CN113135698A - 一种改性磷渣粉作为掺合料制备的混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改性磷渣粉作为掺合料制备的混凝土及其制备方法，该方法将磷矿和玄武岩经过粉碎、磨粉、煅烧、冷却后再磨粉得到改性磷渣粉；再使用改性磷渣粉代替粉煤灰作为掺合料制备混凝土。该方法制备的混凝土包括如下重量份的原料：水泥217～290份，细骨料626～754份，粗骨料1071～1277份，改性磷渣粉72～117份，水130～151份，占胶凝材料总质量比为0.7～0.8％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.007～0.012％的引气剂；其中，胶凝材料为水泥和改性磷渣粉。本发明制备的混凝土可以解决单纯掺加磷渣粉带来的缓凝和早期强度低的问题，同时还能提高混凝土抗渗抗冻性能和后期强度。

Description

一种改性磷渣粉作为掺合料制备的混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种改性磷渣粉作为掺合料制备的混凝土及其制备方法。

背景技术

叶巴滩水电站位于四川与西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游13个梯级水电站的第7级，上游为波罗水电站，下游与拉哇水电站衔接。坝址位于金沙江支流降曲河口下游600m，左岸属四川甘孜藏族自治州白玉县，右岸属西藏自治区昌都地区贡觉县。坝址多年平均流量839m³/s，水库正常蓄水位2889.00m，相应库容10.80亿m³，死水位2855.00m，调节库容5.37亿m³，电站装机容量224万kw(含20万kw泄放生态流量机组)。

叶巴滩水电站地厂、二道坝与水垫塘混凝土方量较大，掺合料需求量巨大。但由于叶巴滩位于甘孜州与西藏交界处，运输距离较远，造成水泥、粉煤灰等大宗建筑材料的到货价较高，根据目前的Ι级粉煤灰单价测算，运至叶巴滩工地的粉煤灰大约需要1200元/吨，价格昂贵。因此，研究在工程经济运输半径内的可替代粉煤灰作为混凝土掺合料的材料在混凝土中的应用，对工程而言具有较大的实用意义。

CN103420660A中公开了一种磷渣自密实混凝土及其浇筑施工方法，按重量份取磷渣微粉50～150份、磷渣砂100～150份、碎石100～200份和水30～120份混合在一起进行搅拌15～25分钟后，加入水泥50～150份一起再搅拌3～8分钟，最后加入减水剂1～5份再搅拌6～10分钟后，即制得具有高流动性、高均匀性和高稳定性的浇筑施工用的自密实混凝土，然后直接采用该混凝土进行浇筑施工，在浇筑施工时无需外力振捣，即利用其自重的作用，就可使所浇筑的混凝土流动浇筑密实。该发明为利用废弃磷渣作为混凝土原料提供了技术思路，但是其没有解决磷渣使混凝土出现缓凝现象，导致混凝土早期强度过低的问题。

CN103043933A中公开了一种改性磷渣微粉及其应用，该改性磷渣微粉由92～98wt％的磷渣微粉和2～8wt％的硫酸盐改性剂混合、磨细制成。其中，硫酸盐进一步优选为天然硬石膏。该发明虽然能够提高磷渣微粉在水泥中的掺入量，但是其早期强度及缓凝作用并没有得到明显改善。

发明内容

本发明提供一种改性磷渣粉作为掺合料制备的混凝土及其制备方法，通过对磷渣粉进行改性解决了混凝土早期强度过低的问题，同时还能提高混凝土后期强度和抗渗抗冻性能。本发明不仅可以解决金沙江上游水电工程掺合料短缺问题，还可以减少水泥用量，节约工程投资，而且对于解决西部地区筑坝材料问题有着重要的示范效应，具有显著的技术、经济效果。

为了实现上述目的，本发明提供的混凝土包括如下重量份的原料：

水泥217～290份，细骨料626～754份，粗骨料1071～1277份，改性磷渣粉72～117份，水130～151份，占胶凝材料总质量比为0.7～0.8％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.007～0.012％的引气剂；所述胶凝材料为水泥和改性磷渣粉；

所述改性磷渣粉的制备方法如下：

将玄武岩与磷矿分别粉碎至粒径为50～100mm的颗粒，再按照质量比1:(1.5～2.5)混合后磨粉至粒径为1～10mm，将得到的混合物粉末在1400～1500℃煅烧1.5～2.5h，冷却至室温，将煅烧后的产物磨粉，过650～1000目筛，得到改性磷渣粉。

