改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土及制作方法技术领域
本发明涉及一种工业副产品磷石膏的利用，特别是涉及一种改性磷石膏基胶凝材料配制
中高强度混凝土及制作方法。
背景技术
在现有技术中，磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品，每1吨磷酸将产生5
吨磷石膏，目前我国磷石膏的资源化利用率不足10％，剩余部分作为固体废弃物采用堆积或
者填埋等方式处理，磷石膏堆积不但占用了大量土地，而且对周围环境造成严重污染，加快
对磷石膏的资源化利用已经刻不容缓，磷石膏与粉煤灰、石灰、硅酸盐水泥复合，用于生产
各种建筑材料，而把磷石膏直接作为一种胶凝材料，用于生产建筑中，是一个很好的发展途
径。
最近几年，武汉理工大学林宗寿教授开发了一种新的改性磷石膏胶凝材料，主要
组分是磷石膏、矿渣和少量的钢渣、熟料，这种改性胶凝材料是利用各种材料复合，利用碱
激发和水化产物的二次反应等原理制备的具有较高强度的水硬性胶凝材料；改性磷石膏基胶
凝材料具有强度高、抗渗能力强、抗硫酸盐侵蚀等优良特性，目前主要应用于压制免烧砖等。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土
及制作方法，通过本技术方案，将磷石膏变废为宝，配制中高强度混凝土，不但将大量的磷
石膏消化利用，并且大大提高了混凝土的强度，同时研制出流动性、大流动性和干硬性混凝
土的多种产品，从而进一步拓宽了磷石膏的应用范围，为实现工业化奠定基础。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土，由改性磷石膏基胶凝材料、砂、碎石、
聚羧酸减水剂母液和水为基本材料制成，其中制成一立方米混凝土所用改性磷石膏基胶凝材
料用量为350Kg-450Kg，砂为700Kg-720Kg，水与改性磷石膏基胶凝材料的水胶重量比
为0.35-0.50，砂率为35-40％，所用减水剂为聚羧酸高效减水剂母液，掺加用量为改性磷石
膏基胶凝材料的0.1-0.8％。
所述改性磷石膏基胶凝材料由以下基本材料重量百分比构成，磷石膏32-60％，矿渣
32-60％，钢渣2-4％,熟料2-4％。
所述碎石的粒径为5-25mm连续粒级，压碎值小于10％。
所述砂的细度模数为2.0-3.5，含泥量小于等于1.0％。
一种改性磷石膏基胶凝材料制备的中高强度混凝土制备方法，按以下步骤进行：
(1)将权利要求2中所述的基本材料加入其基本材料总重量0.6-0.8倍的水，制成改性磷
石膏浆体，经过湿磨、陈化，使磷石膏中的有害物质提前进行反应沉淀，消除可溶性氟、磷
的危害，制成改性磷石膏基胶凝材料待用；
(2)按照权利要求1中所述的砂和碎石比例，将砂和碎石放入搅拌机中，搅拌10-40s；.
(3)向搅拌机中加入步骤(1)制成的改性磷石膏基胶凝材料，继续搅拌10-30s；
(4)将水和权利要求1中所述的减水剂混合均匀，加入到搅拌机中，继续净搅拌90-180s
后出料。
采用上述技术方案后的有益效果是：一种改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土及
其制备方法，通过本技术方案，1拓宽了磷石膏的应用范围，同时可以配制大流动性、流动
性和干硬性三种混凝土，不但具有良好的保水性和粘聚性，并且经过标准养护，都能达到所
需的混凝土强度等级，2通过配合比的合理设计，掌握了改性磷石膏胶凝材料配置混凝土时
达到最优性能的组分掺量，为以后改性磷石膏胶凝材料的合理利用提供了重要依据，3对改
性磷石膏胶凝材料中矿粉的比表面积进行了研究，找到了提高磷石膏基混凝土力学性能、耐
久性等的有效方法，4改性胶凝材料可取代水泥来配制混凝土，大大降低了碳排放和燃料能
源的消耗，在低碳新材料的开发利用及节能环保方面都有非常积极的作用。
具体的实施方式
本发明涉及的改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土，由改性磷石膏基胶凝材料、
砂、碎石、聚羧酸减水剂母液和水为基本材料制成，其中制成一立方米混凝土所用改性磷石
膏基胶凝材料用量为350Kg-450Kg，砂为700Kg-720Kg，水与改性磷石膏基胶凝材料的
水胶重量比为0.35-0.50，砂率为35-40％，所用减水剂为聚羧酸高效减水剂母液，掺加用量
为改性磷石膏基胶凝材料的0.1-0.8％。
所述改性磷石膏基胶凝材料由以下基本材料重量百分比构成，磷石膏32-60％，矿渣
32-60％，钢渣2-4％,熟料2-4％。
所述碎石的粒径为5-25mm连续粒级，压碎值小于10％。
所述砂的细度模数为2.0-3.5，含泥量小于等于1.0％。
本发明涉及的改性磷石膏基胶凝材料制备的中高强度混凝土制备方法，按以下步骤进
行：
(1)将权利要求2中所述的基本材料加入其基本材料总重量0.6-0.8倍的水，制成改性磷
石膏浆体，经过湿磨、陈化，使磷石膏中的有害物质提前进行反应沉淀，消除可溶性氟、磷
的危害，制成改性磷石膏基胶凝材料待用；
(2)按照权利要求1中所述的砂和碎石比例，将砂和碎石放入搅拌机中，搅拌10-40s；.
