磷石膏改性水泥砂浆的性能分析

磷石膏改性水泥砂浆的性能分析

郑琼琼

广东省龙兴检测有限公司，广东，汕头，515041

摘要：磷石膏是一种广泛应用于化工、建材领域的无机化合物，主要成分为二水硫酸钙，含有一定量的放射性元素。随着磷石膏综合利用和处理要求提升，基于预处理方式降低磷石膏杂质成为常态。在此情况下，改性磷石膏被广泛应用，以此为原料制作的化工、建材材料性能受到影响。基于此，本文聚焦磷石膏改性水泥砂浆性能，基于实验分析，对此类砂浆的性能加以分析，以望借鉴。

关键词：磷石膏；改性磷石膏；水泥砂浆；性能分析

前言：当前，提高磷石膏综合利用率势在必行，在资源化利用过程中，以磷石膏为材料制备绿色建材成为重要方向。实际作业环节，以生石灰煅烧磷石膏，基于改性磷石膏与其他原料混合制作磷石膏改性水泥砂浆十分常见。在此情况下，深入研究磷石膏改性水泥砂浆的基本性能十分必要，可优化配比，并为现磷石膏应用方向创新提供辅助，还有利于发挥磷石膏改性水泥砂浆实用性。

1建材行业中磷石膏的资源化利用情况

一直以来，磷石膏都因杂质含量较高而存在整体利用率相对较低的现象。所以，提高磷石膏综合利用率成为重点，为达到这一目标国内外学者都在积极探索磷石膏无害化处理工艺。实践中，基于预处理方法清除杂质成为主流。相关工作人员可基于水洗法清除可溶性杂质以及部分有机物，也可基于浮选法清除有机物；前者效率高能耗也高，后者工艺简单但效率低。不仅如此，技术人员还可采用煅烧法，高效去除清除难溶性共晶磷杂质，或基于陈化法去除可溶磷酸盐，更可以基于球磨法清理大颗粒杂质；这三种方法优势各异，也分别存在成本高、污染大和操作难的劣势。在水泥砂浆配置环节，磷石膏的加入更能够延长水泥凝结时间，也能让水泥材料的强度得以提升。所以，磷石膏逐渐成为石膏基水泥砂浆、磷石膏喷涂墙体、填充骨料、砌块砖以及水泥缓凝剂等新型建材的主要制备原料。

2磷石膏改性水泥砂浆试块的制备工艺

本文重点研究以磷石膏为原料的石膏基水泥砂浆性能，研究样品由经过压制法以及浇筑法制成。实践中，技术人员主要采用生石灰陈化煅烧制备改性磷石膏，并在此基础上加入河砂、水、水泥共同制成磷石膏改性水泥砂浆试块。实践中，通过筛分将磷石膏细度控制在0.2mm以内，并且利用60℃真空干燥箱完成磷石膏干燥处理；然后利用球磨机实现粉磨分级，并基于激光粒度分析仪测定的方式保证原料粒度符合试块制备要求[1]。磷石膏预处理阶段，技术人员先加入生石灰陈化而后以800℃为条件在马弗炉中对磷石膏进行30s煅烧，可得到较亮的灰白色粉末状固体颗粒。

磷石膏改性水泥砂浆试块制备环节，需加入600g砂、300g水泥、150g水以及100g磷石膏，为保证试验效果还需分别加入不定量的生石灰；此时，分别按照不添加、添加1g、添加2g、添加3g、添加4g以及添加5g生石灰的剂量设计不同掺量的磷石膏改性水泥砂浆，并制备差异化试样。试块制备过程中，相关工作人员应当通过水泥砂浆搅拌机完成时长为1min的干搅和时长为2min的湿拌；基于两次搅拌确保改性磷石膏与水泥砂浆混合均匀。需要注意的是，砂浆制备环节使用的水泥应选用普通硅酸盐水泥，并确保其提前24小时进入实验室；原材料中的河砂也应在同一时间进入实验室并一同存放在干燥恒温环境当中。搅拌均匀后将磷石膏改性水泥砂浆直接装入试模等待成型，36h后脱模并进行为期28d的养护工作即可获得水泥砂浆试块。此次研究中所用的磷石膏改性水泥砂浆试块尺寸不一：（1）以4cm×4cm×16cm的磷石膏改性水泥砂浆试块进行物理性能分析。（2）以边长为7.07cm的立方体磷石膏改性水泥砂浆试块分析其工作性能。（3）以边长为7.07cm或10cm的立方体磷石膏改性水泥砂浆试块分析其耐久性。

