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1、 武汉理工大学本科生毕业设计（论文）低碳水泥混凝土配合比设计与性能研究学院(系)： 材料科学与工程 专业班级： 材科sy0801 学生姓名： 指导教师： 2012年6月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 2012 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授
2、权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 2012年 月 日导师签名： 2012年 月 日目 录摘 要1ABSTRACT21绪论31.1研究背景与意义31.2国内外研究现状41.2.1磷石膏作水泥缓凝剂41.2.2磷石膏制硫酸联产水泥61.2.3磷石膏做石膏类建材71.3本课题的提出与研究内容72磷石膏基水泥混凝土的制备过程及性能92.1试验用原材料92.1.1磷石膏92.1.2矿渣粉102.1.3钢
3、渣112.1.4硅酸盐水泥熟料112.1.5高岭土122.2 C30磷石膏基水泥混凝土的配合比设计132.3试验方法153磷石膏基水泥混凝土基本配合比及原料选择173.1不同水灰比和减水剂对混凝土强度的影响173.1.1抗压强度试验173.1.2不同水灰比的混凝土强度发展规律183.2加入掺合料后的凝土强度193.3降低胶凝材料的混凝土强度214磷石膏基水泥混凝土微观结构分析224.1 XRD分析224.2 IR分析244.3 TG分析264.4 SEM分析275结论及展望295.1结论295.2展望29参考文献30致 谢31摘 要磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品，每1吨磷酸将产生5
4、吨磷石膏。目前利用率只有15%，未经处理的磷石膏堆放不仅占用了大量的土地，而且对周边的生态环境如地下水、大气、土壤等造成严重污染。国内有学者已经研究磷石膏等固体废弃物制成胶凝材料，其性能与普通硅酸盐水泥相似，如能推广使用，实现节能减排目标将具有重要意义。本文在此基础上研究磷石膏水泥替代普通硅酸盐水泥配制低碳混凝土，对此类“低碳水泥”混凝土设计方法进行探究，并结合性能要求优化混凝土配合比。通过XRD、IR、TG、SEM等研究低碳混凝土的组成相、组成成分、微观结构、断口形貌以及与普通硅酸盐混凝土的区别。试验结果表明：（1）水灰比增大使混凝土的流动性增强，但同时使其强度降低，水灰比仍是影响混凝土强度
5、的主要因素。当水灰比为0.33左右，减水剂为0.4%时混凝土的力学性能最优。通过在混凝土中分别添加偏高岭土、硅灰、水泥浆体脱水相、NaOH后发现，一定量的偏高岭土和硅灰能使混凝土的早期强度显著增加。（2）磷石膏在水化过程中一部分参与水化形成产物钙矾石，剩余部分被水化产物所包裹而起集料填充作用。矿渣在碱的激发下溶解，并与溶解在液相中的石膏形成钙矾石和C-S-H凝胶，钙矾石和C-S-H凝胶交织在一起填充空隙，使混凝土结构逐渐密实，强度不断发展。关键词：磷石膏；低碳混凝土；抗压强度；水灰比AbstractPhosphogypsum (PG) is a byproduct of manufacturi
6、ng phosphate acid by wet process in fertilizer industry. Five tons PG is generated when 1000 kg phosphate acid is produced. Only 15 percents of PG has been used after being generated, the rest is left alone which brings terrible effects to surroundings such as underground water, atmosphere and soil.
