磷渣微粉混凝土施工技术应用研究.pdf

2 0 1 1 年 第 9 期 (总 第 2 6 3 期 ) Nu mb e r 9 i n 2 0 1 1 ( T o t a 1 No 2 6 3 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL T ECHN0L0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 9 0 3 8 磷渣微粉混凝土施工技术应用研究 贺军鱼 ( 中铁八局集团 第三工程有限公司，贵州 贵阳 5 5 0 0 0 2 ) 摘要： 从磷渣微粉的性能出发， 通过试验研究， 结合实例， 分析磷渣微粉作为混凝土掺合料的优缺点， 进一步研究磷渣微粉混凝土的 施工技术 。 关键词： 磷渣微粉；混凝土；施工技术；应用研究 中图分类号： T U 5 2 8 0 6 3 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 1 2 1 0 4 P hos phor ou s sl a g powder o f con c r e t e c ons t r uc t i on t ec hno l og y HE J u n-yu ( C h i n a R a i l w a yCoL t d Ei thG r o u pT h i r dE n g i n e e ri n g L t d ， G u i y a n g 5 5 0 0 0 2 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： F r o m t a l king a b o u t t h e pe r f o r ma nc e o f p h os p h o r o u s s l a g p o wd e r a na l y s i s the a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f p h os p h o r u s s l a g p o w d e r a s t h e c o nc r e t e a d mi x t u r e t h r o u g h e x p e r i me n t and c o mb i ni n g t h e t he o r y wi t h the e x a mp l e s ma ki n g f ur t h e r s t u d y of p h o s p h o r u s s l a g p owd e r c o n c r e t e c o n s tr u c t i o n t e c h n o l o g y Ke y wor ds ： p h o s p h a t e s l a gpo wd e r ； c o n c r e t e； c o n s t ruc t i o nt e c h n o l o gy ； a p pl i c a t i o n r e s e a r c h 0 引言 贵阳市周边地区已存积固体磷渣近 8 0 0万 t ， 然开发利用 力度不够， 严重污染 、 破坏了周边的环境。 磷渣微细粉是在制 黄磷时所得到的以硅酸钙为主要成分的熔融物一 磷渣 ， 经谇冷 成粒后， 烘干添加其他辅助料粉磨所得到的粉体材料。 其主要 成分为氧化钙和氧化硅， 具有潜在碱活性。 经初步试验研究结 果表明， 其活性介于矿渣与粉煤灰之间 ， 具有弱减水作用。 本 文 旨在探讨磷渣微细粉作为混凝土用矿物掺料的实际应用可 行性。 1 磷渣微 细粉活性的前期试验研究 1 1 磷 渣研 究 与应 用现状 目前关于磷渣的研究与应用较广泛， 但主要用作水泥混和 材、 路基材料、 墙体材料( 如砌块和砖 ) 、 瓷砖 、 微晶玻璃等装饰 材料； 还有的将其用于陶瓷釉料的配制。 本试验总结近年混凝土用矿物掺合料的经验基础上， 研究 生产中等细度的磷渣微细粉， 并研究其在中等强度混凝土中的 最大和最优掺量， 最大限度地消耗磷渣， 提高混凝土质量， 配制 高性能混凝土 。 