?；姞t磷渣粉在水下混凝土中的應用

張昌軍

摘要 磷渣是電爐法制取黃磷時得到的一種工業(yè)廢渣，經(jīng)冷淬成粒、粉磨烘干后得到磷渣粉。磷渣的主要成分是硅酸鹽和鋁酸鹽玻璃體，具有較高的礦物活性。為充分利用地域資源，制備綠色低碳的高性能混凝土，現(xiàn)以黑水河特大橋樁基水下混凝土配合比設(shè)計及澆筑為背景，從原材料情況、主橋樁基混凝土配合比設(shè)計、澆筑等方面介紹磷渣粉在混凝土中的應用，具有較好的社會效益以及經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞 磷渣；固體廢棄物；磷渣粉；磷渣混凝土；強度；和易性；凝結(jié)時間

中圖分類號 TU528.041文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）10-0105-03

0 引言

磷渣是電爐法制取黃磷時得到的一種經(jīng)冷淬處理后的工業(yè)廢渣，是一種固體廢棄物。磷渣的主要成分是硅酸鹽和鋁酸鹽玻璃體，玻璃體含量在85%～90%，另外還含有少量細小晶體，結(jié)晶相中存在假硅灰石、石英、方解石、氟化鈣、硅酸二鈣和硅酸三鈣等，因此磷渣具有較高的礦物活性。

粒化電爐磷渣粉為用電爐法制黃磷時所得到的以硅酸鈣為主要成分的熔融物，經(jīng)淬冷成粒、磨細加工制成的粉末，簡稱磷渣粉。目前我國黃磷產(chǎn)能主要分布在水電資源和磷礦資源相對集中的省份，即云貴川，而四川主要分布在攀西、雅安地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1 t黃磷要產(chǎn)生8～10 t的磷渣。我國每年產(chǎn)生的磷渣約800萬噸，基本上沒有得到有效利用，作為廢渣堆積如山，不僅占用大量土地，而且其中含有的少量磷酸根離子和氟離子也會隨雨水滲入地下，嚴重污染環(huán)境。

1 項目概況

G4216線寧南至攀枝花段高速公路ZCB1-1標段位于寧南縣境內(nèi)，起訖樁號為K263+120～K268+034，全長為4.9 km。

沿江高速攀寧段ZCB1-1項目經(jīng)理部主要包含寧南樞紐互通、橫山隧道、黑水河特大橋、黑水河隧道和少量路基。其中，黑水河特大橋為該合同段控制性工程，是主跨550 m的鋼桁梁懸索橋；寧南岸為重力錨碇、攀枝花岸為隧道式錨碇（錨碇長度60 m）；主塔高度分別為103 m、140 m，主塔設(shè)置二道橫梁，主纜共計61股，每股127絲鍍鋅鋁高強度鋼絲。該橋位于多條斷裂帶之間，地震烈度為Ⅷ度，山谷間風場復雜且風力較大、場地局促，對放索場、牽引系統(tǒng)、鋼桁梁拼裝場地布置提出了極高的要求和極高的技術(shù)難度；樁基深度60 m和70 m，主要持力層為白云巖碎裂層，白云巖強度極高，樁基施工難度極大。

2 原材料基本情況

2.1 水泥

該項目使用四川省寧南縣白鶴灘水泥有限責任公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，代號為P.O 42.5。水泥性能檢測結(jié)果表明，水泥各項性能指標符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）對普通硅酸鹽水泥的有關(guān)規(guī)定[1]。水泥混凝土配合比試拌所用水泥的檢測結(jié)果如表1所示。

2.2 磷渣粉

該項目采用會東金燁磷渣綜合利用有限公司生產(chǎn)的L85級磷渣粉，年產(chǎn)量100萬噸。磷渣粉檢測結(jié)果表明，各項性能指標符合《用于水泥和混凝土中的?；姞t磷渣粉》（GB/T 26751—2011）的有關(guān)規(guī)定[2]。水泥混凝土配合比試拌所用磷渣粉的檢測結(jié)果如表2所示。

2.3 粗、細集料

該項目采用黑泥溝料場生產(chǎn)的粗細集料。黑泥溝料場配備了一臺鄂破、兩臺圓錐破和兩臺制砂機，日產(chǎn)量4 000 t，其中砂1 500 t、5～10 mm碎石500 t、10～20 mm碎石1 000 t、16～26.5 mm碎石1 000 t。粗、細集料檢測指標均滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）的有關(guān)規(guī)定[3]。水泥混凝土配合比試拌所用砂、碎石的檢測結(jié)果分別如表3～4所示。

2.4 減水劑

該項目使用攀枝花市吉源科技有限責任公司生產(chǎn)的JY-PC-02型緩凝型高性能減水劑。減水劑檢測結(jié)果表明，各項性能指標均符合《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）的有關(guān)規(guī)定[4]。水泥混凝土配合比試拌所用高效緩凝減水劑的檢測結(jié)果如表5所示。

2.5 水

該項目混凝土生產(chǎn)用水為井水。生產(chǎn)用水檢測結(jié)果符合《混凝土用水標準》（JGJ 63—2006）的有關(guān)規(guī)定。水泥混凝土配合比試拌所用水的檢測結(jié)果如表6所示。

3 配合比設(shè)計及試驗

該項目水泥混凝土配合比首先由項目總工組織工程處、機料處、合同處及試驗室召開混凝土配合比設(shè)計交底會，確定該項目需用到的配合比標號及相關(guān)要求。試驗室依據(jù)設(shè)計文件收集相關(guān)技術(shù)要求，進行料源考查，準備相應原材料，設(shè)計C35水下混凝土的配合比，并對摻磷渣粉配合比[5]與純水泥配合比進行對比。

