磷渣粉作为混凝土掺合料的质量检测试验研究

石永莉

河南省长垣县建筑工程质量监督站（453400）

磷渣粉作为混凝土掺合料的质量检测试验研究

石永莉

河南省长垣县建筑工程质量监督站（453400）

磷渣粉作为混凝土的掺合料，使用前必须进行相应的质量检验，这里对送样的两种磷渣粉进行检测，检测结果表明，磷渣粉P1和P2的磨细程度不同，但各项指标均满足DL/T5387-2007《水工混凝土掺用磷渣粉技术规范》的技术要求，磷渣粉P1和P2可作为相关工程混凝土矿物掺合料。

磷渣粉；质量检测；化学成分；颗粒形貌

0 概述

我国黄磷的总产量居世界首位，但是黄磷的生产属于高能耗、高污染的产业，每生产1t黄磷可产生8～10t磷渣。我国年处理黄磷渣仅占全年产渣量的10%左右，除少量作为建材原料和生产农用硅肥磷渣外，大部分都作为废渣堆放。如此多的废渣长年露天堆放，不仅占用土地，而且黄磷渣中的磷及有毒元素经雨水淋后会渗透到土壤中，甚至造成对地表水资源的污染，危急径流地区人畜的安全。因此，有效利用黄磷渣，将其变为价值含量较高的有用资源，可减少其占地面积及对环境的污染，同时为社会增加财富，具有显著的经济和社会效益。

黄磷的生产工艺较为简单，将磷矿石、硅石和焦炭按一定比例和粒度放入电炉里，在1000℃以上高温下发生分解、还原反应，磷蒸气与炉尘一起被冷却、漂洗后得到产品，黄磷渣（即高温炉渣）则直接从电炉中排出。因此，磷渣是磷矿石在高温炉中提炼黄磷以后排出的废渣，其主要矿物成分是假硅灰石（2CaO·SiO2的一种形态），与水泥熟料的基本矿物成分类似,其性能与水淬高炉矿渣接近，磷渣需磨细加工成细粉后才能用于混凝土中，磨细后的磷渣称为磷渣粉，具有一定的活性。

目前，粉煤灰等传统的混凝土矿物掺合料出现了地域性的资源匮乏，采用磷渣粉部分或全部取代粉煤灰作为混凝土掺合料，可节约水泥，改善和提高混凝土的性能，降低工程造价，解决我国部分地区水电、建筑等工程混凝土掺合料供应不足的问题，而且可以减少污染，有利于环境保护。但在使用前必须对磷渣粉进行严格的质量检验，以满足相应的技术要求和工程需要。因此，试验对送样的两种磨细磷渣粉进行检测，检测结果作为优选原材料的技术参考。

1 原材料及检测方法

送样的两种磨细磷渣粉（编号P1和P2），产地及品种相同，但磨细程度有差别，外观均呈灰白色。

目前，关于磷渣粉的国家及行业标准主要有GB/T26751-2001《用于水泥和混凝土中的粒化电炉磷渣粉》、GB6645-2008《用于水泥中的粒化电炉磷渣》和DL/T5387-2007《水工混凝土掺用磷渣粉技术规范》等。结合送样方的技术要求，利用扫描电子显微镜（SEM）进行颗粒形貌的检测，化学成分按GB176-87《水泥化学分析方法》测定，物理力学性能试验方法参照DL/T5387-2007《水工混凝土掺用磷渣粉技术规范》的规定进行。

2 检测内容

2.1 颗粒形貌测试

图1和图2分别为P1和P2的磨细磷渣粉扫描电子显微镜（SEM）照片。磨细磷渣粉外观呈灰白色，颜色均匀，颗粒表面光滑，呈不规则的多棱形和块状、碎屑状，少量呈针片状，基本不含杂质。磷渣粉颗粒大小不均，粒径在几微米至几十微米之间。比表面积不同的这两种磷渣的外观和粒型基本相似，但P2磷渣粉的平均粒径更小一些。

2.2 化学成分分析

磷渣粉的化学成分分析结果见表1。试验结果表明，同品种的P1和P2磷渣粉化学成分差别微小，主要成分均为CaO和SiO2，总含量在85%以上。SO3含量和烧失量远低于3.5%和3.0%的上限值，P2O5含量也满足不得大于3.5%的规范要求。

表1 磷渣粉的化学成分（%）

图1 磷渣粉颗粒P1的SEM照

图2 磷渣粉颗粒P2的SEM照片

通常,由于产地和黄磷生产过程中原料磷矿石、硅石、焦炭等的化学组成和配比不同，导致产生的磷渣粉的化学组成和矿物组成波动较大，但本试验采用的样品产地相同，所以两组磷渣粉的化学成分接近。我国磷渣中P2O5的含量一般小于3.5%，但很难低于1.0%，这主要受限于黄磷生成的工艺水平。

2.3 物理力学性能检验

磷渣粉的物理力学性能试验结果见表2。磷渣粉P1和P2的磨细程度不同，比表面积分别为351 m2/kg和426m2/kg，比表面积越大，细度越小，需水量越高。总体来看，送样的磨细磷渣粉需水量比稍高于常用的F类I级粉煤灰（需水量比不大于95%）,与II级粉煤灰相当（需水量比不大于105%），磨细程度主要由当地的加工设备决定。研究表明，磷渣粉细度对混凝土早期强度的影响较小，对中期强度和后期强度的提高均较显著。

表2 磷渣粉的物理力学性能试验结果

磷渣粉的质量通常采用质量系数K来评定，国家标准GB6645-2008《用于水泥中的粒化电炉磷

渣》规定，对用于水泥的粒化电炉磷渣，用下式计算质量系数:

上式中化学成分均为质量百分数，其中要求K值应不小于1.10，两种磷渣粉的质量系数K=1.34和1.33，满足不小于1.10的要求。研究表明，提高CaO、MgO、Al2O3含量可以增加磷渣活性及CaO水溶出率，即K值越高，活性越高。

活性指数即试验水泥胶砂与对比水泥胶砂的28d龄期抗压强度比，其中试验胶砂的磷渣粉掺量为30%，对比胶砂为不掺磷渣粉的空白胶砂，计算公式如下:

式中:H活性指数，%；R试验胶砂28d抗压强度，MPa；R0对比胶砂28d抗压强度，MPa。

表2的试验结果可见，两种磷渣粉的活性指数较高，28d强度比在90%以上。

综合化学成分分析及物理力学性能结果，两种磷渣粉的性能差异不大，各项指标均满足DL/T 5387-2007《水工混凝土掺用磷渣粉技术规范》的相关技术要求。

3 结语

这里对送样的两种磷渣粉进行检测，检测结果作为优选原材料的技术参考。检测结果表明，磷渣粉P1和P2的磨细程度不同，比表面积分别为351 m2/kg和426m2/kg，外观和粒型相似。CaO和SiO2总含量均在85%以上，P2O5含量低于3.5%。两种磷渣粉需水量比与F类II级粉煤灰相当，P2磷渣粉需水量略高。两种磨细磷渣粉的各项指标均满足DL/T5387-2007《水工混凝土掺用磷渣粉技术规范》的技术要求，磷渣粉P1和P2可作为相关工程混凝土矿物掺合料。