石永莉

河南省長(zhǎng)垣縣建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站（453400）

磷渣粉作為混凝土摻合料的質(zhì)量檢測(cè)試驗(yàn)研究

石永莉

河南省長(zhǎng)垣縣建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站（453400）

磷渣粉作為混凝土的摻合料，使用前必須進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量檢驗(yàn)，這里對(duì)送樣的兩種磷渣粉進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，磷渣粉P1和P2的磨細(xì)程度不同，但各項(xiàng)指標(biāo)均滿足DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)要求，磷渣粉P1和P2可作為相關(guān)工程混凝土礦物摻合料。

磷渣粉；質(zhì)量檢測(cè)；化學(xué)成分；顆粒形貌

0 概述

我國(guó)黃磷的總產(chǎn)量居世界首位，但是黃磷的生產(chǎn)屬于高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)，每生產(chǎn)1t黃磷可產(chǎn)生8～10t磷渣。我國(guó)年處理黃磷渣僅占全年產(chǎn)渣量的10%左右，除少量作為建材原料和生產(chǎn)農(nóng)用硅肥磷渣外，大部分都作為廢渣堆放。如此多的廢渣長(zhǎng)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(jīng)雨水淋后會(huì)滲透到土壤中，甚至造成對(duì)地表水資源的污染，危急徑流地區(qū)人畜的安全。因此，有效利用黃磷渣，將其變?yōu)閮r(jià)值含量較高的有用資源，可減少其占地面積及對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)為社會(huì)增加財(cái)富，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

黃磷的生產(chǎn)工藝較為簡(jiǎn)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(fā)生分解、還原反應(yīng)，磷蒸氣與爐塵一起被冷卻、漂洗后得到產(chǎn)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(tài)），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(xì)加工成細(xì)粉后才能用于混凝土中，磨細(xì)后的磷渣稱為磷渣粉，具有一定的活性。

目前，粉煤灰等傳統(tǒng)的混凝土礦物摻合料出現(xiàn)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(jié)約水泥，改善和提高混凝土的性能，降低工程造價(jià)，解決我國(guó)部分地區(qū)水電、建筑等工程混凝土摻合料供應(yīng)不足的問題，而且可以減少污染，有利于環(huán)境保護(hù)。但在使用前必須對(duì)磷渣粉進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，以滿足相應(yīng)的技術(shù)要求和工程需要。因此，試驗(yàn)對(duì)送樣的兩種磨細(xì)磷渣粉進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果作為優(yōu)選原材料的技術(shù)參考。

1 原材料及檢測(cè)方法

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

目前，關(guān)于磷渣粉的國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T26751-2001《用于水泥和混凝土中的?；姞t磷渣粉》、GB6645-2008《用于水泥中的?；姞t磷渣》和DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術(shù)規(guī)范》等。結(jié)合送樣方的技術(shù)要求，利用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行顆粒形貌的檢測(cè)，化學(xué)成分按GB176-87《水泥化學(xué)分析方法》測(cè)定，物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法參照DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行。

2 檢測(cè)內(nèi)容

2.1 顆粒形貌測(cè)試

圖1和圖2分別為P1和P2的磨細(xì)磷渣粉掃描電子顯微鏡（SEM）照片。磨細(xì)磷渣粉外觀呈灰白色，顏色均勻，顆粒表面光滑，呈不規(guī)則的多棱形和塊狀、碎屑狀，少量呈針片狀，基本不含雜質(zhì)。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(xué)成分分析

磷渣粉的化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。試驗(yàn)結(jié)果表明，同品種的P1和P2磷渣粉化學(xué)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(yuǎn)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(guī)范要求。

表1 磷渣粉的化學(xué)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(chǎn)地和黃磷生產(chǎn)過程中原料磷礦石、硅石、焦炭等的化學(xué)組成和配比不同，導(dǎo)致產(chǎn)生的磷渣粉的化學(xué)組成和礦物組成波動(dòng)較大，但本試驗(yàn)采用的樣品產(chǎn)地相同，所以兩組磷渣粉的化學(xué)成分接近。我國(guó)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(xué)性能檢驗(yàn)

磷渣粉的物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。磷渣粉P1和P2的磨細(xì)程度不同，比表面積分別為351 m2/kg和426m2/kg，比表面積越大，細(xì)度越小，需水量越高。總體來看，送樣的磨細(xì)磷渣粉需水量比稍高于常用的F類I級(jí)粉煤灰（需水量比不大于95%）,與II級(jí)粉煤灰相當(dāng)（需水量比不大于105%），磨細(xì)程度主要由當(dāng)?shù)氐募庸ぴO(shè)備決定。研究表明，磷渣粉細(xì)度對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的影響較小，對(duì)中期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的提高均較顯著。

表2 磷渣粉的物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

磷渣粉的質(zhì)量通常采用質(zhì)量系數(shù)K來評(píng)定，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6645-2008《用于水泥中的?；姞t磷

渣》規(guī)定，對(duì)用于水泥的?；姞t磷渣，用下式計(jì)算質(zhì)量系數(shù):

上式中化學(xué)成分均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，其中要求K值應(yīng)不小于1.10，兩種磷渣粉的質(zhì)量系數(shù)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(shù)即試驗(yàn)水泥膠砂與對(duì)比水泥膠砂的28d齡期抗壓強(qiáng)度比，其中試驗(yàn)?zāi)z砂的磷渣粉摻量為30%，對(duì)比膠砂為不摻磷渣粉的空白膠砂，計(jì)算公式如下:

式中:H活性指數(shù)，%；R試驗(yàn)?zāi)z砂28d抗壓強(qiáng)度，MPa；R0對(duì)比膠砂28d抗壓強(qiáng)度，MPa。

表2的試驗(yàn)結(jié)果可見，兩種磷渣粉的活性指數(shù)較高，28d強(qiáng)度比在90%以上。

綜合化學(xué)成分分析及物理力學(xué)性能結(jié)果，兩種磷渣粉的性能差異不大，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足DL/T 5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)技術(shù)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

這里對(duì)送樣的兩種磷渣粉進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果作為優(yōu)選原材料的技術(shù)參考。檢測(cè)結(jié)果表明，磷渣粉P1和P2的磨細(xì)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(jí)粉煤灰相當(dāng)，P2磷渣粉需水量略高。兩種磨細(xì)磷渣粉的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)要求，磷渣粉P1和P2可作為相關(guān)工程混凝土礦物摻合料。