粒化电炉磷渣粉在水下混凝土中的应用

粒化电炉磷渣粉在水下混凝土中的应用

张昌军

四川智通路桥工程技术有限责任公司  四川成都610000

摘 要  磷渣是电炉法制取黄磷时得到的一种工业废渣，经冷淬成粒，粉磨烘干后得到磷渣粉，具有较高的矿物活性。为充分利用地域资源，制备绿色低碳高性能混凝土，现以黑水河特大桥桩基为背景，从桩基混凝土配合比设计、浇筑等方面介绍磷渣粉在混凝土中的应用。

关键词：磷渣【1】；磷渣粉【2】；磷渣混凝土【3】；强度；和易性；凝结时间

黑水河特大桥设计桥跨布置为5×40m+550m+3×38.5m悬索桥，其中边跨为预应力T梁，主跨主梁为550m钢桁梁，桥面板为正交异性钢桥面板，主塔设两道横梁；宁南岸塔高103m，桩基桩径2.5m，深度60m；攀枝花岸塔高140m，桩基桩径2.5m，深度70m；索塔桩基共计36根，桩基混凝土采用C35水下混凝土，为满足施工需要，确保工程质量，我们试验室从混凝土配合比设计开始，多方查阅资料，进行磷渣粉混凝土配合比设计【4】，大量掺入磷渣粉，通过大量的试配，制备出满足施工要求的磷渣粉混凝土配合比，为桩基混凝土的施工提供了保障。

一、磷渣粉简介

磷渣是电炉法制取黄磷时得到的一种经冷淬处理后的工业废渣。磷渣的主要成分是硅酸盐和铝酸盐玻璃体,玻璃体含量在85 %～90 % ,另外还含有少量细小晶体,结晶相中有假硅灰石、石英、方解石、氟化钙、硅酸二钙和硅酸三钙存在,因此磷渣具有较高的矿物活性。

粒化电炉磷渣粉为用电炉法制黄磷时所得到的以硅酸钙为主要成分的熔融物,经淬冷成粒、磨细加工制成的粉末，简称磷渣粉。

目前我国黄磷产能主要分布在水电资源和磷矿资源相对集中的省份，即云贵川，而四川主要分布在攀西、雅安地区。据统计，每生产1吨黄磷要排放8~10吨的磷渣，我国每年排放磷渣约800万吨，基本上没有得到有效的利用，作为废渣堆积如山，不仅占用大量土地，而且其中含有少量的磷酸根离子和氟离子也会随雨水渗入地下，严重污染环境。

二、原材料基本情况

1、水泥【5】

本项目使用四川省宁南县白鹤滩水泥有限责任公司生产的普通硅酸盐水泥，代号P.O 42.5，白鹤滩水泥采用新型干法水泥生产线，日产2500吨熟料。水泥性能检测结果表明，水泥各项性能指标符合《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007对普通硅酸盐水泥的有关规定。

表1水泥指标

2、磷渣粉【1】

本项目采用会东金烨磷渣综合利用有限公司生产的L85级磷渣粉，年产量100万吨。磷渣粉检测结果表明，各项性能指标符合《用于水泥和混凝土中的粒化电炉磷渣粉》GB/T 26751-2011中的有关规定。

表2磷渣粉指标

3、粗、细集料【6】

本项目采用黑泥沟料场生产的集料，黑泥沟料场配备一台鄂破，两台圆锥破，两台制砂机，日产量4000吨，其中砂1500吨，5-10mm碎石500吨， 10-20mm碎石1000吨， 16-26.5mm碎石1000吨。粗、细集料检测指标满足《公路桥涵施工技术规范》JTG/T 3650-2020中的有关规定。

表3砂指标

表4碎石指标

4、减水剂【7】

本项目使用攀枝花市吉源科技有限责任公司生产JY-PC-02型缓凝型高性能减水剂，公司位于攀枝花市仁和区南山循环经济发展区，拥有专业的产品研发团队，是专业从事混凝土及相关建筑材料研发、生产、销售的高新技术企业。公司拥有一流的生产设备及完善的检测设备，年化学合成能力5万吨，复配能力10万吨。减水剂检测结果表明，各项性能指标符合《混凝土外加剂》GB 8076-2008中的有关规定。

表5高效缓凝减水剂指标

5、水【8】

本项目混凝土生产用水为井水。生产用水检测结果符合《混凝土用水标准》JGJ 63-2006中的有关规定。

表6水基本指标

四、配合比设计及试验【4】

本项目水泥混凝土配合比首先由项目总工组织工程处、机料处、合同处及试验室召开混凝土配合比设计交底会，确定本项目需用到的配合比标号及相关要求，试验室依据设计文件收集相关技术要求，进行料源考查，准备相应原材料，设计C35水下混凝土配合比，并对掺磷渣粉与纯水泥配合比进行对比。

