張昌軍

摘要 磷渣是電爐法制取黃磷時(shí)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(jì)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(jì)、澆筑等方面介紹磷渣粉在混凝土中的應(yīng)用，具有較好的社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 磷渣；固體廢棄物；磷渣粉；磷渣混凝土；強(qiáng)度；和易性；凝結(jié)時(shí)間

中圖分類號(hào) TU528.041文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）10-0105-03

0 引言

磷渣是電爐法制取黃磷時(shí)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(xì)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。

?；姞t磷渣粉為用電爐法制黃磷時(shí)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(xì)加工制成的粉末，簡(jiǎn)稱磷渣粉。目前我國(guó)黃磷產(chǎn)能主要分布在水電資源和磷礦資源相對(duì)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(jì)，每生產(chǎn)1 t黃磷要產(chǎn)生8～10 t的磷渣。我國(guó)每年產(chǎn)生的磷渣約800萬(wàn)噸，基本上沒(méi)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(huì)隨雨水滲入地下，嚴(yán)重污染環(huán)境。

1 項(xiàng)目概況

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

沿江高速攀寧段ZCB1-1項(xiàng)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?yàn)樵摵贤慰刂菩怨こ?，是主?50 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(zhǎng)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(jì)61股，每股127絲鍍鋅鋁高強(qiáng)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(fēng)場(chǎng)復(fù)雜且風(fēng)力較大、場(chǎng)地局促，對(duì)放索場(chǎng)、牽引系統(tǒng)、鋼桁梁拼裝場(chǎng)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(qiáng)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(xiàng)目使用四川省寧南縣白鶴灘水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，代號(hào)為P.O 42.5。水泥性能檢測(cè)結(jié)果表明，水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）對(duì)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(cè)結(jié)果如表1所示。

2.2 磷渣粉

該項(xiàng)目采用會(huì)東金燁磷渣綜合利用有限公司生產(chǎn)的L85級(jí)磷渣粉，年產(chǎn)量100萬(wàn)噸。磷渣粉檢測(cè)結(jié)果表明，各項(xiàng)性能指標(biāo)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(cè)結(jié)果如表2所示。

2.3 粗、細(xì)集料

該項(xiàng)目采用黑泥溝料場(chǎng)生產(chǎn)的粗細(xì)集料。黑泥溝料場(chǎng)配備了一臺(tái)鄂破、兩臺(tái)圓錐破和兩臺(tái)制砂機(jī)，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(xì)集料檢測(cè)指標(biāo)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(cè)結(jié)果分別如表3～4所示。

2.4 減水劑

該項(xiàng)目使用攀枝花市吉源科技有限責(zé)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(cè)結(jié)果表明，各項(xiàng)性能指標(biāo)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(cè)結(jié)果如表5所示。

2.5 水

該項(xiàng)目混凝土生產(chǎn)用水為井水。生產(chǎn)用水檢測(cè)結(jié)果符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（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(cè)結(jié)果如表6所示。

3 配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

該項(xiàng)目水泥混凝土配合比首先由項(xiàng)目總工組織工程處、機(jī)料處、合同處及試驗(yàn)室召開(kāi)混凝土配合比設(shè)計(jì)交底會(huì)，確定該項(xiàng)目需用到的配合比標(biāo)號(hào)及相關(guān)要求。試驗(yàn)室依據(jù)設(shè)計(jì)文件收集相關(guān)技術(shù)要求，進(jìn)行料源考查，準(zhǔn)備相應(yīng)原材料，設(shè)計(jì)C35水下混凝土的配合比，并對(duì)摻磷渣粉配合比[5]與純水泥配合比進(jìn)行對(duì)比。

C35水下混凝土配合比設(shè)計(jì)依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55—2011）及設(shè)計(jì)文件進(jìn)行，設(shè)計(jì)坍落度為200±20 mm，計(jì)算得到的配合比如下：

