過硫磷石膏礦渣水泥混凝土中PSC漿磷石膏含量測定方法研究

林宗壽，呂治江

(武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室,武漢 430070)

摘要：通過分離過硫磷石膏礦渣水泥混凝土中的過硫磷石膏礦渣水泥漿，并測定各原料的SO3含量，然后根據(jù)各原料SO3的平衡關(guān)系，計算出了過硫磷石膏礦渣水泥混凝土中的過硫磷石膏礦渣水泥漿的磷石膏含量。經(jīng)實驗反復(fù)驗證，顯示磷石膏含量的測定誤差均可在1.0%范圍之內(nèi)，可作為過硫磷石膏礦渣水泥混凝土生產(chǎn)過程中磷石膏配合比的日?？刂坪蜏y定方法。

關(guān)鍵詞：過硫磷石膏礦渣水泥混凝土；磷石膏含量；測定方法

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.04.001

Abstract:Through the separation of the Excess-Sulfate Phosphogypsum Slag pulp from the Excess-Sulfate Phosphogypsum Slag Cement Concrete, and the determination of the SO3 content in each material, this study calculated the Phosphogypsum Content in the Excess-Sulfate Phosphogypsum Slag pulp of the Excess-Sulfate Phosphogypsum Slag Cement Concrete according to the equilibrium relationship of SO3 in each material. Through repeated verification, it showed that the measurement deviation of the Phosphogypsum Content is within 1.0% range, so this method can be used to daily control and determine the mix proportion of the Phosphogypsum during the production of the Excess-Sulfate Phosphogypsum Slag Cement Concrete.

收稿日期：2015-06-14.

基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863)項目(2012AA06A112).

作者簡介：林宗壽(1957-)，教授．E-mail:13807182067@163.com

Study of the Determination Methods of the PSC Pulp Phosphogypsum

Content in the Excess-sulfate Phosphogypsum Slag Cement Concrete

LINZong-shou，LVZhi-jiang

(The State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology,

Wuhan 430070, China)

Key words:excess-sulfate phosphogypsum slag cement concrete;phosphogypsum content;determination Methods

林宗壽等[1-13]經(jīng)過多年研究,開發(fā)出一種磷石膏基免煅燒水泥,后更名為“過硫磷石膏礦渣水泥”。過硫磷石膏礦渣水泥(PSC)是一種采用40%～50%的磷石膏、40%～50%的礦渣、2%的鋼渣和約4%的硅酸鹽水泥熟料經(jīng)混合、粉磨制成的新型水硬性膠凝材料。為進一步節(jié)能降耗，林宗壽等[9-13]越過了過硫磷石膏礦渣水泥的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，采用磷石膏漿、礦渣粉、普通硅酸鹽水泥、砂、石和外加劑，直接攪拌制成了過硫磷石膏礦渣水泥混凝土(PSCC)，并對過硫磷石膏礦渣水泥混凝土的工藝參數(shù)進行了探索。

根據(jù)資料[5]可知，PSCC的PSC漿中磷石膏含量大小對其性能有所影響。PSC漿中磷石膏含量過高(超過50%)，會引起PSCC強度大幅度下降；PSC漿中磷石膏含量過低(小于40%)，PSCC的強度將不再明顯提高，節(jié)能環(huán)保效益下降，將失去生產(chǎn)該產(chǎn)品的意義。因此，在PSCC的實際生產(chǎn)過程中，應(yīng)控制PSC漿中磷石膏的含量。該文旨在通過分離PSCC中的PSC漿，并測定各原料的SO3含量，根據(jù)各原料SO3的平衡關(guān)系，計算出PSCC中的PSC漿的磷石膏含量，以達到控制PSC漿中磷石膏含量的目的。

