兩性型聚羧酸減水劑與爐渣水泥相容性的研究

張海姣，戴思芮，王棟民

（中國礦業(yè)大學，北京 100083）

兩性型聚羧酸減水劑與爐渣水泥相容性的研究

張海姣，戴思芮，王棟民

（中國礦業(yè)大學，北京 100083）

在爐渣摻量分別為0、10%、30%和50%的混凝土中，分別摻入陰離子型聚羧酸減水劑（PC）和兩性型聚羧酸減水劑（APC），設計坍落度為（210±10）mm，測試混凝土塑性階段和硬化階段的性能，探討兩性型聚羧酸減水劑APC與爐渣水泥的相容性。結果表明：APC能更好地提高爐渣水泥體系的吸附分散性能；但是摻入APC同時增大了混凝土引氣性，降低硬化混凝土早期強度，不利于大摻量爐渣的使用。

爐渣；混凝土；陰離子型聚羧酸減水劑；兩性型聚羧酸減水劑；相容性

0 前言

爐渣作為火力發(fā)電廠、工業(yè)和民用鍋爐及其它設備燃煤的工業(yè)固體廢棄物，其排放量逐年增加。如何利用爐渣已經(jīng)成為當今世界矚目的環(huán)境與社會經(jīng)濟問題。爐渣的主要成分包括氧化鈣、氧化鐵、氧化鎂、二氧化硅、氧化鋁等，并具有一定的火山灰活性[1]。研究表明，爐渣作為混凝土摻合料能使混凝土的抗?jié)B性和抗侵蝕性等得到改善，作為水泥混合材具有很好的效果和作用，由此提高了爐渣的利用價值，減少占地和環(huán)境污染等問題[2-4]。但是，由于爐渣早期活性偏低，作為摻合料替代水泥后改變了膠凝材料的組成，影響水泥水化，對減水劑的相容性也有一定影響[5-6]。普通聚羧酸減水劑是陰離子型，當水泥被爐渣所替代時，陰離子型聚羧酸減水劑分子的吸附作用較弱，會使?jié){體流動性在短時間內(nèi)便表現(xiàn)出較大的損失。本文將自制的兩性型聚羧酸減水劑加入爐渣水泥中，與自制普通陰離子型聚羧酸減水劑對比，研究了2類減水劑對不同摻量爐渣與水泥混摻后混凝土的流動性、減水率、抗壓強度等性能，討論兩性型聚羧酸減水劑與爐渣水泥的相容性[7-13]。

1 實驗

1.1 主要原材料

合成單體：異戊烯醇聚氧乙烯醚，TPEG-2400，工業(yè)級，上海臺界化工有限公司；甲基酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）、丙烯酸（AA），分析純，北京化學試劑公司。

水泥：巨光42.5基準水泥，山西朔州神光粉煤灰建材開發(fā)有限公司，其化學成分見表1，礦物組成見表2；爐渣，山西朔州平朔煤矸石發(fā)電有限公司提供，其主要化學成分見表3；砂：機制砂，細度模數(shù)Mx=2.6的中砂；石子：粒徑為5～20 mm連續(xù)級配的碎石。

表1 巨光42.5基準水泥的化學成分 %

表2 水泥的礦物組成 %

表3 爐渣的化學成分 %

1.2 減水劑APC和PC的制備

以TPEG-2400、DMC、AA為單體，采用水溶液聚合的方法，制備陰離子型聚羧酸系高效減水劑PC和新型的兩性型聚羧酸系高效減水劑APC。PC和APC的化學結構式如圖1、圖2所示。

