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(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長，水利水電工程規(guī)模也不斷擴(kuò)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(gòu)皮灘水電站位于我國西南地區(qū)，而地處西南地區(qū)的貴州省磷礦石資源豐富，用磷礦石的棄渣磨細(xì)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(jié)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(qiáng)度高、極限拉伸值較大、耐久性能好等優(yōu)點。在水工混凝土推廣應(yīng)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(huán)境污染，具有很高的社會經(jīng)濟(jì)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(zé)任公司生產(chǎn)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(jié)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(lián)合摻用做為混凝土摻合料，也是西部水電大開發(fā)值得研究的一個課題，試驗用粉煤灰為貴州凱里電廠準(zhǔn)Ⅰ級粉煤灰、貴州甕安甕福黃磷有限責(zé)任公司生產(chǎn)的磷礦渣粉，磷礦渣粉物理品質(zhì)檢驗成果分別見表2。

表2 磷礦渣粉物理品質(zhì)試驗成果表

結(jié)果表明：兩種摻合料品質(zhì)較好，檢測各項性能指標(biāo)均滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)規(guī)范》Ⅱ級灰標(biāo)準(zhǔn)外，其它各項檢測指標(biāo)均達(dá)Ⅰ級灰標(biāo)準(zhǔn)。磷礦渣粉密度大于粉煤灰，兩種摻合料的細(xì)度、需水比基本相當(dāng)。

化學(xué)成份檢驗結(jié)果見表3，不同磷礦渣粉水泥膠砂強(qiáng)度比見表4。

表1～表4的檢測結(jié)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(qiáng)度比基本接近。

表3 磷礦渣粉化學(xué)成分分析 %

表4 不同摻量的磷礦渣粉膠砂強(qiáng)度比

1.3 砂石骨料

采用構(gòu)皮灘爛泥溝碎石場人工生產(chǎn)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(chǎn)的JM-Ⅱ高效減水劑，上海麥斯特有限公司生產(chǎn)的Micro202引氣劑，凱里粉煤灰與磷礦渣粉的摻合比例為1∶1進(jìn)行外加劑與水泥、摻合料的適應(yīng)性試驗。試驗成果列于表5。

表5 外加劑適應(yīng)性試驗成果

試驗結(jié)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(xiàn)快凝、假凝、泌水大等不良現(xiàn)象，安定性合格；但凝結(jié)時間有較多的延長，這是由于磷礦渣粉含有P2O5，對凈漿凝結(jié)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(xué)成份和顆粒形態(tài)不同，使其在混凝土中的活性效應(yīng)及凝結(jié)硬化過程、微觀結(jié)構(gòu)有一定的差別，因此，作為復(fù)摻使用，其摻配比例對混凝土性能的影響需引起關(guān)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(jìn)行混凝土拌和物性能、強(qiáng)度等試驗，試驗結(jié)果見表6。

從試驗結(jié)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(qiáng)度有增加的趨勢，且復(fù)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(jié)果表

2.2 混凝土凝結(jié)時間試驗

磷礦渣粉的摻入使水泥的凝結(jié)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(jié)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(jìn)生產(chǎn)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(jié)果表明：減水劑在0.6%摻量下，改進(jìn)型JM-Ⅱ高效減水劑拌制的混凝土凝結(jié)時間能滿足澆筑要求，但如果施工溫度高于25℃，應(yīng)督促廠家適當(dāng)延長凝結(jié)時間。

2.3 混凝土拌和物停放時間與坍落度、含氣量損失關(guān)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(xiàn)場混凝土機(jī)口控制，并確保入倉混凝土具有合適的工作度和滿足設(shè)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(jìn)行試驗，試驗結(jié)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(xiàn)場施工要求。

3 混凝土水灰比與強(qiáng)度的關(guān)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(qiáng)度關(guān)系試驗結(jié)果見表7、表8。

表7 水膠比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系試驗成果表

表8 水灰比與強(qiáng)度回歸曲線表

試驗研究結(jié)果表明：膠水比與抗壓強(qiáng)度有良好的線性關(guān)系。

4 混凝土力學(xué)性能試驗

根據(jù)配合比參數(shù)選擇試驗成果，針對各設(shè)計強(qiáng)度等級擬選擇的混凝土配合比進(jìn)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(jié)果表明，所選擇的配合比其混凝土性能均可滿足設(shè)計要求。在水膠比、總摻合料相同的情況下，混凝土強(qiáng)度隨單摻磷礦渣粉含量增加而增加，摻磷礦渣粉比復(fù)摻粉煤灰和磷礦渣粉28d強(qiáng)度可提高16%左右，90d強(qiáng)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(dá)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(jié)果均遠(yuǎn)大于F200的設(shè)計要求，混凝土抗凍試驗結(jié)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(jié)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(dāng)；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(jié) 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(jié)時間有一定影響，本次試驗復(fù)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(chǎn)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(qiáng)度隨單摻磷礦渣粉含量增加而增加，摻磷礦渣粉比復(fù)摻粉煤灰和磷礦渣粉28d強(qiáng)度可提高16.0%左右，90d強(qiáng)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(dá)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(jié)果均遠(yuǎn)大于F200的設(shè)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(dāng)；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(fù)摻磷渣、粉煤灰及硅灰的砂漿配合比優(yōu)化研究[J].混凝土，2006（4）.