２０１１年第６期（总第２６０期） Ｎｕｍｂｅｒ６ｉｎ ２０ｌ１（ＴｏｔａＩＮｏ．２６０） 混 凝 土
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ 原材料及辅助物料 ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＡＮＤ ＡＤＭＩＮＩＣＬＥ
ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００２—３５５０．２０１１．０６．０２８
磷渣微粉对再生混凝土性能的影响研究
王俊杰，王海龙 （浙江大学建筑工程学院结构工程研究所，浙江杭州３ １ ００５８）
摘要：为了提升再生骨料混凝土的工作性能、探讨工业废渣的有效利用，采用磷渣微粉取代部分水泥配置再生混凝土，并试验测试了 不同混凝土的强度、变形曲线和氯离子渗透系数．分析了磷渣微粉对再生混凝土及其内部砂浆和界面力学性能以及耐久性能的影响。再生
混凝土的试验研究结果表明：与普通混凝土相比，由于磷渣的缓凝作用使得磷渣混凝土早期强度有所下降，变形略大，但是９０ｄ时由于磷 渣微粉的火山灰效应使得不同再生骨料掺和率的再生混凝土强度和耐久性都有很大的提高。磷渣微粉对水泥砂浆的物理力学性能提升很
大，磷渣砂浆的有效氯离子扩散系数仅为普通砂浆的ｌ／５。同时，再生混凝土新界面的抗拉强度试验结果也表明：磷渣微粉能够增强界面的 黏聚力。此外，还根据再生与普通混凝土界面的ＳＥＭ形貌和能谱图，分析了磷渣改性再生混凝土的细微观机理，研究结果表明磷渣微粉能
够有效改善再生混凝土内孔隙结构和排列，消耗氢氧化钙，生成Ｃ—Ｓ—Ｈ凝胶和钙矾石，提高材料密实性和强度。 关键词：再生混凝土；磷渣；力学性能；氯离子扩散系数；界面；细微观机理
中图分类号：ＴＵ５２８．０４１ 文献标志码：Ａ 文章编号： １００２—３５５０（２０１１）０６—００９０—０４
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ ｓｌａｇ ａｓ ｃｅｍｅｎｔ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ
ＷＡＮＧＪｕｎ－ｊｉｅ，ＷＡＮＧＨａｌ—ｌｏｎｇ （ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００５８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｒｅｃｙｃｌｅｄａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＲＡＣ）ａｎｄｍａｋｅａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｕｓｅ ｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｓｔｅ．ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ ｐｈｏｓｐｈｏ—
ｒｏｕｓ ｓｌａｇ（ＰＨＳ）ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ａｓ ｃｅｍｅｎｔ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｔｏ ｍｏｄｉｆｙ ｔｈｅ ＲＡＣ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ＰＨＳ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＲＡＣ，ｍｏｒｔａｒ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｒａｃｉａｌ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｚｏｎｅ（ＩＴＺ）ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ，ｓｔｒｅｓｓ—ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ ａｎｄ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｄｉｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＰＨＳ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌａｇ
