礦物摻合料對干混抹灰砂漿性能的影響

李 果

(紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興312000)

礦物摻合料對干混抹灰砂漿性能的影響

李 果

(紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興312000)

通過等質(zhì)量替代水泥，研究了爐渣對干混抹灰砂漿拌和物和易性、強(qiáng)度、拉伸黏接強(qiáng)度、干燥收縮的影響，并與礦粉、粉煤灰的作用效果進(jìn)行了對比.結(jié)果表明：不超過30%的爐渣不改變砂漿拌和物的和易性，爐渣和粉煤灰雖然化學(xué)成分相似，但爐渣活性稍高于粉煤灰，表現(xiàn)在爐渣對14d拉伸黏接強(qiáng)度有利，爐渣、粉煤灰能夠減小砂漿干縮.

爐渣；稠度；強(qiáng)度；干縮

干混砂漿在我國發(fā)展有20余年，尤其是在環(huán)境保護(hù)日益得到重視的今天，開發(fā)利用工業(yè)廢棄物作為原材料來固化鉗制有害物質(zhì)，具有重要的意義.礦渣、粉煤灰經(jīng)常被用于砂漿以改善性能，電廠爐渣化學(xué)成分和粉煤灰相近，大多是簡單加工后制作爐渣灰砂磚或是填埋，較少用作活性摻合料.爐渣應(yīng)用主要以簡單加工用作骨料和激發(fā)活性作為膠凝材料兩種方式.由于爐渣在常態(tài)下活性很低，常常作為填充材料，用于路基填筑料、制磚.國內(nèi)外學(xué)者的研究大多集中在爐渣替代砂子應(yīng)用于砂漿[1-4].為了增加水泥產(chǎn)量，也有使用摻量5%左右的磨細(xì)爐渣作為水泥混合材[5-6].爐渣作為膠凝材料，其活性激發(fā)有磨細(xì)加工和堿性激發(fā)兩種方式.這在M.Cheriaf[7]等人的研究中有所報道.

另一方面，抹灰砂漿的拉伸黏接強(qiáng)度和干縮性能比抗壓強(qiáng)度對后期使用更為關(guān)鍵，低黏接強(qiáng)度砂漿容易脫落，收縮大的砂漿也容易開裂影響使用，而目前文獻(xiàn)較少有此方面的研究.本文嘗試使用磨細(xì)電廠爐渣粉(以下簡稱“爐渣”)、磨細(xì)高爐礦渣粉(以下簡稱“礦粉”)、粉煤灰等量取代水泥配制干混抹灰砂漿，并對強(qiáng)度、拉伸黏接強(qiáng)度、收縮等性能進(jìn)行了研究.

1 原材料和測試方法

水泥：蘭亭P.O.42.5；各項性能如表1所示.

砂子：機(jī)制砂，細(xì)度2.3～2.7.

爐渣：紹興縣熱電廠廢渣，參照水泥試驗?zāi)ゼ?xì)加工方法，使用SM-500型球磨機(jī)磨45 min，1次5 kg，各項性能如表2、表3所示.從結(jié)果可以看出，爐渣密度比水泥小，需水量較大.磨細(xì)爐渣具備一定的活性，能夠用于砂漿的制備.圖1是爐渣的XRD分析，結(jié)晶物質(zhì)主要以石英結(jié)晶為主，還有一些非晶體的成分.圖2是爐渣的粒徑分布，圖3是磨細(xì)爐底渣的顆粒形貌SEM照片.可以看出，基本呈現(xiàn)細(xì)小顆粒黏附在片狀大顆粒周圍的特征，且顆粒不均勻.

表1 水泥技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)

項目密度/(g·cm-3)比表面積/(m2·kg-1)燒失量/%安定性Cl-初凝時間/min終凝時間/min3d強(qiáng)度/MPa抗折抗壓結(jié)果3062360210合格001115121459258

表2 磨細(xì)爐渣基本數(shù)據(jù)

項 目密 度/(g·cm-3)細(xì) 度/%比表面積/(m2·kg-1)安定性需水量比/%爐底渣264045μm篩余85381合格102

表3 磨細(xì)爐渣活性

項 目水泥/g煤灰/g標(biāo)準(zhǔn)砂/g水/ml3d強(qiáng)度/MPa28d強(qiáng)度/MPa抗折抗壓(活性指數(shù)/%)抗折抗壓(活性指數(shù)/%)對比膠砂450013502256607385986690試驗?zāi)z砂3151351350225514256(66)970564(82)

圖1 磨細(xì)爐底渣XRD物相分析

圖2 磨細(xì)爐底渣粒徑分布

圖3 磨細(xì)爐底渣的顆粒形貌

粉煤灰：II級；

礦粉：水淬礦渣磨細(xì)加工制成，細(xì)度387 m2/kg;

爐渣：熱電廠塊狀顆粒爐渣磨細(xì)，細(xì)度368 m2/kg；

HPMC：市售，黏度40000.