3磷石膏改性水泥砂浆的物理性能研究

3.1工作性

在分析磷石膏改性水泥砂浆的物理性能时，基于试验分析方法确认砂浆的工作性十分必要。该阶段要求工作人员对不同掺量的水泥砂浆试样的工作性进行整体分析；可基于控制变量法分析活化指数，即以生石灰质量为变量，分析改性温度、时间恒定不变条件下的砂浆活化指数[2]。同时，还应对磷石膏改性水泥砂浆的凝结时间、标准稠度用水量以及流动度加以分析，分析结果如表1所示。

表 1 磷石膏改性水泥砂浆的工作性

    通过分析可知，磷石膏改性水泥砂浆的活化指数临界点为92.5%。这一数据来自掺量为2%砂浆试块，即生石灰产量2%的改性磷石膏混合物拥有最佳活化指数，以此为原料制作的磷石膏改性水泥砂浆也拥有最佳活化指数，若掺量超标则会导致活化指数逐渐下降。水泥砂浆的标准稠度用水量同样受到改性磷石膏掺量变化的影响，二者成正比掺量越大标准稠度用水量越多。从水泥砂浆的凝结时间上来看，水泥净浆的凝结时间低于磷石膏改性水泥砂浆，而且随着改性磷石膏掺量增加水泥砂浆的凝结时间会不断延长，这种物质会对水泥的水化进程产生深刻影响。此外，根据表1也可得知，磷石膏改性水泥砂浆的流动度会随着生石灰与磷石膏掺量变化而变化，掺量越大流动度越小。

3.2力学强度

通常来说，分析建筑原料基本物理性能时应当做好力学强度研究，建筑材料的力学强度大小与其稳定性、实用性以及可靠性有直接关系[3]。磷石膏改性水泥砂浆的力学强度直接关乎其水化硬化情况，可作为材料使用安全性的基本判断指标。因此，相关工作人员也应当通过空白样水泥砂浆以及不同掺量的磷石膏改性水泥砂浆对比分析完成砂浆抗压强度以及抗折强度研究。实践中，应当强调砂浆试样的水灰比恒定不变，也需要确保各组砂浆拥有一致性水化程度。

实际作业环节，相关工作人员应该精准记录不同养护龄期的各组水泥砂浆力学强度变化，并且根据强度变化规律作出针对性分析。通过追踪记录不同水泥砂浆试块在养护龄期内的强度变化可得到表2。从中不难发现，水泥砂浆养护龄期增加会让水化反应持续加剧，进而基于水化硅酸钙累积提高砂浆的抗压强度。与净浆相比，磷石膏改性水泥砂浆的抗压强度明显更高；掺入量为2%的水泥砂浆在各个龄期的抗压强度均达到最大，所以这一配比最佳。

表 2 不同龄期的各编号水泥砂浆强度（MPa）记录表

不同龄期内，水泥砂浆的抗折强度存在明显差异。根据表2可知，掺入量为2%的磷石膏改性水泥砂浆可在养护28天后拥有最大抗折强度。而且，无论是净浆还是掺入量不同的磷石膏改性水泥砂浆，都在龄期变化内呈现出抗折强度不断变化的特点，抗折强度与掺入量之间拥有线性关系。7天以及14天的养护龄期中，磷石膏改性水泥砂浆的抗折强度变化与掺入量变化成反比，即掺入量越大则砂浆抗折强度越低；这是因为掺入量加大会导致水化产物数量下降，使砂浆整体密实度降低最终导致抗折强度下降。

4磷石膏改性水泥砂浆的耐久性研究

从现实角度来看，不同地区的工程现场施工环境存在极大差异，而且现场施工相对复杂，所以建材应当拥有良好的适应性以及耐久性。事实上，建筑材料的耐久性直接影响其经济性以及实用性，所以在对建材性能进行分析时必须加强耐久性研究。磷石膏改性水泥砂浆的应用范围较广，在不同施工条件下都可见其身影，所以在对这种材料的耐久性进行研究时应当将分析重点材料的环境适应性上。基于此，可在实验室中模拟不同的环境，基于差异化环境作用分析磷石膏改性水泥砂浆的耐久性。