圖1 PC的化學結構示意

圖2 APC的化學結構示意

1.3 試驗方法

1.3.1 爐渣-水泥漿體流動性測試

參照GB/T 8076—2008《混凝土外加劑勻質性試驗方法》測試爐渣-水泥漿體的流動性。設計4組不同配比的爐渣與水泥的混合摻料，配比見表4。

表4 爐渣-水泥的試驗配比

1.3.2 混凝土試驗

參照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》，對摻入PC與APC的混凝土進行性能測試，用爐渣部分替代水泥（替代量分別為0、10%、30%、50%），測試包括塑性階段性能：坍落度、擴展度、減水率及含氣量；硬化階段性能：3、7、28 d抗壓強度?；炷僚浜媳仍O計見表5，用水量以控制混凝土坍落度為（210±10）mm為準。

表5 C30混凝土的配合比設計

2 結果與討論

2.1 APC對新拌爐渣混合材水泥漿體分散性的影響

在水灰比為0.29、聚羧酸減水劑摻量為0.2%條件下，分別對不同爐渣摻量的水泥凈漿流動度進行測試，結果見圖3～圖6。

圖3 APC和PC對C0漿體分散性的影響

圖4 APC和PC對C1漿體分散性的影響

圖5 APC和PC對C2漿體分散性的影響

圖6 APC和PC對C3漿體分散性的影響

由圖3～圖6可以看出，將普通陰離子型減水劑PC和兩性型減水劑APC摻入到分別摻有0、10%、30%、50%爐渣混合材的水泥中，其分散性和分散保持性與空白樣品相比均較好；摻入APC的水泥漿體無論是分散性能還是分散保持性能均相較摻PC效果更好?？赡艿脑蚴牵籂t渣組成水泥體系中的一部分使得水泥體系中的帶電組分更加復雜，含有負電性的離子顆粒數(shù)目增加，而兩性型減水劑APC不僅含有陰離子基團，還含有陽離子基團，能夠吸附水泥體系中的負離子，使其分散效果好于只能吸附帶正電顆粒的普通陰離子減水劑PC。

2.2 APC對爐渣混合材水泥混凝土塑性階段性能的影響

按表5的C30混凝土配合比設計，APC對不同爐渣摻量混凝土塑性階段性能的影響見表6。

由表6可以看出：在混凝土坍落度為（210±10）mm時，摻減水劑APC和PC的混凝土其擴展度均大于空白樣品；PC的混凝土減水率隨著爐渣摻量的增加逐漸降低，而APC的減水率隨著爐渣摻量的增加雖然也呈下降的趨勢，但是變化幅度較小，減水率均比PC要高，這表明APC有助于改善摻有爐渣混凝土的減水率；隨著爐渣摻量的增加，混凝土含氣量均變化不大，但摻APC比摻PC含氣量要高，表明APC增加了摻有爐渣混凝土的孔隙率，進而可能會影響混凝土早期強度等性能。

表6 減水劑對不同爐渣摻量混凝土塑性階段性能的影響

2.3 APC對爐渣混合材水泥混凝土力學性能的影響

按表5的C30混凝土配合比設計，APC對不同爐渣摻量混凝土抗壓強度的影響見圖7～圖10。

由圖7～圖10可以看出，爐渣摻量不大于30%時，摻APC的混凝土抗壓強度比摻PC和空白樣品的均高；但爐渣摻量過高時，摻有APC的混凝土早期強度有所下降。這是由于爐渣摻量的增加導致混凝土早期強度較低，但是隨著減水劑的摻入可以在一定程度上提高混凝土的早期強度，在一定的爐渣摻量范圍內(nèi)，APC效果優(yōu)于PC。摻加APC相比于PC雖然混凝土減水率較高，但是由于混凝土孔隙率的增加，各齡期強度并沒有明顯的提升，這也是APC在強度提升方面的不足。

