CN114276083B - 一种含废磷渣的环保混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土领域，具体公开了一种含废磷渣的环保混凝土及其制备方法。含废磷渣的环保混凝土，由混凝土拌和料制成，混凝土拌和料包括：水、水泥、粉煤灰、废磷渣、砂、石、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂。制备方法包括：步骤1），将废磷渣湿磨成粉末，形成废磷渣浆液；步骤2），将废磷渣浆液在氮气保护下干燥，得废磷渣粉末；步骤3），将水、废磷渣粉末、水泥、粉煤灰、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂混合均匀，得预混物；步骤4），在预混物中加入砂、石，混合均匀，得混凝土拌和料；步骤5），将混凝土拌和料浇筑至模板中，养护、脱模，得含废磷渣的环保混凝土。本发明具有提高掺入磷渣的混凝土拌和料的早期强度的优点。

Description

一种含废磷渣的环保混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土领域，尤其是涉及一种含废磷渣的环保混凝土及其制备方法。

背景技术

磷渣是采用电炉法生产黄磷时，在电炉内排出的低熔点炉渣，外观呈灰白色半透明颗粒，尺寸一般在0.5-5mm之间，其化学成分包括二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁、五氧化二磷、氟、氧化钾、氧化钠等。

在生产黄磷时，每生产1吨黄磷，就会产生8-10吨废磷渣，而磷渣容易自然，需要没入水中存放，大量的废磷渣若直接填埋或堆放，必然会产生环境污染。

为解决废磷渣污染环境的问题，常将废磷渣掺用于混凝土当中，用作胶凝材料，由于混凝土产量大，能很好的消耗废磷渣，有效解决污染问题。

磷渣的掺入会使得混凝土的前期强度下降，其主要是磷酸根离子的存在，限制了钙矾石(AFt)的形成，而硫酸根离子又阻止了六方水化物即6结晶水铝酸三钙(C₃AH₆)的转化，即铝酸三钙(C₃A)的水化反应难以推进至生成钙矾石(AFt)和6结晶水铝酸三钙(C₃AH₆)，同时，磷渣中的五氧化二磷和氟与水泥水化析出的氢氧化钙反应，生成难溶的氟羟磷灰石和磷酸钙，沉淀于水泥熟料颗粒表面，形成保护性薄膜，阻碍了水化反应，从而使得磷渣的加入，会产生较强的缓凝效果，磷渣的掺量越大，缓凝效果越明显，这导致了掺入了磷渣的混凝土拌和料难以适应对早期强度有较高需求的工程，适用性较低，因此，还有改善空间。

发明内容

为了提高掺入磷渣的混凝土拌和料的早期强度，本申请提供一种含废磷渣的环保混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种含废磷渣的环保混凝土，采用如下的技术方案：

一种含废磷渣的环保混凝土，由混凝土拌和料制成，所述混凝土拌和料包括以下质量份数的组分：

水100份；

水泥129-129.8份；

粉煤灰14.2-14.6份；

废磷渣143.2-144.4份；

砂456-458份；

石629.5-631.5份；

氟硅酸钠2.15-2.25份；

甲酸钙0.91-0.97份；

分散剂3.3-3.4份。

优选的，所述混凝土拌和料包括以下质量份数的组分：

水100份；

水泥129.2-129.6份；

粉煤灰14.3-14.5份；

废磷渣143.5-144.1份；

砂456.5-457.6份；

石630.1-631.2份；

氟硅酸钠2.17-2.22份；

甲酸钙0.92-0.96份；

分散剂3.32-3.38份。

通过采用上述技术方案，通过加入氟硅酸钠、甲酸钙，使得废磷渣掺量达到胶凝材料的50％，且对混凝土拌和料的早期强度影响较少，且后期强度更高，使得制得的含废磷渣的环保混凝土物理性能较佳，质量较好，且由于早期强度无明显下降，更好地满足各种工程所需，适用性广。

