摘 要：本文通過(guò)研究磷渣粉取代水泥用量以及磷石膏對(duì)磷渣的激發(fā)效果的研究，對(duì)磷渣、水泥復(fù)合膠凝材料抗折抗壓強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：磷渣、水泥復(fù)合膠凝材料抗壓、抗折強(qiáng)度隨著磷渣粉的取代量增加而降低，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)下，得出在抗折抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足要求的同時(shí)，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(fā)劑，可以激發(fā)磷渣的活性明顯的提高磷渣、水泥復(fù)合膠凝材料抗壓、抗折強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)得到磷石膏摻入量6%-8%時(shí)對(duì)磷渣的激發(fā)效果最佳。

關(guān)鍵詞：磷渣；磷石膏；激發(fā)劑；取代量；抗壓強(qiáng)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(chǎn)黃磷的時(shí)候產(chǎn)生的工業(yè)廢料，每生產(chǎn)1t的黃磷就是產(chǎn)生8-10 t的磷渣，由于黃磷的需求量大但在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的磷渣，磷渣的隨意堆放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，以及造成土地的浪費(fèi)，所以對(duì)磷渣的處理方法成為一個(gè)難點(diǎn)。

由于磷渣中的Al2O3含量偏低，且含有少量磷和氟，活性較低，導(dǎo)致水泥產(chǎn)生緩凝和早期強(qiáng)度較低的現(xiàn)象，本實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)前人的研究成果，利用機(jī)械磨細(xì)以及采用激發(fā)劑磷石膏來(lái)激發(fā)磷渣活性 [1] ，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出，在不影響強(qiáng)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(yōu)摻量，推動(dòng)磷渣大量的用于水泥、混凝土等工程中，從而為磷渣的發(fā)展應(yīng)用與環(huán)境保護(hù)做出一定的貢獻(xiàn)。

2 實(shí)驗(yàn)原料以及實(shí)驗(yàn)方法

2.1實(shí)驗(yàn)原料

水泥：市購(gòu)，復(fù)合硅酸鹽水泥， P.C 42.5

磷渣粉：貴州磷發(fā)科技環(huán)保有限公司提供，其中SiO2含量為 37.49%，F(xiàn)e2O3含量為 1.67%， Al2O3含量為 3.52%， CaO 含量為 43.36%。采用研磨機(jī)研磨成粉。

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

2.2 實(shí)驗(yàn)方法以及要求。

2.2.1實(shí)驗(yàn)方法。

⑴實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備：原料置于25℃±5℃的干燥室內(nèi)待用。準(zhǔn)備稱(chēng)取原料的工具，檢驗(yàn)攪拌機(jī)、振動(dòng)臺(tái)是否正常工作。預(yù)拌設(shè)備提前用水潤(rùn)濕。調(diào)試養(yǎng)護(hù)室濕度溫度。

（2）配合比確定：實(shí)驗(yàn)原料在前期理論研究下根據(jù)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(xiàn)）。

（3）試件的準(zhǔn)備：根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，進(jìn)行復(fù)合膠凝材料的制備。

（4）試件編號(hào)：不同外摻量的試件用不同標(biāo)簽將其排號(hào)區(qū)分。

（5）試件養(yǎng)護(hù)：根據(jù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并定期觀(guān)測(cè)養(yǎng)護(hù)是否正常。

（6）測(cè)定抗折抗壓強(qiáng)度：根據(jù)復(fù)合膠凝材料測(cè)定要求，測(cè)定試件28d養(yǎng)護(hù)的抗折抗壓強(qiáng)度。

（7）記錄并分析數(shù)據(jù)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的抗折抗壓強(qiáng)度分析試件是否滿(mǎn)足要求。并且在同一試件的三個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)中，最大值或者最小值如果有一個(gè)與中間值之差為15%，則取中間值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，若最大值與最小值與中間值之差均超過(guò)15%，則該組試件的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)視為無(wú)效數(shù)據(jù)。若最大值與最小值均沒(méi)有超出中間值的15%則取抗壓強(qiáng)度的平均值作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，抗折強(qiáng)度同理計(jì)算。