7、 Domestic scholars such as Zongshou Lin has done much work in translating solid wastes into gelled materials in this field, the results indicate that widely use of PG really makes sense in energy conservation and emission reduction.The study mainly researchs the properties of low carbon concrete in
8、which the ordinary Portland cement is replaced by phosphogypsum based cement(PBC). And discuss the best design of concrete. Through XRD, IR, TG, SEM etc, analyses the components, microstructures and fracture appearances differences between low carbon concrete and ordinary concrete.The results indica
9、te that:(1) Water cement ratio is the main factor influences concrete compression strength, the increase of which leads to liquidity enhance and strength reduction. The concrete performs best when the water cement ratio is 0.33 and water reducer ratio 0.4 percent. By adding metakaolin, silicon ash,
10、phase dehydration of hydrated calcium silicate and NaOH into concrete separately, metakaolin and silicon ash behave better in improving concrete initial strength.(2) Partial PG reacts with GGBGS and alkaline activator to form ettringite, the rest PG is enclosed by the hydration products to act as fi
11、ller. GGBGS is dissolved into pore solution by alkaline activation, which then reacted with gypsum to for hydration products etttingite and C-S-H gel. Ettringite and C-S-H gel mingle together to fill the porous space. A s a result, the microstructure of hardened paste becomes increasingly denser, th
12、e strength of concrete develops contimuously.Key words: Phosphogypsum; low carbon concrete; compression strength; Water cement ratio1 绪论1.1研究背景与意义在建筑领域中，水泥基材料是用量最大的人造材料，被广泛应用于工业、农业、国防、水利、交通、城市建设以及海洋开发等工程建设。同时，水泥制品在代钢代木等方面也越来越显示出他在技术上和经济上的优越性。因此它在今后数十年乃至上百年内仍将发挥重要的作用1,2。随着国民经济的持续发展，大规模基础设施建设还将持续多年，对水