1 2 微细粉体技术参数确定 通过小型球磨机， 改变球磨工艺参数 ， 得到不同粉体 ， 然后， 通过碱活性检验方法， 研究粉体参数与其碱活性之间的关系， 最 终确定出的混凝土磷渣微细粉体的技术参数如下： ( 1 ) 比表面积 ： 3 8 0 - 4 5 0 m2 k g o ( 2 ) 颗粒尺寸范围： D 9 0 3 5 tx m， D 5 0 1 5 Ix m 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ Jo 3 1 8 ( 3 ) 密度： 不小于 2 8 g c m 。 表 1 是磨细磷渣微细粉与其他矿物掺合料部分性质的对 比， 其 C a O含量过高， A l ： 0 ， 含量较低。 其潜在碱和性较大， 必须 进行检验。 表 1 磨细磷渣与其他矿物掺合料的性质对比 注： s F为硅粉； P F A为粉煤灰； G G B S为磨细高炉矿渣； P S 为磷渣。 1 3 碱 活性 利用检验混凝土用矿物掺合料潜在活性的常用简单试验 方法来测定磷渣微细粉体的碱和胜， 即用磷渣微细粉体取代3 0 水泥时的标准胶砂强度与纯水泥胶砂强度之 比的大小来检验 其活性高低 。 试验结果 ： 按 2 8 d抗压强度比， 磷渣微细粉体的潜在碱活 性在 6 5 左右。 按 2 8 d的抗折强度比， 磷渣微细粉体的碱活 性在 8 0 左右 ， 也就是说， 磷渣在某种意义上讲可以提高混凝 土的折 压比， 从而降低混凝土的脆性 ， 这是其他矿物掺合料 所不具备的。 磷渣微粉的掺入不仅不降低胶砂的流动性， 反而 可 以提高 1 5 以上。 即使磷渣微粉在室内 自然放置一年 ， 内 掺3 0 ,-4 0 时， 其抗压、 抗折的碱活性分别可达 7 6 8 2 和 8 2 一 一 9 7 。 1 4混凝 土试 配 对于新磨制的和塑料编织袋密封室内 自然放置一年的磷 1 2 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 渣微细粉体进行了混凝土试配， 内掺 3 0 6 0 ， 检验其对混凝 土性能的影响。 新磨制磷渣微细粉试验结果见表2 。 内掺 3 0 o 5 o o 0 磷渣微细 粉体可以提高混凝土的坍落扩展度， 即可提高混凝土的流动I 生； 可 以看出， 磷渣混凝土的3 、 7 d抗压强度较低； 同时可以看出， 掺量 增加， 同龄期强度下降， 即使内掺 5 0 ， 2 8 d 抗压强度等级仍可接 近 C 4 5 。 磷渣微细粉对混凝土抗折强度的贡献相对于抗压强度略大。 表 2混凝土试配 编号 P S坍落度 扩展 度 塑壅 d 抗折 强度 N t L 赫 昔 一 mm mm 3 d 7 d 2 8 d MPa 放置一年的磷渣微粉试验结果见表 3 。 可以看出， 在内掺 3 0 o 5 0 几乎不降低混凝土的 2 8 d 抗压和抗折强度， 但早期强 度下降明显。 另外， 磷渣的掺入提高了混凝土的工作性。 表 3混凝 土试配 1 5 水化动力学 1 5 1 凝结时间 由于磷渣中残留少量的磷和磷化物， 这将影响胶体材料的 水化过程。 磷和磷化物主要起缓凝作用， 会延长胶凝材料的初凝 和终凝时间。 随着磷渣掺量的增加， 混凝土的初凝时间明显延长。 在掺量为4 0 以内时， 不增加混凝土终凝时间与初凝时间的间隔。 1 5 2 胶凝材料水化热 表 4为利用直接法测得的磷渣微细粉掺量对胶凝材料水 化热的影响。 可以看出， 磷渣掺人可显著降低胶结材的水化热。 表 4 水化热检测结果 磷渣微细粉的这一性能， 对于降低混凝土的早期热裂缝十 分有益 ， 特别适用于大体积混凝土， 如大坝、 桥梁的承台、 墩、 柱、 底板等大型基础混凝土。 1 6混凝 土耐 久性 1 6 1 抗渗性 许多研究表明， 磷渣可显著提高混凝土的抗渗性能。 电通量 试验结果见表 5 。 可以看出， 适当磷渣的掺入可显著提高混凝土抗渗性， 而且 随着龄期延长 ， 磷渣混凝土的抗渗性能显著提高。 