ＲＡＣ ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｒｅｔａｒｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆＲＡＣ ａｔ ９０ ｄａｙｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｐｏｚｚｏｌａｎｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆＰＨＳ．Ｔｈｅ ＰＨＳ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｍｏｒｔａｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｄｉｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆｍｏｒｔａｒ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ＰＨＳ ｗａｓ ｏｎｌｙ １／５ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｍｏｒｔａｒ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ＩＴＺ ｉｎ ＲＡＣ ａｌｓｏ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＰＨＳ ｍａｄｅ ａ ｇｒｅａｔ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ｏｆ［ＴＺ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｉｎｇｍｉｅｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＲＡＣｂｙＰＨＳｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（ＥＤＸ）ａｎｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃ— ｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ａｎａｌｙｓｅｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＰＨＳ Ｃａｎ ｍｏｄｉｆｙ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ
ｐｏｒｅｓ ｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｙ ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｌｃｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ．Ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＣ—Ｓ—Ｈ ｇｅｌ ａｎｄ ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆＲＡＣ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ ｓｌａｇ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｄｉｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ＩＴＺ；ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｍ
０ 引言
２００８年５月１２日，汶川“５・１２”地震，２０１０年４月１４ Ｆｔ，
青海省玉树地震，强震猝然来袭，山河易位，天地失色。大部分房
屋建筑被毁，由此产生遍地的建筑垃圾，这些废弃混凝土如何
处理亟待解决。现阶段，建筑垃圾的数量已占到我国城市垃圾总
量的３０％－４０％，而且绝大部分建筑垃圾未经任何处理，就被填
埋或者露天堆放，造成了严重的环境污染ｆ１］。其中废弃混凝土是
建筑垃圾中最重要的组成部分，２００３年我国废弃混凝土总量已
达１．８亿 。目前，我国房地产业欣欣向荣，混凝土生产需要大量
砂石骨料，随着天然砂石的不断开采，天然骨料资源逐渐减少。
因此生产再生混凝土，进行废物回收再利用是必然的选择。再
生骨料混凝土简称再生混凝土（ＲＡｃ），是废弃混凝土经过破碎、
清洗与分级后形成再生骨料，再生骨料部分或全部取代砂石等 天然骨料配制而成的混凝土［３Ｊ。废弃混凝土的再生利用既可解
决废弃混凝土的处理（堆放）问题，又可节约有限的天然资源，
其社会、经济与环境效益不言而喻。
磷渣（ＰＨＳ）是电炉法生产黄磷时所产生的一种工业废渣，
近年来，随着我国黄磷生产工业的迅速发展，磷渣的排放量也
