，磷渣取代水泥的復合膠凝材料的抗折抗壓強度中，磷石膏激發劑摻量（外摻）為8%時激發效果最佳；當磷渣滲入量為30%時，磷渣取代水泥的復合膠凝材料的抗折抗壓強度中，磷石膏激發劑摻量（外摻）為6%時激發效果最佳。

（4）使磷渣資源化、無害化、綠色化利用關鍵技術在復合型膠凝材料行業領域內形成應用示范，實驗的最初緣由便是如此，減少磷渣的危害，使磷渣有法可治，帶動上下游產業走綠色發展的道路。

參考文獻

[1] 柯國軍，等.化學激發磷渣活性機理研究進展[J]. 煤炭學報，2005.

[2] 劉秋美，等.改性石膏對磷渣混凝土強度激發作用的研究[J]. 中國材料科技與設備，2008（4）：22-24.