复合激发剂在磷渣粉干混砂浆中的应用研究★

刘秀伟 杨 林 秦贤顺

(1.贵州理工学院，贵州 贵阳 550000； 2.贵州大学，贵州 贵阳 550000； 3.贵州建工混凝土有限责任公司，贵州 贵阳 550000)

·建筑材料及应用·

复合激发剂在磷渣粉干混砂浆中的应用研究★

刘秀伟1杨 林2秦贤顺3

(1.贵州理工学院，贵州 贵阳 550000； 2.贵州大学，贵州 贵阳 550000； 3.贵州建工混凝土有限责任公司，贵州 贵阳 550000)

针对磷渣粉高掺量用于水泥干混砂浆时强度低，凝结时间长等缺点，通过采用多种激发剂硫酸钠、消石灰粉、电石渣、磷石膏、脱硫石膏等来激发其活性，并对激发剂的种类和掺量的作用效果进行了研究，确定出最佳配比，达到在干混砂浆中降低水泥用量，提高磷渣资源化利用率的目的。

激发剂，磷渣粉，干混砂浆

随着经济建设的加快，各种工程建设所需粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料已面临紧缺的问题，同时大量磷酸、磷肥生产伴随产生的磷矿渣越来越多，已造成严重环境污染，对此，我们用磷渣粉作为掺合料大掺量取代水泥掺入干混砂浆，但由于磷渣粉掺量高时有强度低，凝结时间长等缺点[1-4]，因此本文通过采用多种激发剂硫酸钠、消石灰粉、电石渣、磷石膏、脱硫石膏等来激发其活性，对激发剂的种类和掺量进行了研究，确定出最佳配比，达到在干混砂浆中降低水泥用量，提高磷渣资源化利用率的目的。

1 原材料

水泥：本试验用的水泥为P.O32.5普通水泥，化学成分见表1，物理性能见表2。磷渣粉：取自贵阳国华天成磷业有限公司生产，灰白色粉末，密度2.65 g/cm3，比表面积为400 m2/kg，化学成分见表3。粉煤灰：取自贵阳发电厂，Ⅱ级粉煤灰，基本性能符合Ⅱ级粉煤灰标准规定。复合外加剂：自配。砂：外购，细度模数2.4，粒径小于2.5 mm，中砂，级配为Ⅱ区，含水率小于0.5%，含泥量小于3.0%。

表1 水泥化学成分 %

表2 水泥物理性能

表3 磷渣粉化学成分 %

2 实验方法

本试验砂浆配合比参照JGJ 98-2000砌筑砂浆配合比设计规程执行，本试验方法主要以JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准、GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检测方法和GB/T 25181-2010预拌砂浆标准为依据。

3 实验结果与分析

激发剂种类及掺量对砂浆性能的影响。综合考虑磷渣粉的掺量对干混砂浆的和易性、强度和凝结时间的影响，磷渣粉按70%等量取代水泥掺入砂浆，激发剂分别选用硫酸钠、消石灰粉、电石渣、磷石膏、脱硫石膏[5，6]，其掺量分别按外掺胶凝材料质量百分数计，外掺1%的高效减水剂，实验结果见表4。

表4 不同种类和掺量激发剂砂浆的性能

从表4可得出如下结果：

1)掺入电石渣、消石灰粉作激发剂时，因需水量增大，水灰比增加，随掺量增大，强度降低越多，因此最佳掺量为5%。

2)掺入磷石膏时，需水量稍有增加，强度也有所降低，但随掺量增大，强度提高，需水量基本不变，分层度增大，保水性变差，所以最佳掺量为3%。

3)掺入脱硫石膏时，随掺量增大，强度逐渐增加，但需水量增大，分层度增加，保水性变差，因而其最佳掺量为3%。

综合考虑激发剂对砂浆各项性能的影响，将确定了掺量的不同品种激发剂及几种复合激发剂作28 d抗压强度和凝结时间的比较，其中磷渣粉掺量保持70%不变，试验结果见表5。

表5 掺不同激发剂砂浆的性能

从表5可得出，掺入激发剂为胶凝材料用量的0.5%硫酸钠、3%脱硫石膏与5%消石灰粉时，砂浆凝结时间小于9 h达到标准要求[7]，因此，综合考虑砂浆的性能及经济性，确定掺0.5%硫酸钠时，掺脱硫石膏3%和消石灰粉5%为最佳配比。

