作者簡(jiǎn)介：李德智（1966—），高級(jí)工程師，主要從事工程管理工作。

文章通過(guò)磷渣粉和礦渣粉的復(fù)摻試驗(yàn)，研究了磷渣粉與礦渣粉復(fù)摻對(duì)水泥力學(xué)性能和抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，磷渣粉與礦渣粉復(fù)摻能夠進(jìn)一步提升礦渣的抗硫酸鹽侵蝕性能，提高水泥的抗硫酸鹽侵蝕能力，并且礦渣粉的摻入能夠改善因摻入磷渣粉導(dǎo)致早期強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)，其中20%磷渣粉+10%礦渣粉+70%水泥組試塊7 d強(qiáng)度有了顯著的提升，28 d強(qiáng)度與空白組相當(dāng)，抗蝕系數(shù)K值為1.159。

磷渣粉;礦渣粉;抗硫酸鹽侵蝕

U416.21A070224

0 引言

在露天環(huán)境下，隨著時(shí)間的推移，混凝土建筑物會(huì)不斷受到酸雨侵蝕的影響，這不僅影響著建筑物的外觀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)建筑物的結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題。工程建筑服役期間還會(huì)受到不同環(huán)境下的硫酸鹽侵蝕，硫酸鹽滲透進(jìn)混凝土內(nèi)部，與混凝土內(nèi)部原有的成分發(fā)生反應(yīng)，破壞混凝土內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致構(gòu)筑物各項(xiàng)性能降低，使用年限縮短，存在一定的安全隱患。因此硫酸鹽侵蝕對(duì)水泥混凝土工程建筑的危害是十分巨大的[1]。所以提高水泥混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，一直是相關(guān)學(xué)者研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，我國(guó)磷渣年排放量已達(dá)到約1 500萬(wàn) t，但我國(guó)年處理黃磷渣僅占全年產(chǎn)渣量的25%左右[2-4]。黃磷生產(chǎn)是一個(gè)高污染的工業(yè)門(mén)類(lèi)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1 t黃磷大約需要9 t磷礦石，產(chǎn)生8～10 t的磷渣[5]。許多黃磷生產(chǎn)企業(yè)都是露天堆放處理磷渣，經(jīng)雨淋后，磷渣中含有的磷、氟及有毒元素會(huì)滲透到土壤中進(jìn)而造成水土資源等環(huán)境污染。因此大部分可回收的固體廢棄物如未能得到有效利用，不僅占用大量土地，還會(huì)給環(huán)境帶來(lái)巨大的影響，如何更好地利用磷渣等固體廢棄物成為本文的研究重點(diǎn)。

吳曉蓉[6]等研究發(fā)現(xiàn)：磷渣的摻入能夠促進(jìn)水泥水化反應(yīng)，提高C-S-H凝膠的生成量，同時(shí)減少鈣礬石的生成，能夠有效地提高混凝土的強(qiáng)度和抗硫酸鹽侵蝕性;Peng Y Z[7]等研究表明：制備混凝土制品時(shí)，摻入適量磷渣能夠改善混凝土制品的質(zhì)量，同時(shí)礦渣粉作為水泥混凝土摻合料時(shí)，可以改善混凝土耐久性，提高水泥混凝土強(qiáng)度[8]。本研究通過(guò)磷渣與礦渣的復(fù)合使用，改善磷渣粉早期強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)，從而可以更好地將其應(yīng)用在水泥及混凝土中。

1 試驗(yàn)原料和方法

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥為興安海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其密度為3 150 kg/m3，安定性符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）中的指標(biāo)，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。實(shí)驗(yàn)使用的標(biāo)準(zhǔn)砂是由廈門(mén)艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)的ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，質(zhì)量符合ISO679：1989等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)選用水淬塊狀磷渣，其主要化學(xué)成分如表2～3所示。

實(shí)驗(yàn)選用S95級(jí)礦渣粉，其密度為500 kg/m3，比表面積為435 m2/kg，主要化學(xué)成分如表3所示。

1.2 試驗(yàn)方法

表面積按《水泥比表面積測(cè)試方法勃氏法》（GB/T 8074-2008）進(jìn)行;膠砂強(qiáng)度按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）進(jìn)行;水泥抗硫酸鹽侵蝕按照《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法》（GB/T 749-2008）進(jìn)行。

