浅谈磷石膏对水泥性能的影响

刘骥 唐小春 韦显文 韦宏常

【摘 要】文章对磷石膏不同掺量、不同pH值及不同缓凝温度对水泥凝结时间、强度等性能指标的影响进行了探索。磷石膏作为水泥缓凝剂，相比天然石膏，能延长水泥凝结时间，但是pH值应大于7，否则会严重影响水泥的前期强度，并使水泥凝结时间过长;并且，可以根据不同的季节和环境温度灵活调整磷石膏的使用比例，以适应实际施工情况。

【关键词】磷石膏;pH值;水泥性能

【中图分类号】TQ177.62 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）09-0082-02

磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体副产物，每生产1 t磷酸会产生4.0～5.0 t磷石膏，其主要成分为二水硫酸钙（CaSO4·2H2O），此外含有少量未反应的磷矿、磷酸、氟化物、有机物及钾、钠等成分。据不完全统计，全球磷石膏累积排放量约56亿t，每年新增1.1亿～1.5亿t。我国磷石膏年产生量约7 500万t，累计排量近6亿t，是副产石膏中排量最大的一种。近年来，建材行业的快速发展及石膏在建筑材料行业的广泛应用，使天然石膏资源越来越紧俏。此外，电厂的脱硫石膏也被广泛加工成石膏制品，导致传统水泥调凝剂的天然石膏和工业脱硫石膏价格不断上涨，给水泥企业的石膏供应及生产成本控制带来很大困难。广西鹿寨等地已排放的上百万吨磷石膏长期露天堆放，对地下水资源造成污染。因此，广西鱼峰水泥股份有限公司加大对磷石膏工业化试验研究开发及应用力度，使磷石膏完全或部分替代原有的天然石膏和脱硫石膏，既变废为宝为企业降本增效，又消纳固体废物保护环境。

1 磷石膏不同掺量对水泥性能的影响

为探索磷石膏对水泥凝结时间及强度等的影响，分别按照P.O42.5水泥及M32.5水泥的配比进行小磨试验，在相同SO3和比表面积的前提下，石膏按3种配比掺入（单用天然石膏，天然石膏：磷石膏=1∶1，单用磷石膏），本次小磨试验采用的磷石膏pH值为7.6，试验结果见表1。

从表1可以看出，无论是P.O42.5水泥还是M32.5水泥，磷石膏在不同掺量下，水泥的标准稠度需水量、3d抗压强度几乎没有改变，反而28 d抗压强度略有提升;水泥的凝结时间随磷石膏的掺入明显延长，而且规律明显。这说明磷石膏替代天然石膏作为水泥缓凝剂不影响水泥强度、安定性及标准稠度需水量，并达到更明显的水泥凝结时间延长效果。

2 磷石膏pH值对水泥性能的影响

相关研究表明，由于磷石膏本身含有不同量的可溶性磷、氟、硫酸等杂质，导致磷石膏在酸碱性上呈酸性。磷石膏pH值与可溶性磷含量之间的关系，当pH值保持在3～5时，可溶性磷含量变化很少，当pH值超过5时，可溶性磷含量开始显著下降，当pH值大于或等于7时，可溶性磷含量为零。为探索磷石膏pH值对水泥性能的影响，通过不同pH值的磷石膏以P.O42.5水泥的物料配比进行小磨试验，试验结果见表2。

从表2可以看出，磷石膏pH值低于7，有一定可溶性磷的存在，被掺加到水泥中作为调凝剂使用时，会大幅延长水泥的初凝和终凝时间，使水泥的早期强度明显降低，但对水泥的28 d强度没有造成负面影响。所以，如果使用磷石膏作为水泥缓凝剂，就需要先对磷石膏的可溶性磷含量进行有效控制，只有磷石膏自身的物理属性能够达到工作标准，才能够很好地发挥控制作用。对于磷石膏的pH值要求应不得低于7，只有达到这一条件，磷石膏才能作为水泥缓凝剂正常使用。

3 不同环境温度下磷石膏对凝结时间的影响

上述试验的凝结时间的测定都是在实验室标准温度下进行的，并不能代表实际使用过程中的状况，为了更好地了解磷石膏作为缓凝剂在不同季节、不同环境温度下的凝结时间，并与天然石膏进行对比，我们将pH值为7.6的磷石膏以P.O42.5水泥的物料配比进行小磨试验，并通过空调、冰箱等方式控制温度，在不同温度下养护，测定凝结时间，试验结果见表3。

从表3可知，天然石膏作为缓凝剂时随着养护温度的变化，凝结时间的变化比较有规律，然而磷石膏因其成分复杂，磷石膏在不同环境温度下凝结时间变化较大，在5 ℃和10 ℃时，磷石膏作为缓凝剂的水泥的凝结时间明显延长，超过20 ℃对凝结时间的影响也比较有规律。若在低温下使用磷石膏作为缓凝剂的水泥施工，将严重影响施工进度并可能引起质量事故。通过试验总结经验，不同季节、不同环境温度下灵活调整磷石膏的使用配比，夏季通过增加磷石膏的使用配比甚至单用磷石膏延长水泥的凝结时间，冬季则要降低磷石膏的使用配比甚至不用，保证水泥质量。

4 结语

（1）磷石膏作为水泥缓凝剂，相比天然石膏，具有更明显的水泥凝结时间延长效果，但是需要对磷石膏进行改性处理，使其pH值大于7，否则会造成水泥凝结时间过长，并且使水泥3 d抗压强度明显降低。

（2）根据不同季节和环境温度调整磷石膏的使用配比，比如夏季通过增加磷石膏的使用配比甚至单用磷石膏延长水泥的凝结时间，从而减少水泥夏季凝结速度较快的问题，提高客户满意度，然而冬季则要降低磷石膏的使用配比甚至不用，避免水泥凝结时间过长影响施工进度和质量。

（3）磷石膏替代天然石膏作为水泥的缓凝剂使用，既可变废为宝为企业降本增效，又可消纳固体废物保护环境，获得社会效益和经济效益的双赢。

参 考 文 献

[1]叶学东.2016年我国磷石膏利用現状、存在问题及建议[J].磷肥与复肥，2017，32（7）：1-3.

[2]岳琴.磷石膏做水泥缓凝剂的改性工艺探究及其性能影响[J].广东化工，2017（11）：96-98.

[3]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（1）：51-55，72.