1實驗方法

1.1　砂石含水率測定

按PSCC中砂子和石子的比例，將砂石配合后稱取1 kg試樣，置于105 ℃烘箱中烘干至恒重，根據(jù)失量計算出砂石質(zhì)量百分含水率ωH2O 。

1.2　砂石細粉含量測定

所謂砂石細粉含量是指砂子和石子中含有可通過0.3 mm篩的細顆粒的質(zhì)量百分含量。按過硫磷石膏礦渣水泥混凝土中砂子和石子的比例，將砂石配合后稱取300 g試樣(m1)，置于容器中加入適量水攪拌，然后用0.3 mm篩過篩，過篩過程中砂石可用清水洗滌2次。將過篩得到的溶液用中速定性濾紙過濾，連同濾紙置于105 ℃烘箱中烘干至恒重并稱量(扣除濾紙質(zhì)量)即為細粉量m2，按式(1)計算砂石細粉含量。

(1)

式中,ωf為砂石細粉含量，%；ωH2O 為砂石含水率，%；m1為砂石的稱量，g；m2細粉量，g。

1.3　PSC細砂漿提取和含固量測定

含有細砂的PSC漿稱為PSC細砂漿。

1)提取液制備方法

稱取400 g過硫磷石膏礦渣水泥混凝土拌合物放在容器中，人工剔除大顆粒石子，加入500 mL自來水攪拌均勻，沉淀后將溶液用真空抽濾瓶抽濾(抽濾漏斗中墊中速定性濾紙)，所得濾液即為提取液，儲存?zhèn)溆谩?/p>

2)PSC細砂漿提取方法

稱取200 g過硫磷石膏礦渣水泥混凝土拌合物放在容器中，人工剔除大顆粒石子，加250 mL提取液，然后用0.3 mm標準篩過篩，再用少量提取液將砂石沖洗干凈。將篩選出來的水泥細砂漿用真空抽濾瓶抽濾(抽濾漏斗中墊中速定性濾紙)。將濾泥攪拌均勻，即為PSC細砂漿。

3)PSC細砂漿含固量測定方法

稱取PSC細砂漿10 g(精確至0.01 g)(m1)置于200 mL燒杯中,加入15 mL無水乙醇攪拌后，用中速定性濾紙過濾，再用少量無水乙醇沖洗兩遍。連同濾紙一起放入40 ℃的烘干箱中烘干至恒量，并稱量得質(zhì)量m2(扣除濾紙質(zhì)量)。根據(jù)下式計算PSC細砂漿的含固量ωg。

(2)

1.4　PSC細砂漿三氧化硫含量測定

稱取有代表性的PSC細砂漿試樣約1.5 g，精確至0.000 1 g。置于300 mL燒杯中，在電爐上加熱15 min(目的是使鈣礬石脫水分解)。然后冷卻至室溫后，加入90～100 mL水使其分散。加30 mL鹽酸(1+1)。用平頭玻璃棒壓碎塊狀物，慢慢地加熱溶液，直至試樣分解完全。將溶液加熱微沸5 min。用中速濾紙過濾，用熱水洗滌10～12次。調(diào)整濾液體積至200 mL，煮沸。在攪拌下滴加30 mL熱的氯化鋇溶液(將100 g二水氯化鋇BaCl2·2H2O溶于水中，加水稀釋至1 L)。繼續(xù)煮沸數(shù)分鐘，然后移至溫熱處靜置4 h或過夜。用慢速濾紙過濾，用溫水洗滌，直至檢驗無氯離子為止。

將沉淀及濾紙一并移入已灼燒恒量的瓷坩堝中，灰化后在800 ℃的馬弗爐內(nèi)灼燒30 min，取出坩堝置于干燥器中冷卻至室溫，稱量。反復(fù)灼燒，直至恒量m2。

三氧化硫的質(zhì)量百分含量按式(3)計算

(3)

式中,ωCS為PSC細砂漿的三氧化硫質(zhì)量百分含量，%；m2為灼燒后沉淀的質(zhì)量，g；m1為PSC細砂漿試樣的質(zhì)量，g；ωG為PSC細砂漿的含固量，%；0.343為硫酸鋇對三氧化硫的換算系數(shù)。