1 6 2 干缩 对混凝土进行收缩试验， 结果见图 1 ， 对于磷渣掺量在 3 0 1 22 表 5 混凝土抗渗试验 6 O O 500 4oo 宝 蠢3 0 0 2 O0 1 0 0 O 5 0 1 O O 1 5 0 2 0 0 龄期 ， d 图 1 混凝土干缩试验结果 6 0 时， 7 d内的干缩值小于纯水泥混凝土 ， 2 8 d时， 除掺量为 6 0 磷渣混凝土的收缩值高于纯水泥混凝土外 ， 其他掺量磷渣 混凝土的干缩均小于对比混凝土。 随着龄期延长， 特别是 9 0 d 之 后， 所有磷渣混凝土的干缩值均低于对比纯水泥混凝土。 1 6 _ 3 钢筋腐蚀性 采用硬化砂浆法来检验磷渣微细粉对钢筋的腐蚀性试验 结果表明， 内掺 3 0 6 0 的磷渣微细粉不会影响胶凝材料的护 筋性能。 因此， 在适当掺量范围内， 磷渣微细粉中的残留化合物 不会诱发钢筋腐蚀。 2 在混凝土中应用试验研究 有针对性进行预拌混凝土的应用试验研究。 即针对贵阳 的地方材料对 C I O C 5 0 泵送( 坍落度 ( 2 0 0 3 0 ) m i l 1 ) 预拌混 凝土进行试验研究。 进一步确定磷渣微粉的合理掺量； 验证掺 磷渣微粉混凝土的和易性 、 工作性 、 凝结时间、 收缩 、 抗渗性 、 力学性能 ； 对外加剂的适应情况 ； 探讨混凝土生产 、 施工 、 养 护工艺 。 2 1配合 比试 验 ( 1 ) 目的： 确定掺量， 调整和易性 ， 验证性能指标。 ( 2 ) 试验方案见表 6 、 8 。 ( 3 ) 试验结果见表 7 、 9 。 磷渣微粉内掺 2 0 4 0 ， 早期强度较低 ； 2 8 d强度压折 比 为 8 左右， 坍落度扩展度 比较有明显增大， 即磷渣微粉对混凝 土的流动性有帮助 ； 从新拌混凝土和易性看， 单掺磷渣微粉混 凝土有不同程度的泌浆； 另外混凝土的凝结时间比粉煤灰混凝 土推迟 9 0 1 8 0 mi n ， 应引起重视， 可通过外加剂调节。 表 7是在表 6的基础上调节 昆凝土的泌浆等和易性及凝 结时间调整， 采用复掺粉煤灰取代部分细集料来调节混凝土的 泌浆和易性， 通过外加剂调凝组分的改变 ， 来调节混凝土的凝 结时间， 从试验结果得出该方案是可行的。 试验结果见表 9 。 结合预拌混凝土的特性， 对以上方案新拌混凝土的坍落度 损失进行检测， 结果为 3 h内坍落度损失均在 3 0 mn l 以内， 能满 足施工要求。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 6 兰花牌 P o 4 2 5水泥、 磷渣微粉、 R ST泵送剂 配合比 2 2混 凝土 生 产工 艺 2 2 1 一般要求 ( 1 ) 配置磷渣微细粉混凝土时， 水泥 、 磷渣粉、 外加剂之间 应有良好的适应性， 选用外加剂 、 水泥应通过混凝土试验确定。 ( 2 ) 水泥宜采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥， 水泥强度 等级宜选用 P O 4 2 5 级或 P 0 4 2 5 R级以上等级。 使用前必须 经过混凝土试验选用。 ( 3 ) 低等级混凝土可用磷渣微粉与粉煤灰复合掺加 ， 调节 和易性 ， 但必须通过混凝土试验确定。 ( 4 ) 掺磷渣微细粉的混凝土的放射性核素的放射性 比活度 应满足现行国家标准 G B 6 5 6 6 ( 建筑材料放射性核素限量 的 规定 。 2 2 2 配合比设计 ( 1 ) 根据设计强度等级、 耐久性 以及施工要求的混凝土拌 合物工作性 ， 采用实际工程使用的相同原材料， 按 J G J 5 5 普通 混凝土配合比设计规程 的规定进行。 ( 2 ) 混凝土的水胶比减小时， 宜采用较大掺量 ； 混凝土浇筑 环境温度较高时， 宜采用较大掺量 ； 混凝土验收龄期较长时， 宜 采用较大掺量 ； 混凝土构件最小截面尺寸较大时， 宜采用较大 掺量； 对有抗腐蚀要求的混凝土， 宜采用较大掺量； 对早期强度 有要求或环境温度较低条件下施工的混凝土， 宜降低掺量。 2 2 3 混凝土的生产与运输要求 ( 1 ) 磷渣微粉混凝土应采用强制式搅拌设备。 ( 2 ) 搅拌时间宜适当延长， 以确保混凝土均匀。 ( 3 ) 混凝土运输时， 应保持混凝土拌合物的匀质性 ， 不发生 分层离析。 ( 4 ) 混凝土出厂坍落度与设计偏差应符合表 1 0要求。 