（1）基準(zhǔn)配合比計(jì)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(zhǔn)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(zhǔn)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(jì)步驟與摻磷渣粉配合比設(shè)計(jì)一致。為增強(qiáng)對(duì)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(jì)容重、外加劑摻量均保持一致。配合比試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

1號(hào)配合比，混凝土拌和物初始坍落度為200 mm，擴(kuò)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(wú)泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴(kuò)展度無(wú)損失；初凝時(shí)間為13 h27 min，終凝時(shí)間為15 h19 min。

2號(hào)配合比，混凝土拌和物初始坍落度為210 mm，擴(kuò)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(wú)泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴(kuò)展度無(wú)損失；初凝時(shí)間為14 h16 min，終凝時(shí)間為17 h01 min。

3號(hào)配合比，混凝土拌和物初始坍落度為180 mm，擴(kuò)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(wú)泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴(kuò)展度無(wú)損失；初凝時(shí)間為14 h43 min，終凝時(shí)間為17 h21 min。

4號(hào)配合比，混凝土拌和物初始坍落度為185 mm，擴(kuò)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(wú)泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴(kuò)展度無(wú)損失；初凝時(shí)間為8 h43 min，終凝時(shí)間為11 h16 min。

5號(hào)配合比，混凝土拌和物初始坍落度為185 mm，擴(kuò)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(wú)泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴(kuò)展度無(wú)損失；初凝時(shí)間為9 h13 min，終凝時(shí)間為11 h33 min。

6號(hào)配合比，混凝土拌和物初始坍落度為170 mm，擴(kuò)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(wú)泌水、含砂量（中），2 h坍落度、擴(kuò)展度無(wú)損失；初凝時(shí)間為9 h46 min，終凝時(shí)間為12 h25 min。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試拌試驗(yàn)可以得出，2號(hào)配合比工作性、強(qiáng)度各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)施工要求；摻入磷渣粉能有效延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)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(qiáng)度較28 d強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度更大，混凝土28 d強(qiáng)度相對(duì)于純水泥的配合比有小幅增長(zhǎng)。

5 施工情況

黑水河大橋樁基混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑坍落度控制在200±20 mm?；炷涟韬屯瓿珊螅紫仍诎韬驼緦?duì)拌出的混凝土進(jìn)行坍落度試驗(yàn)及混凝土試件取樣，為保證混凝土質(zhì)量，未經(jīng)檢驗(yàn)或檢驗(yàn)不合格的混凝土，不允許用于澆筑；檢測(cè)合格后的混凝土方可出站前往施工場(chǎng)地，因到達(dá)施工場(chǎng)地的運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，混凝土到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，需對(duì)混凝土狀態(tài)進(jìn)行二次確認(rèn)；然后對(duì)坍落度進(jìn)行檢測(cè)，混凝土工作性、和易性均滿足要求后，方可進(jìn)行混凝土澆筑。

因拌和站距離澆筑現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)，且途經(jīng)國(guó)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(fēng)險(xiǎn)的可能。因此，在澆筑前應(yīng)提前安排車輛檢查道路情況，并在澆筑過(guò)程中巡查道路情況，同時(shí)可與交通主管部門協(xié)調(diào)限制通行問(wèn)題，保證澆筑的順利進(jìn)行。

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

樁身混凝土灌注頂面為護(hù)筒頂面位置，為保證樁頂混凝土強(qiáng)度，在即將澆筑至樁頂時(shí)，應(yīng)跟隨澆筑進(jìn)度挖除樁頂表面的浮漿，直至表面能看見(jiàn)骨料且無(wú)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(wú)異常情況發(fā)生。

6 結(jié)論

通過(guò)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(shí)間延長(zhǎng)，能有效地減少因設(shè)備故障、道路擁堵等造成的施工風(fēng)險(xiǎn)。強(qiáng)度和良好的耐久性均滿足設(shè)計(jì)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(duì)于粉煤灰來(lái)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(jì)效益和社會(huì)效益。

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