磷渣对混凝土的影响

磷化工废渣特性及其在水泥中的应用研究

武汉理工大学

硕士学位论文

磷化工废渣特性及其在水泥中的应用研究

姓名：陈永忠

申请学位级别：硕士

专业：建筑材料与工程

指导教师：龙世宗

20070601

武汉理工大学硕士学位论文

中文摘要

我国磷化工业发展迅速，每年排放几千万吨磷渣和磷石膏没有很好利用，

已成为影响该行业可持续发展的一大障碍。

本文针对磷渣和磷石膏在水泥和混凝土中利用存在的凝结时间长、活性低

等问题开展研究。

在磷渣活性激发的研究中，通过实验采用化学激发的方法，确定了最佳激

发方案及大掺量磷渣硅酸盐水泥的配料方案；而在磷石膏的改性研究中，采用

将可溶磷固化技术、成球加工技术使之符合水泥厂用作水泥调凝剂的要求。同

时运用x射线衍射仪、等离子发射光谱仪等现代分析测试手段，检测物质的组

成和结构，阐述其作用机理。

研究结果表明，通过化学激发磷渣，可以大幅度提高其活性，在磷渣细度

350

m2／kg、掺量40％情况下，可以生产32．5强度等级磷渣硅酸盐水泥，其3d

和28d强度可以赶上或超过相同细度、掺量的矿渣硅酸盐水泥；激发剂最佳因

素水平组合为A282Cl。

研究还表明：微量的可溶磷酸盐对硅酸盐水泥有很强的缓凝作用，而难溶磷

酸盐的缓凝作用不明显；分别采用A和B两种碱性物质对磷石膏改性，结果表明，

第１９卷第８期　２００６年０８月　武汉科技学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＷＵＨＡＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｂ１．１９　Ｎｏ．８　Ａｕｇ．２００６　

掺磷渣粉混凝土的基本性能试验　

刘高平，杨宁　

（武汉科技学院机电工程学院，湖北武汉４３００７３）　

摘要：现在工程中大量使用粉煤灰作为掺和料，用来提高混凝土的强度、改善混凝土的抗渗、抗侵　

蚀等性能，这样也使得粉煤灰供不应求，经济成本增加并且资源短缺。为了解决这种矛盾，开发新的　

资源作为补充已经势在必行。磷渣粉是生产黄磷时产生的工业废渣，资源十分丰富，且大量的磷矿渣均　采用露天堆放造成了环境污染。为了改善环境，提高磷矿渣利用率，本文进行了一系列试验来研究磷　

渣粉作为掺和料的可行性。　

关键词：粉煤灰；磷渣粉；环境保护　中图分类号：ＴＵ５０　文献标识码：Ａ　文章编号：１Ｏ０９—５ｌ６０（２ｏｏ６）一００７４一ｏ４　

１前言　

矿渣是用电炉法生产黄磷时所产生的一种工业废渣，通常每生产一吨黄磷就会得到８—１０吨的磷渣。在我　国磷渣产量较高，２００２年中国的黄磷实际产量约６９万吨，磷渣排出量约为５６０．７００万吨…。由于磷渣经过水淬　

后具有潜在活性，如能将其加以利用，应用前景是十分可观的。　．　

目前磷渣主要是作大体积混凝土掺合料，研究结果表明，磷渣是一种非常好的混凝土掺合料，可用于水　

工混凝土以及其它大体积混凝土中。这样不仅可以解决磷渣的堆放占用大量土地问题，而且能解决因磷渣中　

含有一定量的磷与氟所造成的环境污染问题。其次，磷渣作混凝土（特别是水工混凝土）掺合料使用，不仅为磷　渣的充分、合理利用开辟了一条新途径，而且也为混凝土找到了一种新的、有效的掺合料。再次，由于我国　

西南等地区磷渣资源比较丰富，这些地区的磷渣资源必将得到全面的开发利用，为混凝土掺合料的利用提供　

了有利条件，产生巨大的经济效益，并因促进混凝土技术进步【２】，因而也会带来不容忽视的技术效益和社会　

磷渣掺合料对水泥胶砂抗折强度的影响

摘要：本文主要研究了磷渣的掺量和细度对水泥胶砂抗折强度的影响。结果表明，磷渣的掺入降低了水泥胶砂的早期抗折强度，且掺量越大，降低幅度也越大；随着比表面积的增大，掺有磷渣的水泥胶砂各个龄期的抗折强度均提高。