2.2.2實(shí)驗(yàn)要求。

⑴磷渣復(fù)合膠凝材料達(dá)到GB175-2007 對(duì)復(fù)合硅酸鹽水泥 P.C32.5 的強(qiáng)度要求，標(biāo)準(zhǔn)膠砂試件的28d 抗壓強(qiáng)度大于32.5MPa，28 d 抗折強(qiáng)度大于 5.5MPa。

⑵磷渣水泥試件的制備參考標(biāo)準(zhǔn)：按照規(guī)范GB 175-2007。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1磷渣摻量對(duì)復(fù)合膠凝材料強(qiáng)度的影響

用比表面積為400m2/kg磷渣粉取代水泥進(jìn)行28天膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，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(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，磷渣摻量從20%增至40%，磷渣復(fù)合膠凝材料的抗壓強(qiáng)度值在減小，數(shù)值分別為40.15MPa、39.05MPa、和27.65MPa。

由于磷渣摻量為40%時(shí)，抗壓強(qiáng)度值27.65MPa，抗折強(qiáng)度為4.07MPa，不能滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的抗折抗壓強(qiáng)度要求，即不能滿(mǎn)足32.5復(fù)合硅酸鹽水泥28d抗壓強(qiáng)度大于32.5MPa，28 d 抗折強(qiáng)度大于5.5MPa的要求，因此，本實(shí)驗(yàn)中磷渣的摻量最多為30%。實(shí)驗(yàn)得出磷渣處理方式可以結(jié)合到水泥工程里面，對(duì)于減少危害有一定的作用。

3.2磷石膏激發(fā)劑摻量對(duì)磷渣復(fù)合膠凝材料強(qiáng)度的影響

用比表面積為400m2/kg磷渣粉取代20%水泥進(jìn)行28天膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，磷渣膠凝材料總量450g，水灰比0.5，磷石膏激發(fā)劑的外摻，其激發(fā)劑外摻量為磷渣粉摻量的4%到10%變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

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

磷石膏激發(fā)劑摻量（外摻）為4%時(shí)的抗壓強(qiáng)度值為38.93MPa，小于未摻入磷石膏激發(fā)劑磷渣粉取代20%水泥的復(fù)合膠凝材料抗壓強(qiáng)度值40.15MPa，說(shuō)明磷石膏激發(fā)劑摻量小于4%時(shí)激發(fā)效果不好。這是由于磷石膏作為激發(fā)劑的磷渣、水泥復(fù)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(guò)多水化硫鋁酸鈣AFt的生成，體積膨脹，破壞原有水化骨架，導(dǎo)致強(qiáng)度降低[2] 。從而在表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果中表現(xiàn)為，隨著磷石膏摻量增加，復(fù)合膠凝材料抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)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(jìn)行28天膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，磷渣膠凝材料總量450g，水灰比0.5，磷石膏激發(fā)劑的外摻，其摻量為磷渣粉摻量的4%到10%變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

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

4 結(jié)論

⑴ 磷渣水泥復(fù)合膠凝材料的抗壓、抗折強(qiáng)度隨磷渣的取代量增加而減小。

⑵ 在滿(mǎn)足要求的抗折抗壓強(qiáng)度的前提之下，磷渣取代率最優(yōu)在20%～30%之間。

⑶ 當(dāng)磷渣滲入量為20%時(shí)，磷渣取代水泥的復(fù)合膠凝材料的抗折抗壓強(qiáng)度中，磷石膏激發(fā)劑摻量（外摻）為8%時(shí)激發(fā)效果最佳；當(dāng)磷渣滲入量為30%時(shí)，磷渣取代水泥的復(fù)合膠凝材料的抗折抗壓強(qiáng)度中，磷石膏激發(fā)劑摻量（外摻）為6%時(shí)激發(fā)效果最佳。

（4）使磷渣資源化、無(wú)害化、綠色化利用關(guān)鍵技術(shù)在復(fù)合型膠凝材料行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)形成應(yīng)用示范，實(shí)驗(yàn)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(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)走綠色發(fā)展的道路。

參考文獻(xiàn)

[1] 柯國(guó)軍，等.化學(xué)激發(fā)磷渣活性機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2005.

[2] 劉秋美，等.改性石膏對(duì)磷渣混凝土強(qiáng)度激發(fā)作用的研究[J]. 中國(guó)材料科技與設(shè)備，2008（4）：22-24.