4.1冻融环境的耐久性分析

实际作业环节，相关工作人员可基于冻融循环试验分析磷石膏改性水泥砂浆的抗冻性，从而以此为切入点研究这种绿色建材的耐久性[4]。事实上，只有经过多次冻融循环后仍能保证自身基本特性不变的建材才是符合现实需求，性能达标的材料类型。所以，立足抗冻性这一综合指标进行耐久性分析至关重要。为做好此项工作，必须科学设计冻融循环试验方案，并且在试验过程中完成标准化、规范化操作。

实验前，需将养护28天后的磷石膏改性水泥砂浆试块放入18℃-22℃的水中浸泡；48小时后将其取出擦干，称重记录。实验过程中需进行5组冻融循环试验（25次/组），每组试验使用三块不同的砂浆试块，其间一旦出现两块破损或砂浆抗压强度损失率达25%、质量损失率达5%则需立即停止试验。此时，相关工作人员需利用以下公式进行精准计算：（1）利用公式计算砂浆的强度损失率（）；其中，分别表示对照组和实验组的抗压强度计算均值，单位皆为MPa。（2）利用公式计算砂浆的质量损失率；其中，代表着第n次冻融循环以后的砂浆质量损失率（%）；M0和Mn则分别表示冻融循环前后的试样质量，单位为g。

经过实验分析可知，冻融循环125次以后净浆试块的外观与冻融前并无明显区别，但掺入生石灰的磷石膏改性水泥砂浆试块外观发生明显变化。其中，掺入量越高，砂浆试块外表面变化越明显，普遍存在表层砂浆脱落现象。根据计算结果来看，磷石膏改性水泥砂浆的质量损失率以及抗压强度损失率都随着冻融循环次数增加而不断增大，改性磷石膏的加入在一定程度上抑制了水泥砂浆抗冻性，但在掺入量不超过3%的情况下影响不大。

4.2腐蚀环境的耐久性分析

实践中，可进行硫酸盐干湿循环测试完成抗腐蚀性实验，进而分析磷石膏改性水泥砂浆的耐久性。此时，可将掺入量各异的试块均切割为边长10cm的立方体，而后按照3块/组数量进行三组干湿循环实验，单组循环次数为30次。试验后，应当基于公式计算抗压强度的耐腐蚀系数（Kf），其中fcn与fc0分别为实验组和对照组的抗压强度测定值，单位为MPa。根据数据计算分析可知，随着干湿循环频率增加，磷石膏改性水泥砂浆的耐腐蚀系数会不断降低；在改性磷石膏掺入量不断增加的情况下，砂浆的抗硫酸盐腐蚀性能呈现出先增后降的规律。

结束语：综上所述，磷石膏改性水泥砂浆由水泥、水、经过生石灰陈化处理与煅烧的磷石膏和河砂共同制成，其本质是一种绿色环保建材，这种材料的出现不仅丰富了建材种类也为磷石膏资源化利用提供了新的方向。经过分析可知，磷石膏改性水泥砂浆拥有优越性能，但具体性能深受改性磷石膏掺入量的影响，大多表现出随着掺入量增加砂浆性能先增加后减小的规律。

参考文献：

[1]贺伟明,石胜伟,蔡强,等.双掺氯乙烯-乙烯-乙烯醚乳液与橡胶颗粒改性水泥砂浆的性能研究[J].混凝土,2023(02):131-135.

[2]龚晓强,刘杰胜,徐晶云,等.石灰改性磷石膏对水泥砂浆性能影响的研究[J].武汉轻工大学学报,2019,38(01):51-55+72.

[3]桂彬,陈鸿,杨林,等.石灰-水泥-粉煤灰改性磷石膏对水泥物理性能的影响研究[J].无机盐工业,2022,54(12):92-98.

[4]薛伟,李孟芩,陈锴,等.环氧树脂乳液对改性水泥砂浆的强度、黏结性能及抗冻性的影响[J].四川水泥,2019(10):10.

（作者简介：郑琼琼，男，1991年出生，汕头揭阳人，地址：广东省汕头市龙湖区珠津路33号一楼西侧，电话：13502725376。）