先将玄武岩和磷矿粉碎成粒径很小的颗粒，增大得到的玄武岩粉、磷渣粉的比表面积；再将玄武岩粉和磷渣粉进行混合磨粉进一步增大比表面积，同时增大了玄武岩粉与磷渣粉的接触面积，使得在后续的煅烧过程中玄武岩粉对磷渣粉的改性效率更高。玄武岩中的氧化钙对磷渣粉具有碱激发的作用，能提高磷渣粉的活性。氧化钙与磷渣粉中的二氧化硅和氧化铝发生反应，生成具有较高强度的硅酸钙，从而使得利用含硅酸钙的磷渣粉制备的混凝土的早期强度和后期强度都能得到提高。过筛后的改性磷渣微粉可以在混凝土的孔隙中起到填充作用，有利于降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的抗渗性能。引气剂在混凝土中引入大量均匀分布的、稳定而封闭的微小气泡；由于气泡的存在，相对地增加了水泥浆体积，可以提高混凝土流动性；大量微细气泡的存在，能隔断混凝土中毛细管通道，显著地改善混凝土的粘聚性和保水性，由于气泡以及气泡对水泥石内水分结冰时所产生的水压力的缓冲作用，故能显著提高混凝土抗渗性及抗冻性，气泡还可使混凝土弹性模量有所降低，也有利于提高抗裂性能。

优选的，所述混凝土包括如下重量份的原料：水泥244份，细骨料626份，粗骨料1276份，水130份，改性磷渣粉81份，占胶凝材料总质量比为0.8％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.012％的引气剂。

优选的，所述玄武岩颗粒与所述磷矿颗粒的质量比为1:2。

优选的，所述改性磷渣粉中五氧化二磷的含量≤3.0％。

优选的，所述改性磷渣粉的比表面积为400～500m²/kg。

优选的，所述粗骨料中粒径为20～40mm的中石与粒径为5～20mm的小石的质量比为9:11。

优选的，所述细骨料的细度模数为2.6～2.8。

优选的，所述减水剂为GK-3000聚羧酸高性能减水剂或GK-4A缓凝高效减水剂。

优选的，所述引气剂为GK-9A引气剂。

上述任一项所述的混凝土的制备方法包括如下步骤：

S1、将细骨料、粗骨料混合在一起，搅拌均匀；

S2、加入水泥和改性磷渣粉，继续搅拌均匀；

S3、加入水、减水剂和引气剂，再继续搅拌均匀，得到所述混凝土。

本发明的有益效果是：本发明采用玄武岩改性的磷渣粉作为掺合料，解决了混凝土早期强度过低的问题，同时还能提高混凝土后期强度和抗渗抗冻性能。本发明不仅可以解决金沙江上游水电工程掺合料短缺问题，还可以减少水泥用量，节约工程投资，而且对于解决西部地区筑坝材料问题有着重要的示范效应，具有显著的技术、经济效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。本领域技术人员依据以下实施方式所作的任何等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例1

本实施例的混凝土包括如下重量份的原料：P·MH42.5水泥244份，细骨料626份，粗骨料1276份，水130份，改性磷渣粉81份，占胶凝材料总质量比为0.8％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.012％的引气剂。其中，胶凝材料为水泥和改性磷渣粉；减水剂为GK-4A缓凝高效减水剂；引气剂为GK-9A引气剂；粗骨料由粒径为20～40mm的中石与粒径为5～20mm的小石按质量比45:55混合而成；细骨料为花岗岩人工砂，细度模数为2.8。

改性磷渣粉的制备方法如下：将玄武岩与磷矿分别粉碎至粒径为55±5mm的颗粒，再按照质量比1:2加入球磨机中磨粉至粒径为1～10mm，将得到的混合物粉末在1400℃煅烧2.5h，冷却至室温，将煅烧后的产物使用超细磨粉机进行粉磨，过1000目筛，得到五氧化二磷含量为2.8％的改性磷渣粉。

上述混凝土的制备方法如下：

S1、将细骨料、粗骨料混合在一起，搅拌均匀；

S2、加入水泥和改性磷渣粉，继续搅拌均匀；

S3、加入水、减水剂和引气剂，再继续搅拌均匀，得到所述混凝土。

实施例2

本实施例的混凝土包括如下重量份的原料：P·MH42.5水泥217份，细骨料655份，粗骨料1277份，水130份，改性磷渣粉72份，占胶凝材料总质量比为0.8％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.012％的引气剂。其中，减水剂为GK-3000聚羧酸高性能减水剂；引气剂为GK-9A引气剂；粗骨料由粒径为20～40mm的中石与粒径为5～20mm的小石按质量比60:40混合而成；细骨料为花岗岩人工砂，细度模数为2.6。改性磷渣粉和混凝土的制备方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例的混凝土包括如下重量份的原料：P·MH42.5水泥290份，细骨料716份，粗骨料1071份，水151份，改性磷渣粉97份，占胶凝材料总质量比为0.7％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.007％的引气剂。其中，减水剂为GK-4A缓凝高效减水剂；引气剂为GK-9A引气剂；粗骨料由粒径为20～40mm的中石与粒径为5～20mm的小石按质量比50:50混合而成；细骨料为花岗岩人工砂，细度模数为2.7。改性磷渣粉和混凝土的制备方法与实施例1相同。

实施例4

本实施例的混凝土包括如下重量份的原料：P·MH42.5水泥250份，细骨料754份，粗骨料1089份，水150份，改性磷渣粉83份，占胶凝材料总质量比为0.7％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.007％的引气剂。其他均与实施例1相同。

