淺談磷石膏對水泥性能的影響

劉驥 唐小春 韋顯文 韋宏常

【摘 要】文章對磷石膏不同摻量、不同pH值及不同緩凝溫度對水泥凝結(jié)時間、強度等性能指標(biāo)的影響進行了探索。磷石膏作為水泥緩凝劑，相比天然石膏，能延長水泥凝結(jié)時間，但是pH值應(yīng)大于7，否則會嚴重影響水泥的前期強度，并使水泥凝結(jié)時間過長;并且，可以根據(jù)不同的季節(jié)和環(huán)境溫度靈活調(diào)整磷石膏的使用比例，以適應(yīng)實際施工情況。

【關(guān)鍵詞】磷石膏;pH值;水泥性能

【中圖分類號】TQ177.62 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）09-0082-02

磷石膏是指在磷酸生產(chǎn)中用硫酸處理磷礦時產(chǎn)生的固體副產(chǎn)物，每生產(chǎn)1 t磷酸會產(chǎn)生4.0～5.0 t磷石膏，其主要成分為二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O），此外含有少量未反應(yīng)的磷礦、磷酸、氟化物、有機物及鉀、鈉等成分。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球磷石膏累積排放量約56億t，每年新增1.1億～1.5億t。我國磷石膏年產(chǎn)生量約7 500萬t，累計排量近6億t，是副產(chǎn)石膏中排量最大的一種。近年來，建材行業(yè)的快速發(fā)展及石膏在建筑材料行業(yè)的廣泛應(yīng)用，使天然石膏資源越來越緊俏。此外，電廠的脫硫石膏也被廣泛加工成石膏制品，導(dǎo)致傳統(tǒng)水泥調(diào)凝劑的天然石膏和工業(yè)脫硫石膏價格不斷上漲，給水泥企業(yè)的石膏供應(yīng)及生產(chǎn)成本控制帶來很大困難。廣西鹿寨等地已排放的上百萬噸磷石膏長期露天堆放，對地下水資源造成污染。因此，廣西魚峰水泥股份有限公司加大對磷石膏工業(yè)化試驗研究開發(fā)及應(yīng)用力度，使磷石膏完全或部分替代原有的天然石膏和脫硫石膏，既變廢為寶為企業(yè)降本增效，又消納固體廢物保護環(huán)境。

1 磷石膏不同摻量對水泥性能的影響

為探索磷石膏對水泥凝結(jié)時間及強度等的影響，分別按照P.O42.5水泥及M32.5水泥的配比進行小磨試驗，在相同SO3和比表面積的前提下，石膏按3種配比摻入（單用天然石膏，天然石膏：磷石膏=1∶1，單用磷石膏），本次小磨試驗采用的磷石膏pH值為7.6，試驗結(jié)果見表1。

從表1可以看出，無論是P.O42.5水泥還是M32.5水泥，磷石膏在不同摻量下，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、3d抗壓強度幾乎沒有改變，反而28 d抗壓強度略有提升;水泥的凝結(jié)時間隨磷石膏的摻入明顯延長，而且規(guī)律明顯。這說明磷石膏替代天然石膏作為水泥緩凝劑不影響水泥強度、安定性及標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，并達到更明顯的水泥凝結(jié)時間延長效果。

2 磷石膏pH值對水泥性能的影響

相關(guān)研究表明，由于磷石膏本身含有不同量的可溶性磷、氟、硫酸等雜質(zhì)，導(dǎo)致磷石膏在酸堿性上呈酸性。磷石膏pH值與可溶性磷含量之間的關(guān)系，當(dāng)pH值保持在3～5時，可溶性磷含量變化很少，當(dāng)pH值超過5時，可溶性磷含量開始顯著下降，當(dāng)pH值大于或等于7時，可溶性磷含量為零。為探索磷石膏pH值對水泥性能的影響，通過不同pH值的磷石膏以P.O42.5水泥的物料配比進行小磨試驗，試驗結(jié)果見表2。

從表2可以看出，磷石膏pH值低于7，有一定可溶性磷的存在，被摻加到水泥中作為調(diào)凝劑使用時，會大幅延長水泥的初凝和終凝時間，使水泥的早期強度明顯降低，但對水泥的28 d強度沒有造成負面影響。所以，如果使用磷石膏作為水泥緩凝劑，就需要先對磷石膏的可溶性磷含量進行有效控制，只有磷石膏自身的物理屬性能夠達到工作標(biāo)準(zhǔn)，才能夠很好地發(fā)揮控制作用。對于磷石膏的pH值要求應(yīng)不得低于7，只有達到這一條件，磷石膏才能作為水泥緩凝劑正常使用。

3 不同環(huán)境溫度下磷石膏對凝結(jié)時間的影響

上述試驗的凝結(jié)時間的測定都是在實驗室標(biāo)準(zhǔn)溫度下進行的，并不能代表實際使用過程中的狀況，為了更好地了解磷石膏作為緩凝劑在不同季節(jié)、不同環(huán)境溫度下的凝結(jié)時間，并與天然石膏進行對比，我們將pH值為7.6的磷石膏以P.O42.5水泥的物料配比進行小磨試驗，并通過空調(diào)、冰箱等方式控制溫度，在不同溫度下養(yǎng)護，測定凝結(jié)時間，試驗結(jié)果見表3。

從表3可知，天然石膏作為緩凝劑時隨著養(yǎng)護溫度的變化，凝結(jié)時間的變化比較有規(guī)律，然而磷石膏因其成分復(fù)雜，磷石膏在不同環(huán)境溫度下凝結(jié)時間變化較大，在5 ℃和10 ℃時，磷石膏作為緩凝劑的水泥的凝結(jié)時間明顯延長，超過20 ℃對凝結(jié)時間的影響也比較有規(guī)律。若在低溫下使用磷石膏作為緩凝劑的水泥施工，將嚴重影響施工進度并可能引起質(zhì)量事故。通過試驗總結(jié)經(jīng)驗，不同季節(jié)、不同環(huán)境溫度下靈活調(diào)整磷石膏的使用配比，夏季通過增加磷石膏的使用配比甚至單用磷石膏延長水泥的凝結(jié)時間，冬季則要降低磷石膏的使用配比甚至不用，保證水泥質(zhì)量。

4 結(jié)語

（1）磷石膏作為水泥緩凝劑，相比天然石膏，具有更明顯的水泥凝結(jié)時間延長效果，但是需要對磷石膏進行改性處理，使其pH值大于7，否則會造成水泥凝結(jié)時間過長，并且使水泥3 d抗壓強度明顯降低。

（2）根據(jù)不同季節(jié)和環(huán)境溫度調(diào)整磷石膏的使用配比，比如夏季通過增加磷石膏的使用配比甚至單用磷石膏延長水泥的凝結(jié)時間，從而減少水泥夏季凝結(jié)速度較快的問題，提高客戶滿意度，然而冬季則要降低磷石膏的使用配比甚至不用，避免水泥凝結(jié)時間過長影響施工進度和質(zhì)量。

（3）磷石膏替代天然石膏作為水泥的緩凝劑使用，既可變廢為寶為企業(yè)降本增效，又可消納固體廢物保護環(huán)境，獲得社會效益和經(jīng)濟效益的雙贏。

參 考 文 獻

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