表 1 0 混凝土出厂实测坍落度与要求坍落度的允许偏差 mm ( 5 ) 对于泵送混凝土， 坍落度大于等于 1 0 0 m m， 运至浇筑 地点的坍落度损失应符合表 l 1 要求。 表 1 1 混凝土坍落度损 失允许 r n r t l ( 6 ) 预拌泵送混凝土的凝结时间宜符合表 1 2要求。 表 1 2 预拌预拌泵送混凝土凝结时间要求 m i m 2 3 混 凝土 浇 筑工 艺 浇筑时，应避免漏振或过振。 振捣后的混凝土表面不应出 现明显的掺合料( 磷渣微粉) 浮浆， 如出现浮浆层应处理干净。 磷渣微粉混凝土抹面， 应至少进行两次以上搓压。 最后一次 搓压应在泌浆结束、 凝结前完成。 l 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 混凝土一次浇筑厚度不宜过厚， 避免不均匀流淌， 出现掺 合料浮浆夹层。 混凝土浇筑宜从一端向另一端推进， 确保浇筑面混凝土新鲜。 对于较大面积及较大厚度的结构， 混凝土浇筑应配备足够 的浇筑设备， 合理划分浇筑段， 宜采用水平分层梯次跟进浇筑。 由于磷渣微粉混凝土的早期强度相对较低， 冬季应用应慎 重， 施工应采取相应措施。 2 4 混凝 土养护 工 艺 混凝土成型完毕后 ， 应及时覆盖表面并进行保湿养护。 在高 温季节或大风、 日照较强的环境中或对水胶比小于 0 4 0的混凝 土浇筑成型后应立即覆盖或采用其他保湿措施， 如环境雾化。 混凝土保湿养护时间不宜少于 7 d 。 对于预拌泵送混凝土 大多掺加缓凝剂 ， 其保湿养护时间不宜少于 1 4 d 。 2 5 质量检验评定 混凝土的强度检验评定 ， 应按现行国家标准 GB 5 0 1 0 7 混 凝土质量检验评定标准 执行。 磷渣微粉混凝土的强度验收龄期宜为 6 O 、 9 0 d 或按合同规 定的其他龄期执行。 严格控制引气。 上接第 1 2 0页 1 o 叶梅新， 唐习龙， 肖佳启密实钢管混凝土的设计及应用研究l J 混凝 土与水泥制品， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 1 8 2 0 【 1 1 】 许兆斌， 王远锋， 邓妙辉 大型钢管混凝土拱桥泵送混凝土配合比设 计【 J 1 桥梁建设， 2 0 0 4 ( 3 ) ： 2 7 3 0 1 2 1 雷俊卿， 赵小星 汉中潘家河大桥钢管混凝土配合比设计与试验研 究 J 】 公路， 2 0 0 5 ( 1 1 ) ： 1 7 7 1 8 0 1 3 1 丁虎 ， 郝建忠， 龚汉甫， 等 大跨径钢管拱主弦管混凝土在益阳南县 茅草街大桥的配制及应用情况 J 1 _混凝土， 2 0 0 6 ( 1 0 ) ： 5 2 6 0 【 1 4 倒1 振平， 金慧忠 ， 蒋正武， 等 聚羧酸系减水剂在钢管混凝土拱桥施 工中的应用 J 建筑技术， 2 0 0 6 ， 3 7 ( 1 ) ： 6 0 6 2 1 5 N功元， 彭劲， 袁长春， 等 支井河大桥 C 5 0 钢管微膨胀混凝土配合 比试验叨 桥梁建设， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 3 2 3 4 1 6 蒋正武 ， 李享涛， 孙振平， 等 钢管拱自密实混凝士的配制与应用J 1 建筑材料学报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 2 ) ： 2 0 3 2 0 9 【 1 7 李悦 ， 张丽慧目 密实微膨胀钢管混凝土的研制与应用f J 1 _北京工业 大学学报， 2 0 0 5 ， 3 1 ( 5 ) ： 4 9 6 4 9 9 1 8 1 吴文清， 罗瑞华， 钱配舒 ， 等C 5 0自密实微膨胀钢管混凝土配制与 应用研究叫 建筑技术开发， 2 0 0 6 ， 3 3 ( 7 ) ： 6 4 6 6 1 9 张鸿， 方华， 黄彭， 等钢管混凝土配合比正交试验研究【 J 1 公路交通 科技， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 1 ) ： 9 5 9 9 2 0 丁庆军， 彭艳周， 何永佳 ， 等 巫山长江大桥钢管混凝土配合比设计 与施工l J 混凝土， 2 0 0 6 ( 1 0 ) ： 6 l 一 6 4 f 2 1 李北星， 赵日煦， 陈耀丽 C 6 0 机制砂自密实钢管混凝土的配制 混 凝土 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 1 0 0 1 0 3 2 2 四川公路桥梁建设集团有限公司， 等混凝土材料与泵送技术研究 报告( 七) R 】 巫山长江公路大桥特大跨钢管混凝土拱桥设计施工技 术。 