C35水下混凝土配合比設(shè)計依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ 55—2011）及設(shè)計文件進行，設(shè)計坍落度為200±20 mm，計算得到的配合比如下：

（1）基準配合比計算的試拌材料用量：水∶水泥∶磷渣粉∶砂∶碎石∶減水劑=155∶318∶79∶778∶1 120∶3.97；碎石5～10 mm∶10～20 mm∶16～25 mm=112∶448∶560。

（2）在基準配合比的基礎(chǔ)上水膠比值減少0.03，砂率減少1%：水∶水泥∶磷渣粉∶砂∶碎石∶減水劑=155∶326∶82∶755∶1 132∶4.08；碎石5～10 mm∶10～20 mm∶16～25 mm=113∶453∶566。

（3）在基準配合比的基礎(chǔ)上水膠比值增加0.03，砂率增加1%：水∶水泥∶磷渣粉∶砂∶碎石∶減水劑=155∶282∶70∶816∶1 127∶3.52；碎石5～10 mm∶10～20 mm∶16～25 mm=113∶451∶563。

（4）C35水下混凝土純水泥配合比的設(shè)計步驟與摻磷渣粉配合比設(shè)計一致。為增強對比性，摻磷渣粉與純水泥的配合比、水膠比、用水量、砂率、粗集料摻配比例、設(shè)計容重、外加劑摻量均保持一致。配合比試驗結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

1號配合比，混凝土拌和物初始坍落度為200 mm，擴展度為570 mm，容重2 460 kg/m3，含氣量為2.4%；和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴展度無損失；初凝時間為13 h27 min，終凝時間為15 h19 min。

2號配合比，混凝土拌和物初始坍落度為210 mm，擴展度為610 mm，容重2 460 kg/m3，含氣量為2.8%；和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴展度無損失；初凝時間為14 h16 min，終凝時間為17 h01 min。

3號配合比，混凝土拌和物初始坍落度為180 mm，擴展度為520 mm，容重2 440 kg/m3，含氣量為2.2%；和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴展度無損失；初凝時間為14 h43 min，終凝時間為17 h21 min。

4號配合比，混凝土拌和物初始坍落度為185 mm，擴展度為500 mm，容重2 480 kg/m3，含氣量為2.3%；和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴展度無損失；初凝時間為8 h43 min，終凝時間為11 h16 min。

5號配合比，混凝土拌和物初始坍落度為185 mm，擴展度為530 mm，容重2 470 kg/m3，含氣量為2.6%；和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴展度無損失；初凝時間為9 h13 min，終凝時間為11 h33 min。

6號配合比，混凝土拌和物初始坍落度為170 mm，擴展度為480 mm，容重2 470 kg/m3，含氣量為2.1%；和易性良好、黏聚性良好、無泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴展度無損失；初凝時間為9 h46 min，終凝時間為12 h25 min。

4 試驗結(jié)果分析

根據(jù)試拌試驗可以得出，2號配合比工作性、強度各項指標均滿足設(shè)計施工要求；摻入磷渣粉能有效延長混凝土凝結(jié)時間，有利于樁基及大體積混凝土的施工控制；摻入磷渣粉后，混凝土工作性能較純水泥配合比有較大提升；摻入磷渣粉后，混凝土7 d強度較28 d強度的增長幅度更大，混凝土28 d強度相對于純水泥的配合比有小幅增長。

5 施工情況

黑水河大橋樁基混凝土現(xiàn)場澆筑坍落度控制在200±20 mm?；炷涟韬屯瓿珊螅紫仍诎韬驼緦Π璩龅幕炷吝M行坍落度試驗及混凝土試件取樣，為保證混凝土質(zhì)量，未經(jīng)檢驗或檢驗不合格的混凝土，不允許用于澆筑；檢測合格后的混凝土方可出站前往施工場地，因到達施工場地的運輸距離較長，混凝土到達現(xiàn)場后，需對混凝土狀態(tài)進行二次確認；然后對坍落度進行檢測，混凝土工作性、和易性均滿足要求后，方可進行混凝土澆筑。

因拌和站距離澆筑現(xiàn)場較遠，且途經(jīng)國道、碼口鎮(zhèn)街道和居民區(qū)，存在路線不暢致使?jié)仓豁樌约鞍l(fā)生安全風險的可能。因此，在澆筑前應提前安排車輛檢查道路情況，并在澆筑過程中巡查道路情況，同時可與交通主管部門協(xié)調(diào)限制通行問題，保證澆筑的順利進行。

灌注過程中，應嚴格控制導管埋深（按照規(guī)范要求控制在2～6 m），防止導管提漏或埋管過深拔不出而出現(xiàn)斷樁。澆筑過程中溢出的泥漿可通過排水溝引至泥漿池內(nèi)。

樁身混凝土灌注頂面為護筒頂面位置，為保證樁頂混凝土強度，在即將澆筑至樁頂時，應跟隨澆筑進度挖除樁頂表面的浮漿，直至表面能看見骨料且無浮漿。

目前，黑水河大橋樁基均已完成施工，混凝土澆筑順利，無異常情況發(fā)生。

6 結(jié)論

通過摻入磷渣粉，能改善混凝土的工作性能。水下混凝土具有更好的工作性，混凝土初終凝時間延長，能有效地減少因設(shè)備故障、道路擁堵等造成的施工風險。強度和良好的耐久性均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，適合水下混凝土及大體積混凝土施工；磷渣粉相對于粉煤灰來源單一，質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠，活性更高；磷渣粉的摻入，節(jié)約了施工成本，減少了環(huán)境污染，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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