3.3 掺磷渣粉的胶凝材料物理力学性能
3.3.1 胶砂强度
3.3.1.1 磷渣粉掺量及品种对水泥胶砂强度的影响
不同品种、不同掺量磷渣粉与粉煤灰的胶砂强度试验结果见表3.3-1，胶砂的强度增长率及折压比见表3.3-2。图3.3-1～图3.3-6是不同品种磷渣粉、粉煤灰的胶砂强度与掺量的关系。图3.3-7和图3.3-8是磷渣粉胶砂与粉煤灰胶砂抗压强度和抗折强度（掺量20%、30%、60%）的比较。
（1）磷渣粉掺量在20%～60%范围内，7d、28d、90d、180d龄期的胶砂抗压强度分别为纯水泥胶砂强度的20%～66%、31%～79%、72%～99%、89%～106%；180d龄期胶砂抗压强度与纯水泥胶砂相当或略高（除60%的掺量）；掺量大于30%，掺磷渣粉胶砂7d、28d龄期的抗压强度较低。随磷渣粉掺量的增加，早期胶砂强度逐渐下降。抗折强度的规律与抗压强度相似。
（2）磷渣粉掺量在20%～60%范围内，以28d龄期为基准，7d、90d、180d龄期的胶砂抗压强度增长率分别为34%～60%、159%～284%、210%～369%。随磷渣粉掺量的增加，胶砂7d龄期的抗压强度增长率减小，而90d、180d龄期的抗压强度增长率增大。抗折强度的规律和抗压强度相似。
（3）随龄期的增加，掺磷渣粉水泥胶砂90d、180d龄期的强度增长率比纯水泥大，说明磷渣的强度增长主要发生在后期，抗折强度的增长率比同龄期抗压强度的增长率小。
表3.3-1 不同品种、不同掺量磷渣粉与粉煤灰的胶砂强度试验结果（W/C=0.5、磷渣粉比表面积290m2/kg）
注 “/”后的数字为不同掺量强度与同龄期空白胶材强度的百分比。
表3.3-2 胶砂的强度增长率及折压比%
图3.3-1 胶砂抗压强度、抗折强度与磷渣粉掺量的关系（瓮福磷渣粉）
（4）随龄期的增加，胶凝材料的折压比减小；与纯水泥胶砂相比，掺磷渣粉水泥胶砂的折压比7d龄期稍高，28d、90d、180d龄期基本相当；掺粉煤灰水泥胶砂折压比相当或略高于磷渣粉胶砂。
图3.3-2 胶砂抗压强度、抗折强度与磷渣粉掺量的关系（泡沫山磷渣粉）
图3.3-3 胶砂抗压强度、抗折强度与粉煤灰掺量的关系（遵义粉煤灰）
图3.3-4 胶砂抗压强度、抗折强度与粉煤灰掺量的关系（凯里粉煤灰）
（5）掺不同厂家磷渣粉的水泥胶砂强度不同，如掺量在30%以下时，泡沫山磷渣粉的水泥胶砂抗压强度比瓮福磷渣粉高6%～10%，抗折强度高7%～19%。但总体相差程度不大，说明其活性比较接近。
（6）掺磷渣粉水泥胶砂的早期强度略低于粉煤灰胶砂，但随着龄期的增加，掺磷渣粉的水泥胶砂强度有赶上或超过粉煤灰水泥胶砂的趋势，掺量较大时这种趋势更明显一些。表明磷渣粉具有更好的后期强度增长效应。
图3.3-5 不同掺和料的胶砂抗压强度
图3.3-6 不同掺和料的胶砂抗折强度
3.3.1.2 磷渣粉细度对胶砂强度的影响
通常掺和料颗粒越细，其活性也越高，即对强度的贡献也越大。不同细度磷渣粉胶砂强度试验结果及比较见表3.3-3。不同龄期、不同细度磷渣粉掺量与胶砂强度的柱状图见图3.3-7和图3.3-8。
表3.3-3 不同细度磷渣粉胶砂强度试验结果
注 “/”后的数字为不同掺量强度与同龄期空白胶材强度的百分比。