2 0 0 5 2 3 】 福州大学土木建筑工程试验检测中心 漳州西洋坪钢管混凝土拱桥 核心混凝土配合比设计试验报告【 R 】 2 0 0 7 2 4 福州大学土木建筑工程试验检测中心 泉州百崎湖钢管混凝土拱桥 核心混凝土配合比设计试验报告【 R J 2 0 0 7 2 5 武金良， 刘崇亮， 彭艳周， 等 混凝土含气量对 C 5 0自密实钢管混凝 土膨胀性能的影响 国外建材科技， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 2 ) ： 2 1 - 2 3 【 2 6 】 宋小兵 下承式钢管混凝土提蓝拱桥混凝土配制与施工 J 山西建 筑， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 1 0 ) ： 1 3 9 1 4 0 2 7 1 周维勋 拱形钢管 C 5 0 微膨胀混凝土的配合比设计【 J 1 福建建材 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 5 4 5 6 2 8 1 柳州市龙屯路立交桥钢管拱高性能混凝土研制 J 】 企业科技与 1 2 4 3结 论 ( 1 ) 磷渣经适当球磨， 比表面积达到 3 8 0 4 5 0 m2 k g时， 只要 保证合理的颗粒级配， 则可满足混凝土掺合料的基本胜能要求。 ( 2 ) 磷渣微细粉体具有较高的潜在碱和性 ， 其碱和性介于 粉煤灰和磨细矿渣之间。 ( 3 ) 在混凝土中内掺 3 0 6 0 的磷渣微细粉体可配制出 2 8 d抗压强度达 C 2 5 C 5 0左右的混凝土。 ( 4 ) 磷渣微细粉体的需水量略小于水泥， 有轻微减水作用 ； 它可显著提高混凝土的流动性 ， 降低胶结材的水化热 ， 特别实 用于大体积混凝土， 降低混凝土的早期热裂缝趋势 ， 提高混凝 土的施工质量。 ( 5 ) 磷渣混凝土具有早期强度低 、 后期强度高特点， 体积稳 定性好， 具有较好的耐久陛。 ( 6 ) 从对磷渣微粉混凝土的试验研究及实际应用效果看 ， 磷渣微粉作为混凝土用矿物掺料是可行的。 作者简介： 贺军鱼( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 高级工程师。 联系地址： 四川省内江市铁站街 8 1 号 5 幢 1 7 号( 6 4 1 O O 1 ) 联系电话： 1 3 9 0 8 5 0 0 9 9 1 发展 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 8 3 8 6 【 2 9 王彤， 陈维超 中承式拱桥钢管混凝土泵送顶升施工技术 J 1 中外公 路， 2 0 1 0 ， 3 0 ( 4 ) ： 2 1 0 2 1 3 【 3 0 林建辉 钢管微膨胀混凝土的配制【 J 1 科技资讯， 2 0 0 6 ( 2 7 ) ： 7 2 7 3 3 1 胡勇 钢管混凝土拱桥拱肋核心混凝土的可泵性研究 J 1 _公路交通技 术 ， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 8 0 8 1 3 2 荣劲松， 石雪飞 湘潭莲城大桥钢管混凝土配合比试验研究【 J J l 福建 建材 ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 1 4 1 6 【 3 3 孟焕陵， 赏锦国， 黄维钢高强钢管混凝土强度发展规律试验研究 J 1 建筑结构， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 