氟硅酸钠与甲酸钙配合，能在混凝土拌和料中形成晶核，对促进水泥胶体结晶有显著效果，并且能促进铝酸三钙的水化反应朝正向进行，促进生成钙矾石(AFt)和6结晶水铝酸三钙(C₃AH₆)，且废磷渣带来的缓凝与氟硅酸钠与甲酸钙带来的促凝效果并非简单的抵消作用，而是同时发生，通过废磷渣与、氟硅酸钠、甲酸钙以特定的比例配合，使得混凝土拌和料中的水泥可“按部就班”地进行水化，水化反应是按一定的速度快速进行的，水泥水化后产生的碱会逐步激发废磷渣水化，使得整个水化过程虽然快速，但是水化速度趋近线性，不易出现局部水化速度急剧上升导致快速水化的部分阻碍了未水化的水泥进一步水化的情况，即使得水化过程中水化的速度是稳定的，从而实现水泥的充分水化，从而实现早期强度下降较少，且后期强度进一步提高的效果。

优选的，所述废磷渣为粉末状。

通过采用上述技术方案，通过采用粉末状的废磷渣，使得废磷渣更易于均匀分散在混凝土拌和料中，使得制得的混凝土质量更佳。

优选的，所述废磷渣的平均粒径为30-50μm。

通过采用上述技术方案，通过采用特殊的粒径，使得对水泥的缓凝效果分布均匀，使得水泥整体的水化速度保持稳定，水化充分，制得的混凝土质量较佳。

优选的，所述分散剂为木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的复配。

通过采用上述技术方案，通过木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的复配，使得水泥、废磷渣、氟硅酸钠、甲酸钙分散均匀，相互作用的效果较好，使得水化反应充分，制得的混凝土质量较佳。

优选的，所述木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的质量比例为1：2.5：1.5。

通过采用上述技术方案，通过采用特定比例配合，分散效果更佳，制得的混凝土的后期强度更高。

第二方面，本申请提供一种含废磷渣的环保混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种根据上述的含废磷渣的环保混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)，将废磷渣湿磨成粉末，形成废磷渣浆液；

步骤2)，将废磷渣浆液在氮气保护下干燥，得废磷渣粉末；

步骤3)，将水、废磷渣粉末、水泥、粉煤灰、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂混合均匀，得预混物；

步骤4)，在预混物中加入砂、石，混合均匀，得混凝土拌和料；

步骤5)，将混凝土拌和料浇筑至模板中，养护、脱模，得含废磷渣的环保混凝土。

通过采用上述技术方案，通过湿磨以及氮气保护下干燥，减少废磷渣自燃的情况，使得获得的废磷渣粉末质量较佳，通过先混合水、废磷渣粉末、水泥、粉煤灰、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂，使得废磷渣粉末、水泥、粉煤灰、氟硅酸钠、甲酸钙充分混合均匀，相互作用的效果较佳，不易出现局部质量不稳定的情况，使得制得的混凝土质量较佳。

优选的，所述步骤3)中，将各组分通过转速60-80r/min，搅拌10-15min，混合均匀。

通过采用上述技术方案，通过搅拌足够时长，保证个组分混合均匀，同时在搅拌过程中，由于机械力的作用，有助于激发初期水化，使得制得的混凝土拌和料更容易获得早期强度。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请通过加入氟硅酸钠、甲酸钙，使得废磷渣掺量达到胶凝材料的50％，且对混凝土拌和料的早期强度影响较少，且后期强度更高，使得制得的含废磷渣的环保混凝土物理性能较佳，质量较好，且由于早期强度无明显下降，更好地满足各种工程所需，适用性广。

2、本申请中优选通过木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的复配，使得水泥、废磷渣、氟硅酸钠、甲酸钙分散均匀，相互作用的效果较好，使得水化反应充分，制得的混凝土质量较佳。

3、本申请的方法，通过湿磨以及氮气保护下干燥，减少废磷渣自燃的情况，使得获得的废磷渣粉末质量较佳，通过先混合水、废磷渣粉末、水泥、粉煤灰、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂，使得废磷渣粉末、水泥、粉煤灰、氟硅酸钠、甲酸钙充分混合均匀，相互作用的效果较佳，不易出现局部质量不稳定的情况，使得制得的混凝土质量较佳。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