圖7 減水劑對不摻爐渣混凝土抗壓強度的影響

圖8 減水劑對爐渣摻量為10%的混凝土抗壓強度的影響

圖9 減水劑對爐渣摻量為30%的混凝土抗壓強度的影響

圖10 減水劑對爐渣摻量為50%的混凝土抗壓強度的影響

3 結論

（1）以爐渣部分替代水泥，增加了水泥體系中負電離子顆粒數(shù)量，使得兩性型減水劑APC對水泥凈漿分散性和分散保持性均優(yōu)于普通陰離子型減水劑PC。

（2）APC對摻有爐渣混凝土的減水率大于30%，具有較好的吸附分散性能，說明APC與爐渣的相容性較好。

（3）APC的摻入增大了混凝土的含氣量，對大摻量礦物摻合料硅酸鹽水泥早期強度低的劣勢并沒有明顯的提升，因此爐渣摻量不宜太高。

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浙江墻改工作分析會召開

2016年8月5日，浙江省發(fā)展新型墻體材料辦公室在樂清市舉行2016年年中墻改工作分析會，來自全省各級墻改主管部門與新墻辦負責人140余名代表參加了會議。。

今年以來，浙江省新型墻材行業(yè)穩(wěn)步推進轉型升級，積極化解過剩產(chǎn)能，為“十三五”開了個好頭。2016年上半年，共計生產(chǎn)新型墻材131.1億塊標磚，新型墻材生產(chǎn)比例87.2%，比上年同期增長2.6個百分點；銷售118.3億塊標磚，比上年同期下降3.5個百分點；新型墻材建筑使用比例85%，比去年同期提高2個百分點。產(chǎn)品結構趨向合理，其中板材類占比較2015年提升了2.72個百分點。

浙江省新墻辦主任黃勇提出要求，下半年要著重抓好6項主要工作。一是要狠抓目標任務完成。按照年初制定的目標任務，特別是針對農(nóng)村推新，各地要抓緊出臺落地政策。二是要深入持續(xù)實施“禁粘”。全省已經(jīng)完成2批36個城市城區(qū)的“禁粘”驗收，今年要繼續(xù)高標準嚴要求抓好其它城市城區(qū)“禁粘”的檢查驗收，對已經(jīng)驗收的地方進行自查和抽查，確保不留死角。三是要以點帶面推進試點示范。要著力啟動農(nóng)村推新示范和廢棄物資源化利用試點。四是要加快行業(yè)轉型升級。盡快制定“十三五”及分年度的去產(chǎn)能和產(chǎn)能控制計劃，著力推進在“十三五”末全面淘汰輪窯的工作。同時要堵疏結合，按照產(chǎn)業(yè)政策要求，發(fā)展節(jié)能環(huán)保、輕質高強的墻體和屋面材料、外墻保溫材料，以及結構與保溫裝飾一體化外墻板。引導利用可再生資源制備新型墻體材料，加快發(fā)展利用淤污泥、建筑廢棄物制備大塊化、高孔洞率、自保溫及復合保溫新型墻材產(chǎn)品。五是要嚴格墻改基金管理。六是要注意工作方式方法，部署好安全生產(chǎn)、文明生產(chǎn)，按規(guī)定組織生產(chǎn)。

（董波）

The study on compatibilities of boiler slag cement with amphoteric polycarboxylic acid superplasticizer

ZHANG Haijiao，DAI Sirui，WANG Dongmin
（China University of Mining&Technology，Beijing 100083，China）

Different dosage of boiler slag concrete，were mixed with two kinds of water reducing agent-anionic superplasticizer（PC）and amphoteric superplasticizer（APC）.The amount of cement replaced by boiler slag is 0，10%，30%and 50%.Slump was designed in（210±10）mm，the concrete plasticity stage and hardening stage performance were tested and the APC compatibility with boiler slag cement was discussed.Results show that APC can better increase the adsorption and dispersion properties of slag cement dispersion system，but at the same time increasing the air entraining and reduce the early strength of hardened concrete caused by the incorporation of APC.So it is not conducive to the use of large boiler slag content.

boiler slag，concrete，anionic superplasticizer，amphoteric superplasticizer，compatibility

TU528.042.2

A

1001-702X（2016）08-0045-04

2016-01-07；

2016-03-28

張海姣，女，1992年生，河北衡水人，碩士研究生，研究方向：聚羧酸減水劑、礦物摻合料。