C35水下混凝土配合比设计依据JGJ 55-2011 《普通混凝土配合比设计规程》就设计文件进行，计算配制强度为43.2MPa，水胶比选取0.39，磷渣粉掺量为胶凝材料的20%，砂率选取41%,设计容重2450kg/m3，设计坍落度200±20mm。

经试验室试拌，混凝土工作性良好，选择基准水胶比0.39，砂率41%。根据基准水胶比上下浮动0.03，进行以下配合比试验。

表7配合比试验结果

1号配合比，混凝土拌合物初始坍落度为200mm，扩展度为570mm，容重2460Kg/m³，含气量2.4%，和易性良好、粘聚性良好、无泌水、含砂量（中）、2h坍落度、扩展度无损失，初凝时间13h27min，终凝时间15h19min。

2号配合比，混凝土拌合物初始坍落度为210mm，扩展度为610mm，容重2460Kg/m³，含气量2.8%，和易性良好、粘聚性良好、无泌水、含砂量（中），2h坍落度、扩展度无损失，初凝时间14h16min，终凝时间17h01min。

3号配合比，混凝土拌合物初始坍落度为180mm，扩展度为520mm，容重2440Kg/m³，含气量2.2%，和易性良好、粘聚性良好、无泌水、含砂量（中），2h坍落度、扩展度无损失，初凝时间14h43min，终凝时间17h21min。

4号配合比，混凝土拌合物初始坍落度为185mm，扩展度为500mm，容重2480Kg/m³，含气量2.3%，和易性良好、粘聚性良好、无泌水、含砂量（中）、2h坍落度、扩展度无损失，初凝时间8h43min，终凝时间11h16min。

5号配合比，混凝土拌合物初始坍落度为185mm，扩展度为530mm，容重2470Kg/m³，含气量2.6%，和易性良好、粘聚性良好、无泌水、含砂量（中），2h坍落度、扩展度无损失，初凝时间9h13min，终凝时间11h33min。

6号配合比，混凝土拌合物初始坍落度为170mm，扩展度为480mm，容重2470Kg/m³，含气量2.1%，和易性良好、粘聚性良好、无泌水、含砂量（中），2h坍落度、扩展度无损失，初凝时间9h46min，终凝时间12h25min。

五、试验结果分析

根据试拌试验可以得出，2号配合比工作性、强度各项指标均满足设计施工要求。掺入磷渣粉能有效延长混凝土凝结时间，有利于桩基及大体积混凝土的施工控制。掺入磷渣粉后，混凝土7天强度较28天强度增长幅度更大。

六、施工情况

黑水河大桥桩基混凝土现场浇筑坍落度控制在200±20mm。混凝土拌和完成后，首先在拌和站对拌出的混凝土进行坍落度试验及混凝土试件取样，保证混凝土质量，未经检验及检验不合格的混凝土，不允许用于浇筑；检测合格后的混凝土可出站，前往施工场地，因到达施工场地的运输距离较长，混凝土到达现场后，需对混凝土状态进行二次确认，对坍落度进行检测后，混凝土工作性、和易性满足要求方可进行混凝土浇筑。

因拌和站距离浇筑现场距离较远，且路经国道、码口镇街道和居民区，存在路线不畅致使浇筑不顺利以及发生安全风险的的可能，因此在浇筑前，提前安排车辆检查道路情况，并在浇筑过程中巡查道路情况，同时可与交通主管部门协调限制通行问题，保证浇筑的顺利进行。

灌注过程中，严格控制导管埋深（按照规范要求控制在2～6m），防止导管提漏或埋管过深拔不出而出现断桩。浇筑过程中溢出的泥浆通过排水沟引至泥浆池内。

桩身混凝土灌注顶面为护筒顶面位置，为保证桩顶混凝土强度，在即将浇筑至桩顶时，跟随浇筑进度挖除桩顶表面浮浆，直至表面能看见骨料且无浮浆。

目前，黑水河大桥桩基均已完成施工，混凝土浇筑顺利，无异常情况发生。

结论

    通过掺入磷渣粉，水下混凝土具有更好的工作性，混凝土初终凝时间延长，能有效的减少因设备故障、道路拥堵等造成的施工风险。强度和良好的耐久性均满足设计及规范要求，适合水下混凝土及大体积混凝土施工；磷渣粉相对于粉煤灰来源单一，质量更加稳定可靠，活性更高；磷渣粉的掺入，节约了施工成本，减少了环境污染，具有较好的社会效应。

参考文献

（1）《用于水泥和混凝土中的粒化电炉磷渣粉》GB/T 26751-2011 .

（2）《混凝土用粒化电炉磷渣粉》（JC/T 317-2011）.

（3）《磷渣混凝土应用技术规程》（JGJ/T 308-2013）.

（4）《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011 .

（5）《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007.

（6）《公路桥涵施工技术规范》JTG/T 3650-2020.

（7）《混凝土外加剂》GB 8076-2008.

（8）《混凝土用水标准》JGJ 63-2006.