浅析磷矿渣作为掺合料在碾压混凝土中的运用
摘要：磷矿渣掺入混凝土后，混凝土热峰值减小，后期强度增加，混凝土极限拉伸值增大，有利于减少混凝土温度裂缝，保证混凝土耐久性；同时可充分的利用外加剂的特殊性能延长混凝土初、终凝时间，降低大体积混凝土施工强度，有利于新老混凝土层间结合。
贵州省磷矿渣生产、资源分布情况贵州磷矿资源十分丰富，有很多家黄磷生产企业，生产规模比较大的有：贵州黔能天和磷业有限公司、贵州开磷集团磷业公司、贵州瓮福黄磷有限公司，这一些企业每制取一吨黄磷大约排放出8~10吨的磷矿渣，全省每年磷矿渣的排放量大约在150万吨〜200万吨之间，并且还在逐年增加，故磷矿渣储量较大。磷矿渣作为一种工业废渣，大量采用露天堆放，占用土地资源，环境污染日趋严重，越来越引起人们的重视，尤其磷矿渣中的活性化学物质，更引起很多工程技术工作者的广泛关注，磷矿渣综合利用势在必行。
⑴贵州黔能天和磷业有限公司：天和磷业有限公司位于开阳县天和镇，目前存储磷矿渣约1000万吨；该公司共有7台大炉和3台小炉，具备年产磷矿渣约45〜50万吨的生产能力。
⑵贵州开磷集团磷业公司：位于息峰县小寨坝，1989年正式投产，目前储藏磷矿渣60万吨，拥有一条加工磷矿渣7万吨的球磨设备。磷矿渣部分供应在息峰水泥厂作混合材使用，四川重庆一些商家准备在该厂进行磷矿渣开发。该公司有2台大炉，具备年产磷矿渣约6万吨的生产能力。
⑶贵州瓮福黄磷有限公司：位于福泉市郊，目前储藏磷矿渣约30万吨。该公司有1台提炼黄磷的电炉，年产磷矿渣5万吨左右，每4小时排放磷矿渣一次。
黄磷厂生产黄磷时，采用磷矿石（主原料）、焦碳（还原剂）、硅石（助熔剂）破碎烘干后按比例入炉煅烧
（煅烧温度达1400°C左右），提炼出约10%黄磷，排出的剩余物刚出炉时呈黑色凝胶熔融状态，温度1350-
1500°C，经过水淬后，成为粒状磷矿渣（粒径细皿），其外观呈青灰色或灰白色,P2O5含量越高颜色越深。⑴磷矿渣的物理性质松散容重1100kg/m3,比重2.9左右。
⑵磷矿渣化学成分磷矿渣的化学成分主要有iO2、CaO、P2O5、A12O3、MgO等，其中的SiO2、CaO、Al2O3为活性物质，掺入水泥或混凝土中能和水泥水化产物继续发生二次水化反应，提高水泥或混凝土的后期强度，磷矿渣的质量通常用质量系数的大小来衡量，而磷矿渣中的O5则对水泥或混凝土产生危害，故我国于1986年制定了《用于水泥中的粒化电炉磷矿渣》GB6645-86国家标准，其技术规定为：①质量系数K=
（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+P2O5）《1.10；②电炉磷矿渣中P2O5才3.5；③体积密度＞1.3kg/L（指干基，松散容重）。磷矿渣活性在于水淬急冷后活性成分的玻璃体含量，其玻璃体结构为c2as-c3s2。玻璃质的结构主要由CaO/SiO2的改变而相应产生一些变化，磷矿渣中的CaO起到网络的作用，硅酸盐的聚合程度随着CaO的增加而改变，桥氧键断裂，化学键能降低，产生的断点氧又被Ca2+以非桥氧键连接起来。即=Si-O-Si=+Ca-O-=Si-O-Ca-O-Si=。磷矿渣的水硬活性高低与化学成分有关，活性高低用质量系数大小来评定，但必须在磷矿渣水淬充分时才具备比较好的潜在活性规律。
⑶磷矿渣的矿化机理：水泥厂生产水泥时，用电炉磷矿渣配料，代替部分石灰石和粘土，具有加快熟料煅烧，降低热耗的矿化作用。这是由于电炉磷矿渣中含有P2O5和F-等矿化离子，能降低液相粘度和液相生成温度，促进固相反应，加速C2S对CaO的吸收和C3S结晶矿物的形成。
磷矿渣是由大量表面十分光滑的玻璃体组成，所以其需水比不大，基本上不增加混凝土用水量。又由于磷矿渣含有较高的活性物质SiO2和CaO,易于生成C-S-H凝胶，所以磷矿渣的抗住压力的强度高，特别是后期强度。
磷矿渣在建材系统水泥生产行业中作混合材的应用技术已成熟，随着对磷矿渣认识的深入，在水利水电工程中作为碾压混凝土掺合料也得到应用，如云南大朝山水电站工程均有过使用实例，积累了一定经
验并取得较好的技术经济效果。大朝山电站就地取材，在国内首次采用凝灰岩(N)和磷矿渣(P)各50%混合磨细为混凝土掺合料，通过在大朝山水电站使用NP掺合料获得的试验结果得出以下几点结论：
混凝土强度随着龄期的增长而增加，并随其掺和料掺量的增加混凝土后期强度增长速率增大。根据试验数据综合分析，NP掺量50%时，R90/R28为1.38；NP掺量60%时，R90/R28为1.42。
碾压混凝土干缩变形随着NP掺量的增加而有所增大，在0.5水胶比50%〜60%掺量90d干缩变形为3.80〜4.32X10-4。