实施例5

本实施例的混凝土的组成配比与实施例1相同，不同之处在于，改性磷渣粉的制备方法如下：将玄武岩与磷矿分别粉碎至粒径为95±5mm的颗粒，再按照质量比1:1.5加入球磨机中磨粉至粒径为1～10mm，将得到的混合物粉末在1400℃煅烧2.5h，冷却至室温，将煅烧后的产物使用超细磨粉机磨粉，过800目筛，得到五氧化二磷含量为2.9％的改性磷渣粉。

实施例6

本实施例的混凝土的组成配比与实施例1相同，不同之处在于，改性磷渣粉的制备方法如下：将玄武岩与磷矿分别粉碎至粒径为75±5mm的颗粒，再按照质量比1:2.5加入球磨机中磨粉至粒径为1～10mm，将得到的混合物粉末在1500℃煅烧1.5h，冷却至室温，将煅烧后的产物使用超细磨粉机磨粉，过650目筛，得到五氧化二磷含量为3.0％的改性磷渣粉。

对比例1

本对比例的混凝土由如下重量比的原料组成：P·MH42.5水泥244份，细骨料626份，粗骨料1276份，水130份，磷渣粉81份，占胶凝材料总质量比为0.8％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.012％的引气剂。其中，减水剂为GK-4A缓凝高效减水剂；引气剂为GK-9A引气剂；粗骨料由粒径为20～40mm的中石与粒径为5～20mm的小石按质量比45:55混合而成；细骨料为花岗岩人工砂，细度模数为2.8。

其中，磷渣粉的制备方法如下：将磷矿粉碎至粒径为55±5mm的颗粒，加入球磨机中磨粉至粒径为1～10mm，再继续使用超细磨粉机磨粉，过1000目筛，得到磷渣粉。

对比例2

本对比例的混凝土由如下重量比的原料组成：P·MH42.5水泥244份，细骨料626份，粗骨料1276份，水130份，粉煤灰81份，占胶凝材料总质量比为0.8％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.012％的引气剂。其中，减水剂为GK-4A缓凝高效减水剂；引气剂为GK-9A引气剂；粗骨料由粒径为20～40mm的中石与粒径为5～20mm的小石按质量比45:55混合而成；细骨料为花岗岩人工砂，细度模数为2.8。

对实施例1～6和对比例1～2制备的混凝土进行性能测试，测试方法参考《DL/T5150-2017水工混凝土试验规程》，测试结果见表1。

表1改性磷渣粉作为掺合料制备的混凝土的性能

从上表中可以看出，使用经过玄武岩改性后的磷渣粉制备的混凝土，相较于未经过改性的磷渣粉制备的混凝土，整体力学性能和早期强度、后期强度均明显有大幅度提高，抗渗抗冻性能也有增强；相较于使用粉煤灰作为掺合料制备的混凝土，整体力学性能有显著增强，抗渗抗冻性能也有显著提升。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。对于任何熟悉本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。任何依据本发明申请保护范围及说明书内容所作的简单的等效变化和修饰，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性磷渣粉作为掺合料制备的混凝土，其特征在于，所述混凝土包括如下重量份的原料：水泥217～290份，细骨料626～754份，粗骨料1071～1277份，改性磷渣粉72～117份，水130～151份，占胶凝材料总质量比为0.7～0.8％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.007～0.012％的引气剂；所述胶凝材料为水泥和改性磷渣粉；所述改性磷渣粉的制备方法如下：

将玄武岩与磷矿分别粉碎至粒径为50～100mm的颗粒，再按照质量比1:(1.5～2.5)混合后磨粉至粒径为1～10mm，将得到的混合物粉末在1400～1500℃煅烧1.5～2.5h，冷却至室温，将煅烧后的产物磨粉，过650～1000目筛，得到改性磷渣粉。

2.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土包括如下重量份的原料：水泥244份，细骨料626份，粗骨料1276份，水130份，改性磷渣粉81份，占胶凝材料总质量比为0.8％的减水剂，占胶凝材料总质量比为0.012％的引气剂。

3.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述玄武岩与所述磷矿的质量比为1:2。

4.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述改性磷渣粉中五氧化二磷的含量≤3.0％。

5.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述改性磷渣粉的比表面积为400～500m²/kg。

6.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述粗骨料中粒径为20～40mm的中石与粒径为5～20mm的小石的质量比为9:11。

7.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述细骨料的细度模数为2.6～2.8。

8.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述减水剂为GK-3000聚羧酸高性能减水剂或GK-4A缓凝高效减水剂。

9.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述引气剂为GK-9A引气剂。

10.权利要求1～9任一项所述的混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

S1、将细骨料、粗骨料混合在一起，搅拌均匀；

S2、加入水泥和改性磷渣粉，继续搅拌均匀；

S3、加入水、减水剂和引气剂，再继续搅拌均匀，得到所述混凝土。