(3)向搅拌机中加入步骤(1)制成的改性磷石膏基胶凝材料，继续搅拌10-30s；
(4)将水和权利要求1中所述的减水剂混合均匀，加入到搅拌机中，继续净搅拌90-180s
后出料。
为了更好的说明本发明的技术内容，下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行进一
步的详细说明，本发明中的具体实施例的保护范围并不只局限在所述实施例中。
实施例1
C30大流动性混凝土，由胶凝材料、砂、碎石、水、减水剂组成，其中，混凝土的容重
设为2350Kg/m3，胶凝材料为改性磷石膏胶凝材料，强度等级相当于32.5的硅酸盐水泥，
用量为407Kg/m3，其中磷石膏的掺量为45％，矿渣的掺量为49％，，钢渣掺量为2％，熟料
掺量为4％，水与改性磷石膏基胶凝材料的水胶重量比为0.35-0.43，砂率为40％，砂的细度
模数为2.6，碎石为5-25mm连续级配，减水剂掺量为0.5％,设计坍落度为180mm，比表面积
为475m2/Kg，在按照表1进行配料，按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验
方法标准》进行坍落度和扩展度的测定，同时在20℃、98％标准养护箱中养护并根据
GBT50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行3天、7天、28天抗压强度的测
试，具体测试结果见表2。
表1 C30大流动性混凝土的配合比数据
表2 C30大流动性混凝土坍落度、扩展度与抗压强度
编号
坍落度/mm
扩展度/mm
3天强度/MPa
7天强度/MPa
28天强度/MPa
1
185
300
9.0
20.3
24.8
2
215
400
-
26.8
39.1
3
160
280
13.9
28.4
33.9
4
175
340
13.4
25.1
32.1
5
205
360
9.1
20.8
28.2
通过以上试验对比，水灰比为0.37的C30混凝土，混凝土的7d和28d强度分别达到
26.8MPa和39.1MPa,满足C30混凝土的力学性能，同时，坍落度为215mm，扩展度为400mm,
流动性最佳。
通过试验证明，水灰比为0.37的改性磷石膏基胶凝材料制备的混凝土的配合比设计可较
好的满足C30大流动性混凝土的要求。
实例例2
C40流动性混凝土，由胶凝材料、砂、碎石、水、减水剂组成，其中，混凝土的容重设
为2350Kg/m3，胶凝材料为改性磷石膏胶凝材料，强度等级相当于32.5的硅酸盐水泥，用
量为380Kg/m3，其中胶凝材料中矿渣的掺量为55％，比表面积分别为475m2/Kg，554m2/Kg，
612m2/Kg，磷石膏的掺量为39％，钢渣掺量为2％，熟料掺量为4％，水与改性磷石膏基胶
凝材料的水胶重量比为0.43，砂率为40％，砂的细度模数为2.6，碎石为5-25mm连续级配，
减水剂掺量为0.4％,设计坍落度为150mm。按照表3进行配料，按照GB/T 50080-2002《普
通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行坍落度和扩展度的测定，同时在20℃、98％标准养
护箱中养护并根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行3天、7天、
28天抗压强度的测定，具体测试结果见表4。
表3不同矿渣比表面积的C40流动性混凝土配合比数据
表4 C40流动性混凝土坍落度、扩展度与抗压强度
编号
坍落度/mm
扩展度/mm
3天强度/MPa
7天强度/MPa
28天强度/MPa
A
180
300
16.3
29.1
38.5
B
150
280
21.2
31.4
44.7
C
130
250
23.0
37.7
47.3
通过以上试验对比，矿渣比表面积为612Kg/m3的混凝土，相对于矿渣比表面积为475
m2/Kg的混凝土,混凝土的3d、7d和28d强度分别提高41.1％、29.6％和22.％，力学性能最
佳，满足C40混凝土的力学性能；同时坍落度和扩展度满足流动性混凝土的要求。通过试验
证明，矿渣比表面积为612m2/Kg的混凝土的配合比设计可较好的满足C40流动性混凝土的
要求。
实施例3
C40干硬性混凝土，由胶凝材料、砂、碎石、水、减水剂组成。其中，混凝土的容重设
为2350Kg/m3，胶凝材料为改性磷石膏胶凝材料，强度等级相当于32.5的硅酸盐水泥，用
量为350Kg/m3，其中胶凝材料中矿渣的掺量为55％，比表面积分别为475m2/Kg，磷石膏的
掺量分别为42％、39％，水与改性磷石膏基胶凝材料的水胶重量比为0.38，砂率为35％，沙
的细度模数为2.6，碎石为5-25mm连续级配，减水剂掺量为0.4％,设计维勃稠度为15-40s。
按照表5进行配料，按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行维
勃稠度的测定，同时在20℃、98％标准养护箱中养护并根据GB/T50081-2002《普通混凝土
力学性能试验方法标准》进行3天、7天、28天抗压强度的测定，具体测试结果见表6。
表5 C40干硬性混凝土配合比数据
表6坍落度、扩展度与抗压强度
编号
维勃稠度/s
3天强度/MPa
7天强度/MPa
28天强度/MPa
a1
19
30.0
42.8
50.0
a2
36
22.5
35.3
42.7
本发明的技术方案，通过以上试验对比，磷石膏的掺量分别为42％的a1组的混凝土，
3d、7d、38d强度分别比磷石膏掺量为39％的a1组的混凝土的强度提高33.3％、21.2％和17％，
强度满足C40混凝土的要求，同时，微博稠度为19s，满足设计要求，通过试验证明，磷石
膏的掺量分别为42％的混凝土的配合比设计可较好的满足C40干硬性混凝土的要求。
本发明在实际应用中发现，通过本技术方案制成的高强度混凝土具有较好的抗硫酸盐侵
蚀的能力，同时在抗渗能力上也有上佳的技术效果。
以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，并非用以限定本发明的保护范围。