外加剂改性磷渣复合胶凝材料的实验研究

黎明+++夏枫

一、引言

随着我国经济的快速发展，水泥的用量急剧增加，对环境和资源造成的压力越来越大。混凝土中水泥用量大，不利于水工混凝土对水化热的控制。为了综合利用资源，降低水化热，改善混凝土工作性能，本文通过研究外加剂对磷渣复合粉胶凝材料的影响，从而用于水工混凝土施工，开展试验研究，以期获得节能减排、混凝土温控良好且性能优异的效果。

二、实验步骤

实验原材料：葛洲坝水泥厂通用硅酸盐熟料、石灰石和粉煤灰，兴山磷渣、安徽庐江烧明矾石、宜城硫铝酸盐熟料。

用试验小磨粉磨通用熟料和硫铝酸盐熟料各10kg，石灰石、粉煤灰按4：1的比例粉磨5kg，烧明矾石粉5kg，磷渣于7#磨取样15kg。分析各实验原材料的细度和比表面积，通过化学分析确定原材料的组成成分。实验按照表1的设计配比进行。

备注：石灰石粉=石灰石（16%）+粉煤灰（4%），硫表示硫铝酸盐熟料，明表示烧明矾石粉。

三、实验结果分析

各实验原材料的细度如表2，化学成分分析如表3。

从图1中可以看出外掺烧明矾石粉复合胶凝材的标准稠度需水量小于不掺外加剂的复合胶凝材料，而外掺硫铝酸盐熟料复合胶凝材料的标准稠度需水量呈现高于不掺外加剂复合胶凝材料的趋势。这可能是由于烧明矾石粉在拌合的过程中，与水尚未发生明显反应，并且烧明矾石粉的细度明显高于复合胶凝材料各原材料，需要更少的水分来达到标准稠度；而硫铝酸盐熟料在拌合的过程中表现出强烈的水化反应。同时可以观察到，随着熟料配比的增加，复合胶凝材料的标准稠度需水量呈现下降的趋势。这可能因为磷渣的比表面积高于通用硅酸盐水泥熟料，在拌合期间，通用硅酸盐熟料水化反应较慢，由比表面积增加的需水量占主导因素。

图2展示了外掺硫铝酸盐熟料对磷渣复合胶凝材料的影响。其中，在不掺外加剂、熟料配比分别为15%和25%的情况下，试样的凝结时间大于600min，超出国标允许的范畴。在实验条件下添加硫铝酸盐熟料急剧缩短了复合胶凝材料的凝结时间，熟料配比为15%和25%时，缩短的时间分别不小于400min和500min；熟料配比为30%和40%时，初凝时间缩短分别不小于140min和85min，终凝时间缩短分别不小于240min和150min。从图2中还可以观察到，随着熟料的增加复合胶凝材料的凝结时间缩短，这是由于随着熟料的增加，复合胶凝材料的水化过程加快。在熟料配比为15%时，添加2%硫铝酸盐熟料复合胶凝材料的凝结时间短于4%硫铝酸盐熟料的复合胶凝材料，但随着熟料的增加（25%～40%），表现出相反的凝结性能，即外掺2%硫铝酸盐熟料复合胶凝材料凝结时间长于添加4%硫铝酸盐熟料复合胶凝材料。这表明在一定条件下（熟料配比为15%），硫铝酸盐熟料掺量的增加反而会抑制复合胶凝材料水化进程。

从图3中可以观察到熟料配比在15%～30%之間时，外掺烧明矾石粉复合胶凝材料的凝结时间缩短，当熟料配比增加到40%时，烧明矾石粉对复合胶凝材料的凝结时间无明显影响。这是由于烧明矾石粉中的Al2（SO4）3、Al2O3会较迅速的发生水化反应，起到主导凝结硬化作用，当熟料增加到一定程度时，复合胶凝材料中CA3的含量较高，在水化初期代替烧明矾石粉占主导地位。在熟料配比为15%时，添加烧明矾石粉的复合胶凝材料凝结时间初凝时间缩短了400多分钟，其中掺量为2%烧明矾石粉的复合胶凝材料的凝结时间较掺量为4%的减少约20min。在熟料配比为25%时，掺量2%和4%烧明矾石粉的复合胶凝材料凝结时间基本不变。当熟料配比增加到30%时，掺量2%烧明矾石粉的复合胶凝材料初凝和终凝时间较掺量4%的分别延长了约35min和60min。

从图4和图5中可以发现，硫铝酸盐熟料对磷渣复合胶凝材料的凝结时间延迟效果显著强于烧明矾石粉。这是由于硫铝酸盐熟料中CAS-的水化反应快于烧明矾石粉中的Al2（SO4）3、Al2O3。

四、实验结论

通过外掺外加剂改性磷渣复合胶凝材料的凝结时间的实验得出以下结论：

（1）. 外掺硫铝酸盐熟料磷渣复合胶凝材料的标准稠度需水量呈现增长的趋势，而外掺烧明矾石粉需水量反而减少；

（2）. 外掺硫铝酸盐熟料能急剧缩短磷渣复合胶凝材料的凝结时间，当熟料配比在25%～40%之间时，添加2%和4%的硫铝酸盐熟料会使复合胶凝材料出现快凝现象，同时添加2%硫铝酸盐熟料复合胶凝材料的凝结时间较4%的有所延长；

（3）. 熟料配比在15%到30%时，外掺烧明矾石粉可以一定程缩短胶凝材料的凝结时间；当熟料配比达到40%时，外掺烧明矾石粉对复合胶凝材料的凝结时间基本没有影响。