13、泥的需求量仍然很大，2010年，我国水泥产量已经突破18亿吨，比2009年增长了13.83。但是，传统意义的水泥在其生产过程中不仅大量消耗石灰石、粘土、煤等不可再生资源，而且向环境排放数以亿吨计的CO2、SO2和NOX等废气以及粉尘，对环境造成严重的污染。我国二氧化碳排放量在2009年达到了67.2亿吨，居世界首位。水泥工业的碳排放量占人类活动碳排放量的5%10%，在我国则能占到15%以上，水泥行业是二氧化碳排放的主要来源之一3。而目前，国内外水泥工业已经越来越重视提高水泥质量、节能、环保、利废以及资源二次利用的开发与应用。其中，用工业废渣生产生态水泥，减少水泥熟料用量和降低能耗，减少CO2排
14、放量已经成为水泥工业中的一项重要措施。这种利用各种废弃物，包括各种工业废料、废渣以及城市生活垃圾作为原燃料制造水泥是资源有效利用的重要环节之一。同时也降低了废弃物的处理负荷，节省资源、能源，达到与环境共生的目标，这是21世纪水泥生产技术的发展方向4。故未来水泥工业必须严格限制硅酸盐水泥熟料的掺量，少用或不用硅酸盐水泥熟料，来生产水硬性胶凝材料来替代普通水泥，积极研制和发展环保型胶凝材料，即绿色水泥5。绿色水泥就是要大量利用工业废渣，变废为宝，充分发挥熟料和废渣的潜能，生产低熟料或者无熟料水泥。磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品，它的主要化学成分是CaSO42H2O，每生产1吨磷酸将产生
15、5吨磷石膏，是化学工业中排放量最大的固体废弃物之一。目前大部分磷石膏采用露天堆放和倾入大海两种方式处理。全世界范围内，仅有15的磷石膏得到了循环利用，用于建筑材料、农业土壤改良、水泥生产的缓凝剂等领域，剩余的85作为固体废弃物堆放处理。未经处理的磷石膏堆放不仅占用了大量的土地，而且对周边的生态环境如地下水、大气、土壤等造成严重污染。以磷石膏为主要原料，通过与钢渣、矿渣和少量硅酸盐水泥熟料复合，可以制备具有较高强度的低碳水泥磷石膏基水泥。该水泥突破了以往石膏材料只能作为气硬性胶凝材料的限制而具有水硬性，不但大量消耗工业废渣磷石膏，而且具有较好的性能，这对于加快我国磷石膏的资源化利用和实现水泥的生
16、态化生产具有十分重要的现实意义。1.2国内外研究现状磷石膏是磷肥厂、合成洗衣粉厂等制造磷酸时产生的工业废渣，它是用磷灰石或含氟磷灰石Ca5F(PO4)3和硫酸反应而得到的产物之一，其反应式如下:。湿法磷酸生产过程导致了放射性元素镭(Ra)、铀(U)、针(Th)的分离和富集，因此磷石膏的放射性问题一直以来备受人们关注。磷石膏中的有害物质如果随磷石膏中水分沥出，或在雨水作用下溶出，都将造成周围环境的土壤和地下水的污染，最终造成生态危害6。随着我国农业的快速发展和磷肥需求量持续增加，磷化工业也得到快速发展，磷肥产量由1980年至2006年几乎增加了5倍，年产量按100%P2O5计已经达到了1100万
17、吨，占世界产量的一半以上。如果按80%磷肥为湿法生产，每吨磷酸生成4.55吨磷石膏计算，我国2006年磷石膏年生成量已超过3500万吨。据磷肥工业协会估计，到2010年我国将副产5000万吨磷石膏，磷石膏的累积量将超过2亿吨。而与发达国家相比，我国的磷石膏资源化利用率仅为8%左右，与世界平均水平尚有很大差距，因此加快磷石膏的资源化利用的研究己刻不容缓7。1.2.1磷石膏作水泥缓凝剂磷石膏中含有90%以上的CaSO4H2O, 可替代天然石膏作缓凝剂用于生产水泥，但石膏中的可溶性磷、有机物等杂质将造成水泥的凝结时间延长和强度降低，国内外许多学者进行了磷石膏的改性了研究。周丽娜8等通过对比研究了水洗
