阴离子对磷渣胶凝材料水化硬化的影响

摘要：通过对磷渣胶凝材料凝结时间、磷渣反应率、化学结合水的测定，研究了不同阴离子对磷渣胶凝材料的水化性能的影响。结果表明，氢氧化钠（或碳酸钠）以及与尿素或氯化钠的复合都可以加速磷渣胶凝材料的水化，但是氢氧化钠与尿素，氢氧化钠与氯化钠的复合作用更明显。

关键词：阴离子；磷渣；化学结合水；磷渣反应率

淬冷后的磷渣是一种具有潜在活性的玻璃体，所以在水泥工业中通常用作混合材。但磷渣的活性低，且由于P2O5和F的存在，使磷渣硅酸盐水泥水化硬化速度减慢，凝结时间延长，早期强度低，严重制约磷渣作为水泥混合材的广泛推广使用。

胶凝材料水化的驱动力来自不同电荷离子及离子团的吸引力和酸碱反应。水泥水化时，离子的浓度及扩散速度会影响整个水化进程，甚至水化产物的形态及结晶状态，如果引入不同的离子，由于离子间的作用，势必会影响或改变水化进程。基于这个原因，实验通过在磷渣水化的过程中人为引入阴离子，对磷渣活性进行激发，研究了阴离子对磷渣胶凝材料水化硬化的影响，从而对磷渣在水泥工业中应用提供了进一步理论支持。

1、试验

1.1 原材料

磷渣取自于葛洲坝水泥厂。样品成分分析见表1

采用φ500mm×500mm的球磨机将磷渣磨细，磷渣全部通过80μm筛，45μm筛筛余量为0.8%。按水灰比W/C=0.3成型水泥净浆试体（2cm×2cm×2cm），并养护至相应龄期后，破碎，取试块中央部位并用无水乙醇终止水化，用湿磨法在玛瑙研钵中磨细至全部通过80μm筛，在50℃真空干燥后，用于化学结合水和磷渣反应率的测定。

磷渣水化程度为：各试样的非蒸发水量（CW）与其完全水化样的非蒸发水量（CW0）的比值。实验中完全水化样的制备方法：引入各种阴离子的磷渣胶凝材料在80℃下水化60d，其间三次破碎，加速水化，最终使其化学结合水（CW0）趋于基本稳定。

化学结合水含量的测定参考文献进行，磷渣反应率参考文献进行。

2、结果与讨论

2.1 阴离子对磷渣胶凝材料凝结时间的影响程明显加快，初凝和终凝时间大幅缩短，已经达到对水泥凝结时间的要求。相反，掺入Na2CO3后，磷渣胶凝材料的凝结时间变化不大；无机系的早强剂NaCI和有机早强剂尿素常混凝土中应用，但在实验中与NaOH或Na2CO3的复合对磷渣胶凝材料凝结时间的影响与单独的NaOH或Na2CO3对磷渣胶凝材料凝结时间相比较，作用不是很明显。Na2SiO3与Na2SiF6的复合可以缩短磷渣的凝结时间，但是效果明显不如NaOH的激发效果。分析原因，可能是本实验用的Na2SiO3是分析纯，模数为1.0，而磷渣的品质不同，P2O5和F的含量不同，对激发剂Na2SiO3的模数比较敏感。另外，从表3中还可以看出，NaF能够缩短磷渣胶凝材料的凝结时间，从这一点来讲，可溶性的F对水泥水化并没有造成不利的影响。

2.2 阴离子对磷渣胶凝材料化学结合水的影响

2.2.1 引入阴离子的情况下磷渣胶凝材料化学结合水的变化特点

在相同龄期，PS3的化学结合水值最大，其化学结合水的变化几乎呈线性增加趋势，即NaOH与尿素的复合对磷渣的激发效果最好，Na2CO3与NaCI或尿素的复合效果不是很明显，但比单纯的Na2CO3效果要好。

从表4可以看出，NaF对磷渣也有一定的激发效果。Na2SiO3对磷渣的激发效果不是很明显，3d的化学结合水仅比磷渣在纯水中水化时增加了0.27%，Na2SiO3和Na2SiF6的复合效果稍好，3d比PSO增加了0.84%。

2.2.2 阴离子对磷渣胶凝材料水化程度的影响

从表5可以看到，随着水化时间的延长，磷渣胶凝材料的水化程度不断提高。磷渣在NaOH的激发下，在水化1d时，已经水化了19%，而磷渣-水体系1d的水化程度为0.07%，说明OH-在水化早期使得磷渣玻璃体溶解，解聚，极大的促进了磷渣的反应。

2.3 阴离子对磷渣胶凝材料反应率的影响

从表6可以看出，对磷渣激发效果最好的是NaOH以及它与尿素、NaCI复合的激发剂。还可以看出，PSl的28d磷渣反应率29.08%，只比1d的增加了4.96%，说明OH-对磷渣的影响主要是发生在水化早期。其它激发剂对磷渣胶凝材料的影响基本上也有类似的规律。

3、结论

通过对各种阴离子对磷渣胶凝材料的化学反应程度，磷渣反应率及凝结时间的影响，可知：

1.不同的阴离子对磷渣胶凝材料水化的影响不同，其化学反应程度也有很大的差别。

2.通过对NaOH，Na2CO3，Na2SiO3与其它几种阴离子的复合对磷渣胶凝材料水化的影响研究表明，单独NaOH对磷渣水化的影响较大，其与NaCI和尿素的复合效果也较单一的NaOH要好。而Na2CO2，Na2SiO3虽然对磷渣水化有一定的影响，但是作用不是太明显。

3.从凝结时间和水化程度的结果来看，可溶F对磷渣胶凝材料的凝结硬化不仅无缓凝作用，而且还在一定程度上促进磷渣胶凝材料的水化。