石永莉
河南省長垣縣建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站(453400)
磷渣粉作為混凝土摻合料的質(zhì)量檢測試驗研究
石永莉
河南省長垣縣建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站(453400)
磷渣粉作為混凝土的摻合料,使用前必須進行相應的質(zhì)量檢驗,這里對送樣的兩種磷渣粉進行檢測,檢測結(jié)果表明,磷渣粉P1和P2的磨細程度不同,但各項指標均滿足DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)要求,磷渣粉P1和P2可作為相關(guān)工程混凝土礦物摻合料。
磷渣粉;質(zhì)量檢測;化學成分;顆粒形貌
我國黃磷的總產(chǎn)量居世界首位,但是黃磷的生產(chǎn)屬于高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè),每生產(chǎn)1t黃磷可產(chǎn)生8~10t磷渣。我國年處理黃磷渣僅占全年產(chǎn)渣量的10%左右,除少量作為建材原料和生產(chǎn)農(nóng)用硅肥磷渣外,大部分都作為廢渣堆放。如此多的廢渣長年露天堆放,不僅占用土地,而且黃磷渣中的磷及有毒元素經(jīng)雨水淋后會滲透到土壤中,甚至造成對地表水資源的污染,危急徑流地區(qū)人畜的安全。因此,有效利用黃磷渣,將其變?yōu)閮r值含量較高的有用資源,可減少其占地面積及對環(huán)境的污染,同時為社會增加財富,具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。
黃磷的生產(chǎn)工藝較為簡單,將磷礦石、硅石和焦炭按一定比例和粒度放入電爐里,在1000℃以上高溫下發(fā)生分解、還原反應,磷蒸氣與爐塵一起被冷卻、漂洗后得到產(chǎn)品,黃磷渣(即高溫爐渣)則直接從電爐中排出。因此,磷渣是磷礦石在高溫爐中提煉黃磷以后排出的廢渣,其主要礦物成分是假硅灰石(2CaO·SiO2的一種形態(tài)),與水泥熟料的基本礦物成分類似,其性能與水淬高爐礦渣接近,磷渣需磨細加工成細粉后才能用于混凝土中,磨細后的磷渣稱為磷渣粉,具有一定的活性。
目前,粉煤灰等傳統(tǒng)的混凝土礦物摻合料出現(xiàn)了地域性的資源匱乏,采用磷渣粉部分或全部取代粉煤灰作為混凝土摻合料,可節(jié)約水泥,改善和提高混凝土的性能,降低工程造價,解決我國部分地區(qū)水電、建筑等工程混凝土摻合料供應不足的問題,而且可以減少污染,有利于環(huán)境保護。但在使用前必須對磷渣粉進行嚴格的質(zhì)量檢驗,以滿足相應的技術(shù)要求和工程需要。因此,試驗對送樣的兩種磨細磷渣粉進行檢測,檢測結(jié)果作為優(yōu)選原材料的技術(shù)參考。
送樣的兩種磨細磷渣粉(編號P1和P2),產(chǎn)地及品種相同,但磨細程度有差別,外觀均呈灰白色。
目前,關(guān)于磷渣粉的國家及行業(yè)標準主要有GB/T26751-2001《用于水泥和混凝土中的?;姞t磷渣粉》、GB6645-2008《用于水泥中的?;姞t磷渣》和DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術(shù)規(guī)范》等。結(jié)合送樣方的技術(shù)要求,利用掃描電子顯微鏡(SEM)進行顆粒形貌的檢測,化學成分按GB176-87《水泥化學分析方法》測定,物理力學性能試驗方法參照DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定進行。
2.1 顆粒形貌測試
圖1和圖2分別為P1和P2的磨細磷渣粉掃描電子顯微鏡(SEM)照片。磨細磷渣粉外觀呈灰白色,顏色均勻,顆粒表面光滑,呈不規(guī)則的多棱形和塊狀、碎屑狀,少量呈針片狀,基本不含雜質(zhì)。磷渣粉顆粒大小不均,粒徑在幾微米至幾十微米之間。比表面積不同的這兩種磷渣的外觀和粒型基本相似,但P2磷渣粉的平均粒徑更小一些。
2.2 化學成分分析
磷渣粉的化學成分分析結(jié)果見表1。試驗結(jié)果表明,同品種的P1和P2磷渣粉化學成分差別微小,主要成分均為CaO和SiO2,總含量在85%以上。SO3含量和燒失量遠低于3.5%和3.0%的上限值,P2O5含量也滿足不得大于3.5%的規(guī)范要求。
表1 磷渣粉的化學成分(%)
圖1 磷渣粉顆粒P1的SEM照
圖2 磷渣粉顆粒P2的SEM照片
通常,由于產(chǎn)地和黃磷生產(chǎn)過程中原料磷礦石、硅石、焦炭等的化學組成和配比不同,導致產(chǎn)生的磷渣粉的化學組成和礦物組成波動較大,但本試驗采用的樣品產(chǎn)地相同,所以兩組磷渣粉的化學成分接近。我國磷渣中P2O5的含量一般小于3.5%,但很難低于1.0%,這主要受限于黃磷生成的工藝水平。
2.3 物理力學性能檢驗
磷渣粉的物理力學性能試驗結(jié)果見表2。磷渣粉P1和P2的磨細程度不同,比表面積分別為351 m2/kg和426m2/kg,比表面積越大,細度越小,需水量越高。總體來看,送樣的磨細磷渣粉需水量比稍高于常用的F類I級粉煤灰(需水量比不大于95%),與II級粉煤灰相當(需水量比不大于105%),磨細程度主要由當?shù)氐募庸ぴO(shè)備決定。研究表明,磷渣粉細度對混凝土早期強度的影響較小,對中期強度和后期強度的提高均較顯著。
表2 磷渣粉的物理力學性能試驗結(jié)果
磷渣粉的質(zhì)量通常采用質(zhì)量系數(shù)K來評定,國家標準GB6645-2008《用于水泥中的?;姞t磷
渣》規(guī)定,對用于水泥的?;姞t磷渣,用下式計算質(zhì)量系數(shù):
上式中化學成分均為質(zhì)量百分數(shù),其中要求K值應不小于1.10,兩種磷渣粉的質(zhì)量系數(shù)K=1.34和1.33,滿足不小于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。
活性指數(shù)即試驗水泥膠砂與對比水泥膠砂的28d齡期抗壓強度比,其中試驗膠砂的磷渣粉摻量為30%,對比膠砂為不摻磷渣粉的空白膠砂,計算公式如下:
式中:H活性指數(shù),%;R試驗膠砂28d抗壓強度,MPa;R0對比膠砂28d抗壓強度,MPa。
表2的試驗結(jié)果可見,兩種磷渣粉的活性指數(shù)較高,28d強度比在90%以上。
綜合化學成分分析及物理力學性能結(jié)果,兩種磷渣粉的性能差異不大,各項指標均滿足DL/T 5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)技術(shù)要求。
這里對送樣的兩種磷渣粉進行檢測,檢測結(jié)果作為優(yōu)選原材料的技術(shù)參考。檢測結(jié)果表明,磷渣粉P1和P2的磨細程度不同,比表面積分別為351 m2/kg和426m2/kg,外觀和粒型相似。CaO和SiO2總含量均在85%以上,P2O5含量低于3.5%。兩種磷渣粉需水量比與F類II級粉煤灰相當,P2磷渣粉需水量略高。兩種磨細磷渣粉的各項指標均滿足DL/T5387-2007《水工混凝土摻用磷渣粉技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)要求,磷渣粉P1和P2可作為相關(guān)工程混凝土礦物摻合料。