18、法、石灰中和法以及石灰、粉煤灰复合改性法来测定磷石膏水泥凝剂性能。结果表明，水洗磷石膏做调凝剂其凝结时间长于掺天然石膏的水泥;石灰中和磷石膏与天然石膏的效果接近;石灰粉煤灰改性磷石膏可以有效固化或固结可溶磷和可溶氟，效果更明显，在代替天然石膏的同时，还可节省熟料。因为改性体中的胶凝组分在磨细添加到水泥后，在水泥水化过程中能起到晶种作用，使得水化加速，凝结时间相对提前，进而使复合改性磷石膏的强度提高。Taher9研究了在200、400、600和800不同温度下热处理的磷石膏代替天然石膏制备矿渣硅酸盐水泥对性能的影响，并通过游离钙和化学结合水的测定研究了水泥浆体的水化动力学过程。结果表明，经过热处
19、理的磷石膏中磷酸盐、氟和有机质的含量减少，矿渣硅酸盐水泥中添加6%的在500下锻烧处理的磷石膏，可提高水泥的水化性能。杨淑珍等10在磷石膏中添加含有碱性钙质材料和晶种增强材料的工业废渣进行改性。结果表明，改性后的磷石膏性能优良，制备工艺简单，凝结时间和各龄期强度均由于天然石膏，可替代天然石膏用于水泥生产。吴道丽11分析了磷石膏造成的环境问题，对比了磷石膏与天然石膏的化学组成，并采用水洗、石灰中和、锻烧三种预处理方法对磷石膏进行改性研究。结果表明，水洗磷石膏用作水泥缓凝剂，凝结时间较天然石膏有所延长，3d强度略有降低但幅度不大，基本可代替天然石膏。但是，水洗工艺投入大，能耗高，污水需处理能排放;
20、石灰中和磷石膏凝结时间略有延长，3d强度稍有降低，但28d强度略有提高，其性能与天然石膏相当;经中和然后800锻烧的磷石膏凝结时间与天然石膏相近，3d及28d强度较天然石膏有较大幅度提高，其性能优于天然石膏。彭家惠 12 等采用SEM、DSC、结晶水测定及原子吸收光谱分析，结合宏观性能试验，对可溶磷分布、形态及其对性能的影响进行了研究。结果表明:可溶磷主要分布在二水石膏晶体表面，它并不是均匀分布在磷石膏中，其含量随磷石膏粒度的增加而增加;可溶磷会降低二水石膏的脱水温度和二水石膏析晶的过饱和度，使二水石膏晶体粗化，从而导致晶体间相互交织、搭接减少，结构疏松，硬化体强度降低。磷石膏胶结材水化初期，
21、可溶磷转化为Ca3(PO4)2沉淀，覆盖在半水石膏晶体表面，阻碍其溶出与水化，使其缓凝。磷石膏中可溶磷主要以H3PO4、H2PO4-、HPO42-三种形态存在，不同形态可溶磷对性能影响存在显著差异，H3PO4对性能最为不利，其次是H2PO4-。Manjit Singh13等发现用5%20%的氨水溶液处理磷石膏，可明显降低磷石膏中磷、氟等杂质。在后续研究中，Manjit Singh等通过筛分和离心分离的方法提纯磷石膏，通过300微米筛的磷石膏细颗粒中杂质含量明显下降，P2O5由1.28%下降到0.41%，氟化物由1.8%下降到0.57%，有机物含量由1.58%下降到0.34%，离心分离结果与筛分
22、结果相似。在2002年，Manjitsingh等指出用3%4%的柠檬酸水溶液替代氨水溶液处理磷石膏，磷石膏中的磷酸盐、氟化物和有机物等杂质可全部溶解并去除，处理后的磷石膏与天然石膏性质相同，可替代天然石膏用于普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥制造，处理后的磷石膏还可用于制造石膏灰浆等石膏类建筑材料。Altun9等将Bandirma化肥厂露天环境下长期堆存的磷石膏，未经处理直接代替天然石膏用于水泥中。结果表明，经长期露天堆存的磷石膏取代天然石膏后，并未延长水泥的凝结时间。在硅酸盐水泥中掺加3%磷石膏时，28d强度高于用天然石膏的水泥。Cerphos14的研究表明，磷石膏中大部分杂质都分布在粒径为16
23、0微米以上和25微米以下的磷石膏中。160微米以上的颗粒中主要富集了磷、氟等杂质，而有机物则主要富集在小于25微米的磷石膏颗粒中，通过将一定细度的颗粒与很细的颗粒分级就实现了石膏的除杂。即将25微米160微米的磷石膏颗粒分离出来，这种工艺又称为分级处理。该工艺可将磷石膏中75%以上的杂质分离出来。1.2.2磷石膏制硫酸联产水泥采用磷石膏制硫酸并联产水泥的设想早在19671969年由英国、奥地利等国首先提出，并在1969年奥地利林茨公司的OSW-KRUP工厂建成投产(硫酸、水泥各240t/d)。 1972年南非利用该工艺也投产了350 t/d的生产线。磷石膏经干燥脱水、按所需的CaO、SiO2、