关键词：磷渣 细度 水泥胶砂 抗折强度

1 前言

磷渣的化学组分接近矿渣，也是一种常用的水泥混凝土混合材。已有的研究显示，掺入磷渣后的混凝土水化热降低，抗硫酸盐侵蚀的能力提高[1、2]。但是，与此同时，磷渣的掺入会导致水泥的凝结时间延长，从而影响早期的力学性能[3、4]，因此有必要对其在水泥中的应用进行研究。

本文主要通过一系列的室内试验，从掺量和细度两个角度考察了磷渣对水泥胶砂试件在各个龄期的抗折强度的影响，为磷渣的大范围使用提供一定的参考。

2 原材料与试验方法

2.1 原材料

水泥：重庆拉法基普通硅酸盐水泥，比表面积360m2/kg，密度3.15g/cm3。化学成分见表1。

磷渣：宁夏某厂排放的磷渣，密度为2.79g/cm3，粉磨至比表面积分别为350m2/kg，420 m2/kg，490 m2/kg，化学成分见表1。

细骨料：标准砂。 水：清洁自来水。

2.2 试验方法

参考《普通混凝土力学性能试验方法》gb/t50081规定进行。

2.3 试验设计方案

在保持水胶比、胶砂比相同的条件下，用不同掺量和比表面积的磷渣等质量取代水泥。具体方案见表2。

表2 试验设计方案

3 实验结果与分析

试件成型一天后拆模，置于标准养护室养护至规定龄期后取出测试。

3.1 磷渣掺量对水泥胶砂抗折强度的影响

不同磷渣掺量对水泥胶砂试件的各龄期抗折强度的影响见图１。图1显示，磷渣的掺入降低了水泥胶砂的早龄期抗折强度，且掺量越高，早期抗折强度越底。对后龄期而言，磷渣的活性效应逐渐显现，掺有磷渣的水泥胶砂后期抗折强度逐渐赶上甚至超过了不掺磷渣的空白试件。

试验采用的磷渣比表面积不同，掺量对抗折强度的影响也有所区别。当磷渣比表面积为350 m2/kg时，与空白试样相比，磷渣掺量从20%增加到40%，水泥胶砂的7天抗折强度依次降低了27.3%，59.1%和75.0%，14天抗折强度分别降低了15.9%，23.2%和19.5%，此时磷渣掺量为40%的ll40#试件的抗折强度超过了ll30#，与ll20#相当，但仍然低于空白样。当龄期达到28d时，磷渣掺量为20%的试件抗折强度超过了空白样，磷渣掺量为40%的试件抗折强度与空白样相当。这表明适当掺量范围内，磷渣有助于提高水泥胶砂的后期抗折强度。

磷渣对水泥物理性能的影响研究

由于工业生产的不断进步，磷的活性也在不断增强，①而水泥是钢筋混凝土的基本成分之一，在现实水泥生产中各种消耗品都有可能含有磷。随着磷对水泥物理性能的影响，建筑施工中对水泥磷渣的分析越来越重要。

②水泥是一种复合材料，由熟料、外加剂、活性粉煤灰和水组成，它的特性由各组分的大小、粒径、数量及化学性质决定。③参与制备水泥的外加剂中，磷是一种重要的有机物质，它对水泥的物理性能有重要影响。

④磷的影响主要包括抗折强度、抗压强度、吸水率、水浸时间、收缩率以及初凝时和晚期强度。首先，磷含量较高时，水泥抗压强度降低，随着磷含量的增加，水泥抗压强度不断减弱。其次，⑤ 高温时更加明显，随着磷含量的增加，水泥抗压强度降低得更快，抗压强度可能下降到15Mpa或更低。

⑥ 水泥的水泥性能受到磷的影响较大，其影响主要表现在吸水率和水浸时间这两个性能上。具体来说，磷渣水泥吸水率较高，严重影响水泥及其制品特性。磷渣水泥⑦水浸时间较长，导致水泥物理机械性能不足以满足工程需要。

此外，磷对水泥中的细微颗粒有重要影响，当磷含量增加时，细微颗粒的比重及活性会增加。⑧磷渣水泥收缩率较高，普通水泥收缩率的1.5倍以上，当砂浆中的收缩量超过4%时，易出现裂缝等损坏，严重影响施工质量。

⑨ 综上所述，磷渣对水泥物理性能影响巨大，磷含量较高时，会导致水泥性能及其制品质量下降。因此，在生产过程中，必须注意控制磷含量，同时要科学选择合适的外加剂，使水泥满足工程要求，实现可持续发展的目标。