1.5　磷石膏三氧化硫含量測定

取有代表性的磷石膏試樣5 g左右，用瑪瑙研缽磨細并均化均勻，置于40 ℃烘干箱中烘干至恒量后，稱取約0.1g試樣，精確至0.000 1 g。置于300 mL燒杯中，加入30～40 mL水使其分散。加10 mL鹽酸(1+1)。用平頭玻璃棒壓碎塊狀物，慢慢地加熱溶液，直至試樣分解完全。將溶液加熱微沸5 min。用中速濾紙過濾，用熱水洗滌10～12次。調(diào)整濾液體積至200 mL，煮沸。在攪拌下滴加10 mL熱的氯化鋇溶液(將100 g二水氯化鋇BaCl2·2H2O溶于水中，加水稀釋至1 L)。繼續(xù)煮沸數(shù)分鐘，然后移至溫熱處靜置4 h或過夜(此時溶液的體積應(yīng)保持在200 mL)。用慢速濾紙過濾，用溫水洗滌，直至檢驗無氯離子為止。

將沉淀及濾紙一并移入已灼燒恒量的瓷坩堝中，灰化后在800 ℃的馬弗爐內(nèi)灼燒30 min，取出坩堝置于干燥器中冷卻至室溫，稱量。反復(fù)灼燒，直至恒量m2。

磷石膏三氧化硫的質(zhì)量百分含量按式(4)計算

(4)

式中，ωGS為磷石膏三氧化硫質(zhì)量百分含量，%；m2為灼燒后沉淀的質(zhì)量，g；m1為磷石膏試樣的質(zhì)量，g；0.343為硫酸鋇對三氧化硫的換算系數(shù)。

1.6　PSCC中PSC漿的磷石膏含量計算

設(shè)：每立方米過硫磷石膏礦渣水泥混凝土中砂子和石子的總量為akg；每立方米過硫磷石膏礦渣水泥混凝土中熟料粉(或水泥及鋼渣粉)、磷石膏及礦渣粉的總量(PSC)為bkg；干基PSC漿中熟料粉(或硅酸鹽水泥，當含有鋼渣時即指熟料或水泥與鋼渣的混合物)的質(zhì)量百分含量為ωs(%)；干基PSC漿中礦渣粉的質(zhì)量百分含量為ωk(%)。

則：每克干基PSC漿對應(yīng)的砂石總量為：(a/b) g。

每克干基PSC漿所能帶入的砂石細粉量總量為：(aωf/100b) g。

設(shè)：干基PSC漿中的磷石膏質(zhì)量百分含量為ωP，則：每克干基PSC漿中的磷石膏質(zhì)量為：(ωp/100) g。

設(shè)：干基PSC細砂漿中的三氧化硫質(zhì)量百分含量為：ωCS(%)；

熟料粉(或硅酸鹽水泥，當含有鋼渣時即指熟料或水泥與鋼渣的混合物)的三氧化硫質(zhì)量百分含量為：ωCS(%)；

礦渣粉的三氧化硫質(zhì)量百分含量為：ωks(%)；

則：根據(jù)三氧化硫的平衡關(guān)系，可得如下等式

(5)

整理得

(6)

式中,ωP為干基PSC漿中的磷石膏質(zhì)量百分含量，%；ωf為砂石細粉含量，%；ωGS為磷石膏的三氧化硫質(zhì)量百分含量，%；ωCS為干基PSC細砂漿的三氧化硫質(zhì)量百分含量，%；a為1 m3過硫磷石膏礦渣水泥混凝土中的砂、石配合量，kg；b為1 m3過硫磷石膏礦渣水泥混凝土中的PSC配合量，kg。ωS為干基PSC漿中熟料粉(或硅酸鹽水泥，當含有鋼渣時即指熟料或水泥與鋼渣的混合物)的質(zhì)量百分含量，%，可以采用已知的設(shè)計配比；ωk為干基PSC漿中礦渣粉的質(zhì)量百分含量,%，可以采用已知的設(shè)計配比；ωSS為熟料粉(或硅酸鹽水泥，當含有鋼渣時即指熟料或水泥與鋼渣的混合物)的三氧化硫質(zhì)量百分含量，%；ωks為礦渣粉的三氧化硫質(zhì)量百分含量，%。