为了使贵州境内的磷矿渣得到一定效果的综合利用，我们以索风营电站工程为依托，针对索风营工程碾压混凝土坝施工特点，结合云南大朝山电站的成功应用经验，拟采用磷矿渣(P)和粉煤灰(F)复掺作为碾压和常态混凝土掺合料应用于工程中。由于磷矿渣和粉煤灰均具有活性，同时掺入混凝土中使二次水化变得更复杂，且二者颗粒结构不同，比重也相差较大，在混凝土中和水泥、外加剂等材料能否相容，还要进一步做试验论证，以保证大坝混凝土结构物的安全。
论证试验采用索风营工程使用的原材料，进行单掺粉煤灰、单掺磷矿渣、复掺粉煤灰和磷矿渣，并进行不同掺量对比试验方案的试验研究，从碾压混凝土各种力学、变形、抗渗、耐久、热学等性能方面进一步论证磷矿渣作为混凝土掺合料的可行性。
试验选用贵州水泥厂生产的普通硅酸盐42.5水泥、凯里电厂粉煤灰、贵州开磷集团有限责任公司出产
试验采用条件与测定碾压混凝土拌和物凝结时间，取得的两种掺合料不同比例碾压混凝土抗压强度成
⑴国内外利用磷矿渣作为混凝土掺合料有成功的经验可借鉴，用于工程时，对磷矿渣的现场质量控制,
可根据工程情况参照国标《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046-2000）、《用于水泥中的
粒化电炉磷矿渣》（GB6645-1986）、《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》（GB1596-96）和硅酸盐水泥专业
⑵磷矿渣水淬后为粒状物质，需磨细后进行使用，磨得越细，其活性越得到充分的发挥，但磨得过细将 增加加工成本，经济效益得不到体现，应从技术、经济两方面考虑找出适宜的磷矿渣比表面积，从改善、
⑶根据磷矿渣在其它工程中的使用经验，因磷矿渣比重大，掺在混凝土中对混凝土的工作性有不利影 响，且由于磷矿渣活性较高，掺入混凝土中将提高混凝土后期强度。故在应用前应依据工程设计和施工要 求确定合适的掺加方法及掺量。
⑷根据以往云南昭通渔洞水库和大朝山电站工程运用磷矿渣经验，磷矿渣各项物理性能指标按 GB1596-96《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》II级粉煤灰标椎来控制是可行的。
目前贵州省磷矿渣的应用还只是停留在水泥生产领域作为一种补充混合材料，耗量有限，在水利水电 工程方面尚待开发和应用。根据磷矿渣在云南渔洞水库工程和云南大朝山水电站工程的应用情况去看，磷 矿渣掺合料具有较高的后期活性，在混凝土中掺用，可大掺量替代水泥，降低水化温升，对大坝的温控防 裂有利，在技术上是可行的；作为一种工业废渣，原料价格低，并可就近选址加工，经济效益显著。
以索风营工程为例，采用目前供应索风营电站的 表9掺合料出厂单价分析对照表 单位：币吨
凯里粉煤灰与三家黄磷公司生产的磷矿渣进行比价 分析。其对照表见表 10。
⑴贵州省水能理论蕴藏量达 1845.44 万千瓦，居全 国第六位，可开发水能达 1683.3 万千瓦，居全国第四 位。水能资源大多分布在在长江流域的乌江和珠江流域 的南北盘江，其中尤以乌江开发前景耀人眼目，是国
方 案 掺和料掺励 丁程所耗掺合料量万吨 掺和料单价元/吨） 工程所耗掺合料价万元） 用磷渣节 余（万元）
家规划的12个水电基地之一。乌江干流规划建设 10个梯级电站，其中9个在贵州境内，规 划总装机容量七百七十四点五万千瓦。清 水河位于黔中地区，目前共规划开发大花 水、下坝、格里桥、脚渡河等四个梯级电 站，流域开发总装机为32.6万千瓦。近两年来，贵州省内的构皮滩、思林、光照、三板溪3个100—300
万千瓦级的电站和省际界河南盘江上的平班电站先后开工。目前，省内乌江上的沙沱、北盘江上的董箐、 马马岩3座共约200万千瓦左右的大型电站尚未开始建设。今后一个时期，国家将在贵州投资近三百亿元 进行水电开发。
⑵水电开发中的重要建筑物一一拦河大坝大多采用相对来说还是比较成熟的碾压混凝土筑坝技术。由于粉煤灰 在碾压混凝土中的掺量较大，贵州境内符合混凝土标准的粉煤灰资源短缺，故粉煤灰需从省外调入，增加 了工程成本。为此，为了有效解决因碾压混凝土中掺和料资源严重不足给工程项目施工带来的被动局面，我们 赏识采用磷矿渣部分取代粉煤灰进行碾压混凝土性能研究。综合利用贵州境内的磷矿渣资源，以利降低工 程成本。
⑶磷矿渣作为一种工业废料，不仅占地堆放，其中的有害化学成分还对水源、环境能够造成污染，索风营
水电站大坝混凝土利用当地资源优势，并经过试验论证，采用磷矿渣作为混凝土掺合料，能够改善混凝土 的性能，技术上可行，经济上节约工程投资，技术经济效果非常明显，有现实意义。
综上所述，结合云南昭通渔洞水库工程常态混凝土和云南大朝山水电站碾压混凝土用磷矿渣作为掺合 料的成功经验，可以说明磷矿渣用作混凝土掺合料在索风营水电站工程上作为掺合料使用技术上是可行的 若使用磷矿渣替代粉煤灰用作混凝土掺合料，不仅能解决水电工程上的灰源短缺问题，还可获得技术、 经济、环保等方面的综合效益。