2 0 2 2 3 4 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 ， 自密实混凝土应用技术规程 S 3 5 日本建筑学会， 自密实混凝土施工指南 s 】 1 9 9 8 3 6 欧洲， 自密实混凝土规范和指南 s 2 0 0 2 3 7 傅沛 ， 张全贵， 黄艳平 自密实混凝土检测方法探讨 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 9 ) ： 7 7 8 3 3 8 g 欣， 姚武 混凝土体积稳定性的测试方法J 1 建筑技术， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 4 ) ： 3 0 3 3 0 4 【 3 9 B E N T Z D P ， G E I K E R M R， H A NS E N K KS h ri n k a g e - r e d u c i n g a d mi x - t u r e s a n d e a r l y a g e d e s i c c a t i o n i n c e m e n t p a s t e s a n d m o aa r C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 7 ) ： 1 0 7 5 1 0 7 8 4 0 K OV L E R K， Z HU T O VS KY S O v e r v i e w a n d f u t u r e t r e n d s o f s h ri n k a g e r e s e a r c h M a t e ri a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 6 ( 3 9 ) ： 8 2 7 8 4 7 4 1 N AG A T AK I S ， GO MI H E E x a n s i v e a d m i x t u r e J C e me n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 1 9 9 8 ( 2 0 )： 1 6 3 1 7 0 2 1 古 月 曙光， 何永佳， 吕林女 调节混凝土内部相对湿度的释水因子技术 及其应用叨 铁道科学与工程学报， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 1 1 - 1 4 4 3 B E N T Z D P ， L U R A P， RO B E R T S J W Mi x t u r e p r o p o r t i o n i n g f o r i n t e r h a l c u r i n g J C o n c r e t e I n t e ma t i o n a l ， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 2 ) ： 3 5 - 4 0 4 4 】 田倩， 孙伟， 缪昌文， 等 高性能混凝土自收缩测试方法探讨【 J _ 建筑 材料学报， 2 0 0 5 ， 8 ( 1 ) ： 8 5 8 9 4 5 G B J 8 2 2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法【 s 】 4 6 1 G B 5 0 1 1 9 2 O 0 3 ， 混凝土外加剂应用技术规范【 s 】 作者简介： 李锋( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 博士， 副教授， 研究方向为桥梁与隧道结 构材料。 联系地址： 福建省福州市福州地区大学新区学园路 2 号 福州大学土 木工程学院( 3 5 0 1 0 8 ) 联系电话： 1 3 9 5 0 4 0 3 2 9 3 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m