24、A12O3，和Fe2O3的比例与焦炭、粘土、砂子等配料，在中空回转窑内锻烧形成水泥熟料，窑气中的SiO2经转化、吸收后制得硫酸。该工艺的关键是保证水泥窑正常锻烧以获得高浓度的SiO2窑气及优质的水泥熟料。我国磷石膏制硫酸联产水泥的研究开始于20世纪50年代，80年代末获得工业化的重大突破。目前，我国已在鲁西化工集团阳谷化工厂、鲁北企业集团、什郁化肥总厂、遵化市化肥厂、沈阳化肥总厂、银山化工(集团)股份有限公司、青岛东方化工集团股份有限公司等厂建成了7套中空回转窑磷石膏制硫40kt/a联产水泥60kt/a装置。但大多运营状况不佳，甚至停产、改产。实践表明，采用中空回转窑分解磷石膏并生产水泥技术上
25、是可行的，但也存在较大问题。主要是磷石膏中空回转窑生产水泥工艺不稳定，难以生产出均匀性好、强度高的水泥，故市场销售不畅。且新型干法窑已经取代了中空干法窑、湿法长窑和立窑，实现了水泥生产的现代化和规模化。采用中空干法窑生产硫酸、水泥的技术无沦从水泥的能耗、产量、产品成本和质量都无法与之竞争。磷石膏制硫酸联产水泥是关系到磷肥工业持续发展的关键性技术，但是其生产技术有待进一步发展，还需要国家政策的鼓励支持和更多人的共同努力。1.2.3磷石膏做石膏类建材磷石膏主要成分是二水硫酸钙，预处理后经煅烧脱水，可得到半水石膏或无水石膏，用于生产建筑石膏粉、石膏砌块、纸面石膏板、粉刷石膏、自流平石膏、粘贴石膏、石
26、膏腻子等产品。目前应用比较成熟的，主要集中在工业应用上。法国Rhone Poulenc公司将磷石膏在渣池内搅拌成悬浮态完成初洗，以除去较大颗粒和可溶性P2O5杂质，经过处理后可以生成半水石膏。该公司开发了制备型半水石膏的浮选二段锻烧和二级旋流一段锻烧法。罗纳普朗克工艺流程十分注重磷石膏的净化。该公司1971年建成了年产45万吨型半水石膏的工厂，1975年又建成了25万吨/年的工厂。日本千叶县磷酸厂利用磷石膏生产建筑用型半水石膏粉15。主要工艺过程如下:将磷石膏制成固体含量为37%左右的料浆，过滤后母液返回磷酸厂回用，在干燥前加入石灰粉或石灰乳中和剩余的P2O5，经煅烧得到半水石膏，用于制造建筑
27、石膏板。德国Giulin公司16是最先采用液相转化工艺来利用磷石膏为原料生产型半水石膏的公司。该工艺流程首先通过浮选法除去磷石膏中的有机物和可溶性杂质，对于含杂质不多的磷石膏，可省去浮选工序，直接通过过滤除去可溶性杂质。经过浮选或过滤的料浆进入增稠器，同时加入低压蒸汽和水，以进一步除去可溶性杂质。除杂后的磷石膏经过滤后在120、pH值为13的条件下于高压釜中脱水，再经过滤即得到型半水石膏。由此制得的型半水石膏可制作隔墙板、水泥掺合剂、石膏板以及各种建筑用墙粉。高惠民17等采用磷石膏制备磷石膏粉，对磷石膏锻烧温度、升温速度、锻烧条件、研磨细度、陈化时间等工艺条件进行了研究，结果表明，锻烧温度为1
28、80，升温速度为 4.7/min，锻烧2h，研磨条件为630r/min，碾磨lmin，陈化条件为5d，水灰比为0.70时，采用磷石膏可生产各项指标均达到建筑石膏国家标准优等品的要求。1.3本课题的提出与研究内容 本课题的目的在于以磷石膏基水泥部分取代传统水泥，通过一定的配合比设计，配制出符合一定强度要求的混凝土，并进行相应的性能测试，以获得最优配比，实现磷石膏水泥的工业化生产。本论文的主要内容是主要分为以下几个方面：（1）通过研究磷石膏、钢渣（水泥熟料）、矿渣等组成材料之间的相互作用，参照普通混凝土配合比设计方法，设计低碳水泥混凝土配合比，观察混凝土的工作性及其强度发展规律。（2）掺入部分矿物
29、掺合料做探索性实验，全面了解不同的配合比中磷石膏基水泥在混凝土中的表现，找到磷石膏基水泥配制混凝土的最佳路径。（3）利用XRD、SEM、IR、TG等对其性能进行分析，从而调整配合比方案，使其性能达到最优。2磷石膏基水泥混凝土的制备过程及性能 2.1试验用原材料2.1.1磷石膏 磷石膏，取自湖北省黄麦岭磷化工集团，外观为灰色粉状物料，原状磷石膏含水率为12%15%，容易粘在一起成团。磷石膏的化学成分如表2-1所示。取原状磷石膏100g，加入50ml蒸馏水搅拌均匀，然后真空抽滤，将滤液用PHS一25型pH值精密测定仪测定其pH值为4.20。磷石膏置于60烘箱中烘干，然后粉磨至比表面积495m2/k