4 激发机理研究

为了解磷渣粉干混砂浆中激发剂的作用机理，选取未掺激发剂与掺激发剂的磷渣粉砂浆水化28 d的试样进行XRD分析，结果见图1，图2。

部分水化铝酸钙也可与石膏反应生成AFt。

3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O)+20H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O

AFt磷渣颗粒表面形成纤维状或网络状包裹层，其紧密度要小于水化硅酸钙层，有利于Ca2+扩散到磷渣颗粒内部，与内部活性SiO2，Al2O3反应，生成大量的水化产物，因而，Ca2SiO4·H2O峰特别明显。同时由于掺合料中活性成分溶解与Ca(OH)2反应生成了新的水化产物，因此，图谱中均未见Ca(OH)2特征峰，磷渣掺量越大，Ca(OH)2量越低。图谱上，无二水石膏的特征峰，说明二水石膏参与了生成钙矾石的反应，CaCO3在图谱中较明显，是由于原料中带进来的杂质，因为两个图谱相比，掺激发剂后其特征峰降低；从表5的数据可知，砂浆中未掺激发剂的磷渣粉砂浆凝结时间较长，磷渣粉等量取代水泥70%时，凝结时间为15 h，掺复合激发剂后，砂浆凝结时间为6 h 36 min。而从图谱中可看出Ca2SiO4·H2O的衍射峰强度明显增强，这表明掺激发剂后其含量增加，该水化产物增多，说明激发剂有效地改善了浆体的微观结构和孔结构，凝结时间缩短，与实验数据相符。

5 结语

掺加一定量的硫酸钠、脱硫石膏与消石灰粉复合外加剂对胶凝体系活性的改进效果明显，能明显提高砂浆抗压强度，缩短凝结时间。通过XRD微观分析表明:复合外加剂对磷渣粉起到了有效的激发作用，改善了浆体内部结构，胶凝体系水化产物增多，孔隙率降低，磷渣粉大掺量掺入砂浆，大幅度降低了水泥用量，即提高了磷渣的资源化利用率。

[1] 周 芳.掺磷渣粉混凝土的性能研究[D].武汉：武汉理工大学硕士学位论文,2011.

[2] 陈 明,孙振平.磷渣活性激发方法及机理研究进展[J].材料导报,2013,27(11):112-116.

[3] 魏 莹,李兆锋.磷渣对水泥混凝土性能的影响及机理探讨[J].酸盐通报,2008(8):822-826.

[4] G Tzouvalas,G Rantis,S Tsimas.Alternative calcium-sulfate-bearing materials as cement retarders:Part Ⅱ.FGD gypsum[J].Cement and Concrete Research,2004(34):2119-2125.

[5] 樊先平.激发剂在石膏复合胶凝材料中的作用及影响规律[D].重庆：重庆大学硕士学位论文，2013.

[6] 焦宝龙,焦宝祥.高掺量免煅烧脱硫石膏—矿渣复合胶凝材料的制备[J].新型建筑材料,2013(11):1-4.

[7] GB/T 25181-2010，预拌砂浆[S].

Study on application of composite activator in phosphorus slag powder dry-mix mortar★

LIU Xiu-wei1YANG Lin2QIN Xian-shun3

(1.Guizhou Institute of Technology, Guiyang 550000, China； 2.Guizhou University, Guiyang 550000, China;3.Guizhou Construction Engineering Concrete Co., Ltd, Guiyang 550000, China)

According to some shortages of the addition of high mixture of phosphorous slag used in cement dry-mixed mortar with low strength and long setting time, the paper stimulates the activity by adopting activators, sodium sulfate, ground hydrated lime, carbide slag, ardealite, and flue gas desulfurization gypsum, researches the types of the activators and mixing volumes, and identifies the optimal proportional ratio, so as to lower the cement volume and enhance the usage ratio of the phosphorus slag resources.

activator, phosphorus slag, dry-mixed mortar

1009-6825(2014)31-0127-03

2014-08-29★：贵州省工业攻关项目(项目编号：黔科合GY字[2011]3046)

刘秀伟(1965- )，女，副教授； 杨 林(1977- )，男，副教授； 秦贤顺(1973- )，男，工程师

TU521

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