2實驗驗證

2.1　第一次驗證實驗

1)磷石膏：取自湖北省黃麥嶺磷化工有限公司的磷石膏，置于60 ℃烘箱中烘干至恒重，測定含固量為99.7%；ωGS為44.7%。

2)礦渣粉：取武漢武新新型材料有限公司生產(chǎn)的S95級礦渣粉，測定密度為2.87 g/cm3，比表面積為449.7 m2/kg。

3) PO水泥：取自湖北金蘭水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，測定密度為3.09 g/cm3，比表面積為385 m2/kg。

4)砂、石：取自大悟全興實業(yè)有限責任公司，測定ωf為13.08%。

5)母液：采用聚羧酸減水劑母液，固含量為40%。

將上述原料，按表1的配比進行實驗?？梢姡琍SCC的PSC漿中的磷石膏含量的測定值與實際配合比的誤差均在±0.82%范圍之內(nèi)。

表1　PSCC配合比及PSC漿中的磷石膏含量測定

注：a=473.7 kg，b=100 kg，熟料三氧化硫含量為2.24%，礦渣三氧化硫含量為0.07%。

2.2　第二次驗證實驗

1)磷石膏：取自湖北省黃麥嶺磷化工有限公司的磷石膏，置于40 ℃烘箱中烘干至恒重，測定含固量為99.7%；ωGS為43.8 %。

2)礦渣粉：取武漢武新新型材料有限公司生產(chǎn)的S95級礦渣粉，測定密度為2.87 g/cm3，比表面積為449.7 m2/kg。

3)PO水泥：取自湖北金蘭水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，測定密度為3.09 g/cm3，比表面積為385 m2/kg。

4)砂、石：取自大悟全興實業(yè)有限責任公司，測定ωf為17.95%。

5)母液：采用聚羧酸減水劑母液，固含量為40%。

將上述原料，按表2的配比進行實驗?？梢?，PSCC的PSC漿中的磷石膏含量的測定值與實際配合比的誤差在±0.84%范圍之內(nèi)。

表2　PSCC配合比及PSC漿中的磷石膏含量測定

注：a=473.7 kg，b=100 kg。P.O42.5水泥的三氧化硫含量為 2.24%，礦渣三氧化硫含量為0.07%。

2.3　第三次驗證實驗

磷石膏取自湖北省黃麥嶺磷化工有限公司的磷石膏，置于40 ℃烘箱中烘干至恒重，測定含固量為99.7%；ωGS為40.67%。其他原料與第二次驗證實驗所用的原料相同。按表3的配比重復(fù)進行5次實驗，結(jié)果如表3所示。可見，PSCC的PSC漿中的磷石膏含量的測定值與實際配合比的誤差在±0.82%范圍之內(nèi)。

表3　PSCC配合比及PSC漿中的磷石膏含量測定

注：a=473.7 kg，b=100 kg。P.O42.5水泥的三氧化硫含量為2.24%，礦渣三氧化硫含量為0.07%。

由資料[1-5]可知，過硫磷石膏礦渣水泥中磷石膏的適宜含量為40%～50%。以上實驗說明：采用上述的PSCC的PSC漿中的磷石膏含量測定方法，其測定誤差通常在1.0%之內(nèi)，可以滿足生產(chǎn)的要求，因此可以認為文中所提供的檢驗方法是可行的，可以作為過硫磷石膏礦渣水泥混凝土生產(chǎn)過程中的磷石膏含量的控制檢驗方法。

3結(jié)語

通過分離PSCC中的PSC漿，并測定各原料的SO3含量，根據(jù)各原料SO3的平衡關(guān)系，可計算出PSCC中的PSC漿的磷石膏含量。其作為檢測PSCC中的PSC漿的磷石膏含量的方法，誤差在可接受的范圍內(nèi)。

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