試驗(yàn)前先將塊狀的水淬磷渣粉磨至比表面積為430 m2/kg的磷渣粉，然后進(jìn)行磷渣粉（10%、20%、30%）與礦渣粉（10%、20%、30%）復(fù)摻試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方案如表4所示。對(duì)試塊進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度、抗硫酸鹽侵蝕性能影響的研究，并對(duì)28 d硫酸鹽侵蝕試塊進(jìn)行了SEM分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 磷渣和礦粉混合材對(duì)水泥力學(xué)性能的影響

由圖1和表5可知，無(wú)論是7 d還是28 d齡期，膠砂試塊的抗壓強(qiáng)度都隨著總摻量的增加呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，主要是水泥的用量隨著磷渣粉和礦渣粉摻量的增加而減少，從而導(dǎo)致強(qiáng)度的下降。由圖1（a）可以發(fā)現(xiàn)，磷渣粉摻量的增加，對(duì)試塊7 d齡期抗壓強(qiáng)度影響比較明顯，其主要是因?yàn)榱自郾旧碓缙诨钚员容^低，且具有一定的緩凝特性，會(huì)對(duì)混凝土早期強(qiáng)度產(chǎn)生影響;由圖1（b）可以看出，10%磷渣+10%礦渣復(fù)摻強(qiáng)度優(yōu)于空白組強(qiáng)度，10%磷渣+20%礦渣以及20%磷渣+10%礦渣復(fù)摻形式的強(qiáng)度與空白組相當(dāng)，優(yōu)于30%礦渣的強(qiáng)度，說(shuō)明磷渣與礦渣復(fù)摻形式優(yōu)于單摻礦渣粉，與空白組相比，強(qiáng)度得到了明顯的提高。

2.2 磷渣粉和礦渣粉復(fù)摻對(duì)水泥抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

由表6和圖2可知，無(wú)論是摻30%的磷渣粉、礦渣粉，還是磷渣粉和礦渣粉復(fù)摻形式，其抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)K值均>1，說(shuō)明磷渣粉和礦渣粉都能夠提高水泥抗硫酸鹽侵蝕性能，但是磷渣對(duì)于提高水泥抗硫酸鹽侵蝕性效果優(yōu)于礦渣。由圖2可以看出在摻量為磷渣20%+礦粉30%時(shí)，抗蝕系數(shù)K值為1.329，抗硫酸鹽侵蝕效果最好。

2.3 SEM電鏡分析

綜合磷渣、礦渣不同摻量對(duì)水泥力學(xué)性能及抗硫酸鹽侵蝕性能影響結(jié)果分析，選取空白組和20%磷渣+10%礦渣實(shí)驗(yàn)組試塊進(jìn)行掃描電鏡分析。

分析結(jié)果顯示，針棒狀的鈣礬石雜亂地生長(zhǎng)在孔隙中，且附著在薄片狀的C-S-H凝膠上，結(jié)合性不強(qiáng)，不過(guò)鈣礬石本身具有膨脹特性，會(huì)導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)容易發(fā)生破壞。絮狀C-S-H凝膠受到侵蝕后結(jié)構(gòu)變得疏松且雜亂無(wú)章，從而表現(xiàn)為水泥（空白組）抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)低，不具備抗硫酸鹽侵蝕能力。

磷渣20%+礦粉10%實(shí)驗(yàn)組試塊受到硫酸鹽溶液侵蝕后，C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)整體完整，只是表面的形狀變得有些模糊，說(shuō)明其有一定的抗硫酸鹽侵蝕能力。C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)整體密實(shí)度比較好，在空隙中比沒(méi)有出現(xiàn)棒狀的鈣礬石，從而使得水泥石具備了較高的抗硫酸侵蝕能力，宏觀表現(xiàn)為抗蝕系數(shù)高。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）磷渣與礦渣復(fù)摻能夠提升礦渣抗硫酸鹽侵蝕性能，更夠顯著地提高水泥的抗硫酸鹽侵蝕性能，并且礦渣的摻入可以改善前期磷渣強(qiáng)度不足的問(wèn)題。

（2）綜合分析力學(xué)性能和抗硫酸鹽侵蝕性能，20%磷渣+10%礦粉復(fù)摻其力學(xué)性能和抗硫酸鹽侵蝕效果都很好，能夠滿足力學(xué)和抗硫酸鹽侵蝕性能的要求。

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[6]吳曉蓉，甄向賢，張惠敏.磷渣對(duì)水泥抗硫酸鹽性能的影響[J].中國(guó)建材科技，1996（2）：35-37.

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