随之增多。２００２年中国的黄磷实际产量约６９万ｔ，磷渣排放量约
为５６０～７００万ｔ ，其中仅云南省的磷渣排放量就达３００万ｔ。我
国多数黄磷生产企业都是将磷渣堆积闲置，仅有少部分被用于
建筑材料如水泥以及农业中ｆ５＿。如将磷渣掺入混凝土中取代部
分水泥，会产生良好的经济与环境效益。研究表明磷渣可与水
泥熟料水化产生的氢氧化钙进行二次水化，但是磷渣本身水化 比熟料慢，因而磷渣对水泥水化有缓凝作用，使磷渣混凝土早
期强度有所下降旧，可以通过控制磷渣掺量，增大磷渣比表面积
或者掺加激发剂等来解决。由于磷渣可以吸附高效减水剂分子，
收稿日期：２ＯｌＯ—ｔ２＿ｏ６
基金项目：国家自然科学基金项目（５０８０９０６１）；浙江省自然科学基金项目（Ｙ１０７３８９）
・９０・
形成双电层 ，更有利于磷渣微粉的均匀分散，因此本试验添加
高效减水剂以避免磷渣聚团影响混凝土性能。通过掺加比表面
积≥３ ５００ ｃｍｚ／ｇ的磷渣超微粉取代水泥质量的２０％来配制再
生混凝土，试验研究了磷渣微粉对再生混凝土及其内部砂浆和
界面力学性能及耐久性能的提升，探讨磷渣改性再生混凝土的
细微观机理。
１试验设计
１．１试验原材料
（１）水泥：钱潮牌Ｐ・Ｏ４２．５级水泥。
（２）天然粗骨料：５～２０ ｌｎｍ粒径的连续级配碎石。
（３）天然细骨料：河砂，细度模数２ ８０。
（４）再生粗骨料：再生骨料为取芯法测得原始强度为Ｃ３０
的废弃路面混凝土块经人工敲碎后由鄂式破碎机破碎而成，最 大粒径２０ ｍｍ，破碎后的骨料过５ ｍｍ的石筛，并经水冲洗。
（５）粒化电炉磷渣微粉：贵州瓮福黄磷有限公司磷渣超微
粉。技术指标为：比表面积≥３ ５００ ｃｍ ／ｇ；烧失量＜３．０％：需水比≤
９８．Ｏ％；含水率≤１．Ｏ％；Ｐ２０５含量≤３．５％；ＳＯ３含量≤４．Ｏ％；磷渣
质量系数Ｋ值≥１．１０，Ｋ：（Ｃａ０＋Ｍｇｏ＋Ａ１２Ｏ３）／（ＳｉＯ２＋Ｐ２Ｏ５）＝１．３９。
（６）萘系ＦＤＮ高效减水剂．掺量为胶凝材料的１．５％。
（７）拌和水：饮用自来水。
１．２试件制作与试验方法
再生混凝土组分中，磷渣微粉取代水泥质量的２０％，同时
添加萘系ＦＤＮ减水剂，按再生骨料掺加率的２５％、５０％、１ ００％分
别记为Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３组。Ａ组为普通混凝土，作为参照组。单掺磷
渣或磷渣掺量达到２０％或以上时，拆模缓１－２ ｄ，否则可能造成
试件或结构的破坏。各组混凝土的配合比如表１所示。试验分别
测试再生混凝土的应力应变关系曲线及立方体抗压强度。
表１再生混凝土及砂浆配合比 ｋｇ／ｍ
注：Ｊ１、Ｊ２的配合比为其砂浆部分的配合比，故同ｓ１、ｓ２相同，是按混凝土内砂浆的各个组分的比例取代粗骨料部分计算丽成
为了进一步研究磷渣对水泥水化的影响，并为深入研究和模
拟提供依据，按照再生混凝土中砂浆的组分，浇筑磷渣砂浆试件
１组（记为ｓ２）、普通砂浆ｌ组（记为ｓ１）以作比较。为了研究磷渣
微粉对再生？昆凝土新界面的影响，建立界面模型：儿组用普通 砂浆和母混凝土（即再生骨料的源混凝土）连接，模拟未添加磷
渣微粉的再生混凝土的界面；Ｊ２组用掺加磷渣的砂浆和母混凝
土连接，模拟添加磷渣微粉的再生混凝土的界面。用模型界面的
劈拉强度来反映界面的抗拉强度也即再生混凝土中新砂浆和
再生骨料的连接强度。
为了判断磷渣取代部分水泥后的水化产物并分析磷渣改
性再生混凝土的细微观机理，采用场发射扫描电子显微镜观察
再生混凝土新界面附近的结构及能谱图。
２试验结果与讨论
２．１应力应变关系曲线及抗压强度
２８ ｄ龄期的再生混凝土应力一应变关系曲线如图ｌ所示， 由此图可得：与普通混凝土相比，再生混凝土破坏时的变形稍大。
主要原因是由于磷渣大部分为玻璃态，能够有效缓解骨料之间
的摩擦以及应力集中，同时由于再生骨料本身弹性模量一般比
天然骨料低，因此再生混凝土对抗震和消耗能量有利，相比普
通混凝土有较好的塑性，在破坏前具有较好的可预见性。
由其极限荷载求得２８ ｄ轴心抗压强度如图２所示。由此可
见：再生骨料的添加率对其力学性能有着较大的影响。随着再
生骨料掺加率的增加，再生混凝土强度逐步下降，普通混凝土
Ａ组强度最高，Ｐ１组稍微低一些，Ｐ２、Ｐ３逐级下降。
试验测得的各组２８、９０ ｄ龄期混凝土立方体抗压强度如图３
所示。由此罔可以看出：由于磷渣的缓凝作用，需要较长时间才 ３Ｏ
２５
２０ 三Ｉ ５
１０
５
０
３０
日２５
２ｏ
璧１ ５
１０ 痹５
Ｏ
４５ ４Ｏ ３５ 皇 ０ ２５ 鼎２０ 羹１ ５
１０ ５ ０ ５００ １ ０００ １ ５００ ２ ０００ 应变／１０ ’ 图１应力一应变关系曲线
Ａ Ｐｌ Ｐ２ Ｐ３ 图２ ２８ ｄ轴心抗压强度
３３．１９ ４９广＿１ 嚣 Ｉ旦！Ｑ １
３０ ５６ ｌ ２５．１１ｒ＿］
Ａ Ｐｌ Ｐ２ Ｐ３ 图３立方体抗压强度
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