30、g备用。表2-1 磷石膏的化学成分（mass%）LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3P2O5F-合计磷石膏11.913.211.090.3134.520.0647.301.100.2099.70图2-1为磷石膏的XRD的测试图谱，由图可见，磷石膏的主要成分为二水石膏。原状磷石膏的SEM照片如图2-2(a)、图2-2(b)所示，由图可见，磷石膏中二水石膏晶体结晶完整，主要以单分散板状或柱状的形态存在，晶面多以平行四边形、六边形以及五边形为主，在磷石膏晶面上存在大量的点状、絮状和片状的附着物。图2-1 原状磷石膏的XRD分析图谱 图2-2（a）原状磷石膏的SEM照片 图2-2（b
31、）原状磷石膏的SEM照片2.1.2矿渣粉 矿渣粉，取自华新水泥武汉公司生产的成品矿渣粉(原状矿渣产自武汉钢铁有限公司)，勃氏比表面积为395m2/kg，矿渣的化学成分见表2-2。表2-2 矿渣粉的化学成分（mass）LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO合计矿渣粉-0.1733.9717.032.1336.0981797.39图2-3为矿渣粉的XRD分析图谱。由图可见，矿渣的主要成分是玻璃体。图2-3 矿渣粉的XRD分析图谱2.1.3钢渣采用武汉钢铁有限公司的钢渣，经80烘干后于颚式破碎机破碎，将破碎后的细小颗粒在中500mm500mm试验小磨中粉磨至勃氏比表面积432m2/kg备用
32、，其化学成分见表2-3。表2-3 钢渣的化学成分（mass）LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3合计钢渣6.0516.637.0018.9038.509.426.0596.5图2-4为钢渣的XRD分析结果，由图可见，钢渣的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、方解石、铁酸钙、方镁石、石英以及氢氧化钙等。图2-4钢渣的XRD分析图谱2.1.4硅酸盐水泥熟料 硅酸盐水泥熟料采用华新水泥有限公司的P-O52.5硅酸盐水泥，其勃氏比表面积为340m2/kg。其化学成分见表2-4，物理力学性能见表2-5。 表2-3 熟料的化学成分（mass）LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO
33、合计熟料0.4122.305.043.3665.602.3299.03表2-4 熟料的物理力学性能标准稠度%初凝h:min终凝h:min安定性3d(MPa)7d(MPa)28d(MPa)抗折抗压抗折抗压抗折抗压27.02.062.52合格6.236.47.346.39.562.32.1.5高岭土高岭土是茂名高岭科技有限公司生产（如图2-5所示），代号为MO4K，其粒径分布见表2-5。表2-5 高岭土粒度分布名称粒径（m）201510864.621MO4K10010010010010010086.868.5图2-5 茂名高岭土原材料2.2 C30磷石膏基水泥混凝土的配合比设计混凝土组成配比设计的
34、目的是为了确定可获得的混凝土材料的最经济组合，以满足在特定使用条件下混凝土所需性能的要求，在工程意义上主要是满足强度和耐久性的要求。适宜的配比设计要求新拌混凝土有所需的工作度，硬化混凝土有所需的强度，良好的耐久性及均匀的外观，有较低的成本费用18。配制强度为C30的流动性混凝土，粗集料为5-25mm粒级，坍落度为180mm。（1）混凝土配制强度和水灰比混凝土的配制强度是30MPa,所以混凝土的强度标准差取5.0。则fcu,0fcu,k + 1.645=38.225，取fcu,0=38MPa。对于鲍罗米回归系数，取a=0.46，b=0.07则w/c = afce/(fcu,0+abfce)=0.