图3.3-7 28d不同细度磷渣粉掺量与抗压强度关系
图3.3-8 90d不同细度磷渣粉掺量与抗压强度关系
可见，磷渣粉比表面积在300～450m2/kg时，掺磷渣粉的胶砂强度有随比表面积增加而增大的趋势，但龄期越长，细度对强度的影响效应越小，即颗粒越细早期影响显著，颗粒粗后期效应明显。相同磷渣粉细度的情况下，随着掺量的增加，强度逐渐减小。但当龄期增长到一定时间后，存在一个抗压强度最大的掺量，即最佳掺量。比表面积越小，胶砂强度增长快，龄期越长，效果也越明显。从机理分析颗粒越细，早期时也越容易水化，强度贡献也越大，到了后期，颗粒粗的磷渣粉活性逐渐被大量激发出来，开始发挥作用。因此，针对大坝大体积混凝土强度具有设计龄期长的特点，不宜选择过细的磷渣粉，磷渣粉比表面积在200～350m2/kg这一范围内较合适。
同时，从图3.2-9和图3.2-10看出，20%和30%掺量时，粉煤灰的活性与300m2/kg和350m2/kg的磷渣粉相近，都低于450m2/kg的磷渣粉，而掺粉煤灰60%的强度数据不稳定。
图3.3-9 28d不同细度磷渣粉掺量与抗折强度图
图3.3-10 90d不同细度磷渣粉掺量与抗折强度关系
3.3.2 水化热
对于大体积混凝土而言，胶凝材料的水化热是造成混凝土内部温度升高的主要原因，降低胶凝材料的水化热有利于提高混凝土的耐久性。磷渣粉、粉煤灰都属于具有活性的掺和料（亦称具有潜在活性的胶凝材料），其水化产生的水化热在导致混凝土内部温度升高的同时，也从另一个侧面反映其活性的大小。
本书试验采用瓮福黄磷厂磷渣粉，对比了不同细度、不同掺量的磷渣粉对胶凝材料水化热的影响，以及单掺粉煤灰的胶材水化热，试验结果见表3.3-4。图3.3-11是磷渣粉
表3.3-4 单掺磷渣粉或粉煤灰胶凝材料水化热对比
图3.3-11 不同磷渣粉掺量的水化热（比表面积250m2/kg）
为比表面积250m2/kg时不同掺量的水化热曲线，图3.3-12是单掺30%不同细度磷渣粉的水化热柱状图。通过试验，可以得出以下结论：
图3.3-12 不同细度磷渣粉的水化热（单掺30%）
（1）磷渣粉细度一定时，随其掺量的增加，3d和7d的胶材水化热降低，但水化热降低比率低于掺量百分比。磷渣粉掺量一定时，随磷渣粉比表面积的增加，水化热略有增加。
（2）掺入磷渣粉，水化热不同程度降低。分析原因，掺入磷渣粉掺和料后，水泥熟料减少，而磷渣粉早期水化活性很低，几乎不参与水泥水化，是水泥水化热降低的主要原因。同时由于磷渣粉具有明显的缓凝特性，且随着磷渣粉掺量的增加，缓凝特性更加明显。磷渣比表面积增大时，水泥粒子的分散性增强，水化速率增加，从而使水泥的水化热增大。
（3）随着粉煤灰掺量的增加，水化热降低率升高，其规律与磷渣粉基本相同；磷渣粉与粉煤灰相比，比表面积250～300m2/kg时，7d水化热基本相当，当比表面积大于300m2/kg时，掺磷渣粉胶凝材料的7d水化热超过掺粉煤灰的胶凝材料水化热。
由以上分析可见，磷渣粉的活性可以达到与粉煤灰基本相同的效果，同时具有较好的低水化热特性。适当增加磷渣粉在混凝土中的掺量，对降低混凝土温升，提高混凝土的抗裂性，尤其是混凝土的早期抗裂性非常有利。