以下实施例及对比例中所用原料的来源信息详见表1。

表1

实施例1-5

一种含废磷渣的环保混凝土，由混凝土拌和料制成，混凝土拌和料包括以下组分：

水、水泥、粉煤灰、废磷渣、砂、石、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂。

废磷渣为平均粒径为30μm的粉末。

废磷渣的化学成分及含量如下：

二氧化硅43.13％、氧化铝3.44％、氧化铁0.72％、氧化钙45.26％、氧化镁3.41％、五氧化二磷1.7％、氟0.95％、氧化钾0.68％、氧化钠0.71％。

分散剂为木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的复配，木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的质量比例为1：2.5：1.5。

实施例1-5中，各组分的具体投入量(单位kg)详见表2。

表2

实施例1-5中，含废磷渣的环保混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤1)，将废磷渣投入湿磨机中，研磨成粉末，形成废磷渣浆液，过400目筛网，无法过筛的部分再次研磨，至废磷渣浆液全部过400目筛网。

步骤2)，将废磷渣浆液在氮气保护下干燥，通过120℃，烘干60min，得废磷渣粉末，在氮气保护下存放保存。

步骤3)，将水注入搅拌釜中，再将废磷渣粉末、水泥、粉煤灰、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂投入水中，转速60r/min，搅拌15min，混合均匀，得预混物。

步骤4)，在预混物中加入砂、石，转速45r/min，搅拌3min，混合均匀，得混凝土拌和料。

步骤5)，将混凝土拌和料浇筑至模板中，洒水养护7d，脱模，静置养护至28d，得含废磷渣的环保混凝土。

实施例6

一种含废磷渣的环保混凝土，与实施例3相比，区别仅在于：

废磷渣为平均粒径为50μm的粉末。

含废磷渣的环保混凝土的制备方法中：

步骤1)，将废磷渣投入湿磨机中，研磨成粉末，形成废磷渣浆液，过270目筛网，无法过筛的部分再次研磨，至废磷渣浆液全部过270目筛网。

实施例7

一种含废磷渣的环保混凝土，与实施例3相比，区别仅在于：

分散剂为木质素磺酸钙。

实施例8

一种含废磷渣的环保混凝土，与实施例3相比，区别仅在于：

分散剂为滑石粉。

实施例9

一种含废磷渣的环保混凝土，与实施例3相比，区别仅在于：

分散剂为聚乙二醇。

实施例10

一种含废磷渣的环保混凝土，与实施例3相比，区别仅在于：

分散剂中，木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的质量比例为1：1：1。

实施例11

一种含废磷渣的环保混凝土，与实施例3相比，区别仅在于：

含废磷渣的环保混凝土的制备方法中：

步骤3)，将水注入搅拌釜中，再将废磷渣粉末、水泥、粉煤灰、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂投入水中，转速80r/min，搅拌10min，混合均匀，得预混物。

对比例1

一种混凝土，由混凝土拌和料制成，混凝土拌和料包括以下组分，各组分的具体投入量(单位kg)如下：

水100kg、水泥258.8、粉煤灰28.8、砂、石、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂。

分散剂为木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的复配，木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的质量比例为1：2.5：1.5。

对比例1中，混凝土的制备方法包括以下步骤：

步骤3)，将水注入搅拌釜中，再将水泥、粉煤灰、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂投入水中，转速60r/min，搅拌15min，混合均匀，得预混物。

步骤4)，在预混物中加入砂、石，转速45r/min，搅拌3min，混合均匀，得混凝土拌和料。

步骤5)，将混凝土拌和料浇筑至模板中，洒水养护7d，脱模，静置养护至28d，得混凝土。

对比例2

一种含废磷渣的环保混凝土，与实施例3相比，区别仅在于：

采用砂等量代替氟硅酸钠、甲酸钙。

对比例3

一种含废磷渣的环保混凝土，与实施例3相比，区别仅在于：

采用氟硅酸钠等量代替甲酸钙。

对比例4

一种含废磷渣的环保混凝土，与实施例3相比，区别仅在于：

采用甲酸钙等量代替氟硅酸钠。

实验1

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2016》检测各实施例及对比例的混凝土拌和料所制备的试样的3天抗压强度、7天抗压强度、28天抗压强度、28天劈裂抗拉强度。