35、43。（2）用水量参照普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2000)表4.0.1-2，最大粒径为25mm的碎石，混凝土坍落度90mm时，用水量为210Kg/m3,对于大流动性混凝土(Sl160mm)，以此为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量为，为w0=233kg。掺外加剂时的混凝土用水量wa = w0(1Rr)=174.75，取wa为175Kg/m3。其中Rr为聚羧酸减水剂母液的减水率，为25%，初步定掺量为0.5%，固含量为10%。（3）水泥用量根据(l)和(2)初步确定水泥用量c=w/(w/c)=175/0.43=407(kg/m3)。因为磷
36、石膏基水泥的组分为：磷石膏45%、钢渣2%、矿粉45%、熟料+矿渣8%，而且磷石膏浆体中水与磷石膏的组分比例为0.6:1，每1Kg的磷石膏中掺入3.5g的聚羧酸减水剂。所以1M3 混凝土中磷石膏的掺量为：40745%=183(kg/m3)；1M3 混凝土中钢渣的掺量为：4072%=8(kg/m3)；1M3 混凝土中矿粉的掺量为：40745%=183(kg/m3)；1M3 混凝土中熟料+矿渣的掺量为：4078%=33(kg/m3)。而磷石膏是以磷石膏浆体加入混凝土中的，通过计算，磷石膏浆体的掺量为293 kg/m3，所以掺入水的量为110kg/m3。通过计算，另外的掺水量为175-110=65(
37、kg/m3)。（4）砂率和集料用量采用假定容重法，因为磷石膏基水泥密度2.6左右，而P.O32.5水泥3.1左右。这样每立方混凝土拌合物的重量一般在23002400kg，所以取所配混凝土的容重为2350Kg/m3。则集料总重为ag= mwc=1768(kg/m3)。在w/c为0.43，最大粒径25mm的碎石，参考JGJ55-2000表.4.02坍落度在60mm以下时砂率可取31%，按坍落度每增大20mm砂率增大1%，取Sl=37%。则细集料用量s=176837%=654.17,取s为654 kg/m3；粗集料用量g=1768-654=1114 kg/m3；所以初定1m3C30流动性混凝土的配合
38、比设计见表2-6：表2-6 混凝土配合比水灰比外加水/Kg磷石膏浆/Kg矿粉/Kg钢渣/Kg熟料+矿渣/Kg砂/Kg石/Kg减水剂/%减水率/%0.436529318383365411140.5（20g）25试配混凝土，根据坍落度能否达到设计要求，来调节用水量以及工作性，使达到设计要求。初步配比见表2-7：表2-7 混凝土配合比水灰比外加水/Kg磷石膏浆/Kg矿粉/Kg钢渣/Kg熟料+矿渣/Kg砂/Kg石/Kg减水剂/%减水率/%0.4053.029318383365411140.5250.4365.029318383365411140.5250.4573.029318383365411140
39、.5250.4885.429318383365411140.5250.5093.529318383365411140.525当工作性达到要求以后，调整减水剂的用量，初定掺量为0.5%，0.75%，1.0%，使用水量调整到最少，同时满足工作性要求。最后，分别成型，测定抗压强度。每次拌混凝土12L，则需要的各种原料的量见表2-8：表2-8 混凝土配合比水灰比外加水/Kg磷石膏浆/Kg矿粉/Kg钢渣/Kg熟料+矿渣/Kg砂/Kg石/Kg减水剂掺量/g减水率/%0.400.63363.5162.1960.0960.3967.84813.36824.4250.430.78013.5162.1960.09
40、60.3967.84813.36824.4250.450.87783.5162.1960.0960.3967.84813.36824.4250.481.02433.5162.1960.0960.3967.84813.36824.4250.501.1223.5162.1960.0960.3967.84813.36824.425注:砂率为37%。 由于理论和实际的差别，所以具体的配合比在混凝土实际配制中仍然要进行相应的调整。2.3试验方法抗压强度测试：本实验采用无锡建仪仪器机械有限公司生产的TYE-300型压力试验机。试样的尺寸是100100100mm,测定0#3#试样7天、28天的抗压强度；4#
41、10#试样3天、7天和28天的抗压强度；11#16#试样3天和7天的抗压强度。XRD：本试验采用日本RIGAKU的D/max-RB型X射线衍射仪上测定粉末衍射图谱。扫描速度为10/min，步长0.02，电压35KV，电流30mA。制样扫描后得到X射线衍射图谱，在图谱上选择数个较强峰的d值，对比Hanawalt索引卡片，查出与之吻合的物相，从而得出X射线定性分析的结果。试验测定0#和3#试样7天和28天的XRD图谱。SEM：采用JEOL（日本电子）公司生产的JSM-5610LV型扫描电子显微镜，主要性能指标如下：分辨率3nm（加速电压30kv，工作距离6mm条件下），放大倍数18倍300,000
42、倍（连续可调），加速电压0.530kv（多级可选）。JSM-5610LV扫描电子显微镜主要用于试样表面形貌的观察及分析。与光学显微镜、透射电镜相比较，扫描电子显微镜具有分辨能力高、图像立体感强、放大倍数范围大等特点。利用该仪器可以观察材料的分相和析晶的形状及大小、断口形貌、晶粒间相互结合的状况及夹杂物、气孔的分布等。试验测定3#试样7天、28天的SEM图谱。TG：采用的热分析仪器为德国耐驰Simultaneous Thermal Analyzer。性能指标如下：温度范围室温至1600，加热速率为0.150K/min,温度准确度:0.1。该设备可直接测定试样的TG、DTA及DTG曲线，通过分析图
43、谱及相关数据，可以记录试样在加热工程中发生的物理化学变化，并借以判定物质的组成及反应机理。试验测定0#和3#试样28天的TG图谱。IR：采用的红外光谱仪为美国热电尼高力公司(Thermo Nicolet)生产，型号为Nexus，主要性能如下：波长范围：近红外100004000cm-1 (12.5m)，最高分辨率为0.019cm-1， 33000/1的信噪比，1次/秒的快速扫描，可检测样品大小为10m，可进行点、线、面扫描，通过红外光谱可测量分子的振动和转动光谱来研究分子的结构和性能。试验测定0#和3#试样7天和28天的IR图谱。3磷石膏基水泥混凝土基本配合比及原料选择3.1不同水灰比和减水剂对
44、混凝土强度的影响3.1.1抗压强度试验在试验的初始阶段，通过调整混凝土组成材料中的单个组份来优化配合比，例如分别探索水灰比、减水剂用量对混凝土强度的影响。设计强度为C30的流动性混凝土，胶凝材料用量为407kg/m3，粗集料尺寸为5-25mm粒级，砂率设定为40%，初步试验配比如表3-1所示,强度发展规律如图3-1所示:表3-1 混凝土强度试验配比编号水灰比磷石膏浆/Kg矿粉/Kg钢渣/Kg熟料+矿渣/Kg砂/Kg石/Kg减水剂坍落度/mm0#0.3012.2121.2131.3896g1901#0.2929318383370710610.5%2152#0.300.3%2153#对齐0.290
45、.3%180图3-1 混凝土强度配比中胶凝材料总量为407kg/m3，各组分配为磷石膏：矿粉：熟料：钢渣=45：49：4：2。混凝土中使用的磷石膏为改性磷石膏浆体；改性磷石膏浆是改性磷石膏外加0.6倍水湿磨而得，改性磷石膏由磷石膏：矿渣粉：钢渣粉=45:1:2均化三天制成；熟料矿渣粉成分为熟料：矿渣=4:4，两组分混合球磨而成。试验中使用的减水剂为聚羧酸母液减水剂。本次试验力求通过初步探索，得到符合要求的工作性能的低碳混凝土水灰比和相应减水剂掺量。设定三组配合比，从1#和3#组试验中对比可知，在相同水灰比条件下，增大聚羧酸减水剂母液掺量，提高了低碳混凝土的流动性，说明此聚羧酸减水剂和低碳混凝土具有很好的适应性；从强度数据来看，减水剂的改变会影响混凝土的早期强度，后期强度影响不大；对比2#和3#两组试验，在使用相同减水剂含量下，减小水灰比，导致混凝土塌落度值下降，水灰比对低碳混凝土工作性也具有较强的影响力，但是从7天、28天强度数据看，水灰比对强度的影响仍然是最主要因素；对比0#和1#、2#、3#实验，可以看出