实验1的检测数据详见表3。

表3

根据表3中实施例3与对比例1的数据对比可得，在氟硅酸钠、甲酸钙的作用下，实施例3中掺入了大量的废磷渣，所制得的试样的3d抗压强度、7d抗压强度与对比例1中未掺入废磷渣所制得的试样的3d抗压强度、7d抗压强度相当，且实施例3的28d抗压强度比对比例1的28d抗压强度更高，实施例3的28d劈裂抗拉强度比对比例1的28d劈裂抗拉强度也更高，可见，在混凝土拌和料中加入废磷渣并通过与氟硅酸钠、甲酸钙配合，使得制得的混凝土的前期强度下降不明显，并且后期强度还有所提升，且抗裂性能更好，这主要是由于水泥水化更为充分所带来的性能上的提升，使得混凝土拌和料更好的适用于各种工程所需，适用性更广，且质量更好。

根据表3中实施例3与对比例2-4的数据对比可得，对比例2-4的抗压强度及劈裂抗拉强度均明显低于实施例3的抗压强度及劈裂抗拉强度，可见，单独加入废磷渣而不配合氟硅酸钠、甲酸钙的作用，会使得混凝土的前期强度下降并且还会影响后期强度，虽然消化了废磷渣，但是制得的混凝土的质量也有所下降，为了保证混凝土的质量，使得废磷渣的掺量需要控制在较少的量，导致废磷渣无法很好的消化，对环境污染的缓解效果较差，而配合了氟硅酸钠、甲酸钙后，由于废磷渣可大量掺用，使得废磷渣的消化较快，更有效减少污染，较为环保。

而且，加入废磷渣后，若仅单独配合氟硅酸钠或甲酸钙，制得的混凝土的质量虽然有所提升，但距离未掺入废磷渣的普通混凝土而言，性能依旧有较大下降，难以满足需求。

根据表3中实施例3与实施例7-10的数据对比可得，分散剂采用木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇以特定比例复配，能使得各组分分散更均匀，制得的混凝土的性能更佳，若仅采用单一分散剂，会使得制得的混凝土的性能有所下降。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种含废磷渣的环保混凝土，其特征在于：由混凝土拌和料制成，所述混凝土拌和料包括以下质量份数的组分：

水100份；

水泥129.2-129.6份；

粉煤灰14.3-14.5份；

废磷渣143.5-144.1份；

砂456.5-457.6份；

石630.1-631.2份；

氟硅酸钠2.17-2.22份；

甲酸钙0.92-0.96份；

分散剂3.32-3.38份；

所述废磷渣为粉末状；

所述废磷渣的平均粒径为30-50μm。

2.根据权利要求1所述的一种含废磷渣的环保混凝土，其特征在于：所述分散剂为木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的复配。

3.根据权利要求2所述的一种含废磷渣的环保混凝土，其特征在于：所述木质素磺酸钙、滑石粉、聚乙二醇的质量比例为1：2.5：1.5。

4.一种根据权利要求1-3任一所述的含废磷渣的环保混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1），将废磷渣湿磨成粉末，形成废磷渣浆液；

步骤2），将废磷渣浆液在氮气保护下干燥，得废磷渣粉末；

步骤3），将水、废磷渣粉末、水泥、粉煤灰、氟硅酸钠、甲酸钙、分散剂混合均匀，得预混物；

步骤4），在预混物中加入砂、石，混合均匀，得混凝土拌和料；

步骤5），将混凝土拌和料浇筑至模板中，养护、脱模，得含废磷渣的环保混凝土。

5.根据权利要求4所述的一种含废磷渣的环保混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，将各组分通过转速60-80r/min，搅拌10-15min，混合均匀。