測試方法：

按照爐底渣替代水泥0、10%、20%、30%、40%、50%，按照J(rèn)GJ/T220-2010《抹灰砂漿技術(shù)規(guī)程》配制干混抹灰砂漿，見表4.拌和物以及硬化砂漿的性能.其中，稠度、凝結(jié)時間、保水率、14d拉伸黏接強(qiáng)度、收縮、立方體抗壓強(qiáng)度按照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》測定，2h稠度損失率按照GB/T25181-2010測定.

2 測試結(jié)果和分析

2.1 爐渣對新拌砂漿性能的影響

試驗結(jié)果顯示爐渣取代量顯著影響2h稠度損失率，對初始稠度幾乎無影響，如表5所示.初始稠度主要主要取決于砂漿中的用水量，用水量相同初始稠度接近，爐渣的SEM微觀形貌是不規(guī)則片狀顆粒，密度小于水泥，同等質(zhì)量的爐渣比表面積大于水泥顆粒，在水化過程中可能會吸附更多的自由水導(dǎo)致稠度損失率急劇下降[8]，規(guī)范要求干混抹灰砂漿2h稠度損失率不小于30%，因此等質(zhì)量替代以不超過30%為宜.爐渣替代水泥對砂漿保水性的影響可以忽略，較高的保水率由HPMC提供，其他因素影響較小.由于爐渣表觀密度小于水泥，等質(zhì)量替代水泥使砂漿的濕表觀密度逐漸減小，有利于施工操作.適量的爐渣摻入降低了濕砂漿的堿度，加快水泥熟料水化進(jìn)程，但爐渣摻量過大，水泥熟料水化生成物過少延緩了砂漿的凝結(jié).

2.2 摻合料對強(qiáng)度的影響

爐渣摻量對砂漿擴(kuò)壓強(qiáng)度的試驗結(jié)果見圖4，隨著爐渣摻量的增加，28d之前的強(qiáng)度逐漸降低，56d強(qiáng)度10%摻量的結(jié)果明顯高于不摻試件.爐渣的化學(xué)成分和粉煤灰相近，但28d活性稍高于粉煤灰.與粉煤灰空心球狀不同，爐渣的不規(guī)則外形使SiO2更易溶出，從而帶來了較高的活性.在宋遠(yuǎn)明等人[9]的研究中發(fā)現(xiàn)，無論是常溫常壓還是蒸壓養(yǎng)護(hù)，爐渣的早期反應(yīng)都快于粉煤灰，因而無論是28d抗壓強(qiáng)度還是14d拉伸黏接強(qiáng)度，爐渣試樣都表現(xiàn)出比粉煤灰更高的活性.2.3 對拉伸黏接強(qiáng)度的影響

爐渣摻量對拉伸黏度的影響與對比結(jié)果見圖5，隨著摻量的增大，粉煤灰樣品的14d拉伸黏接強(qiáng)度減小，爐渣和礦粉則是先增加后減小.拉伸黏接強(qiáng)度測試硬化砂漿和砂漿基塊之間的黏接力大小，對水泥基砂漿來說，新拌砂漿拌合物深入砂漿基塊的空隙，砂漿水化程度越高，機(jī)械咬合力就越大，而外殼致密的粉煤灰28d之前幾乎不發(fā)生水化反應(yīng)，因此表現(xiàn)出比爐渣較弱的黏接力，并且水泥熟料越少，水化反應(yīng)的生成物就越少.同樣由于爐渣的早期水化反應(yīng)比粉煤灰快，顯示出較好的拉伸黏接性能.由于礦粉在28d之前具有比水泥熟料更快的水化反應(yīng)，當(dāng)?shù)V粉摻量達(dá)到30%時，這種水化反應(yīng)達(dá)到了最大化，表現(xiàn)出較高的14d強(qiáng)度.因此單摻礦粉、爐渣對抹灰砂漿的早期黏接性能有利，單摻粉煤灰對其不利.

表4 干混抹灰砂漿配合比(m3)

成 份編 號/% 水泥/kg爐底渣/kg砂子/kg水/mlHPMC/%0335000158429500110301533515842950012026806701584295001302345100515842950014020101340158429500150167516751584295001

表5 爐渣摻量對新拌砂漿性能的影響

爐渣摻量/%2h稠度損失率/%保水率/%表觀密度初始稠度凝結(jié)時間/h01699118759061010189991859895822023997185892578302499918479656840329981842895835048998183689593

圖4 爐渣摻量對砂漿抗壓強(qiáng)度 圖5 爐渣摻量對14d拉伸黏接強(qiáng)度的影響和對比

2.4爐渣、礦粉、粉煤灰對收縮的影響

爐渣摻量對砂漿收縮的影響結(jié)果見圖6，在其他條件都相同時，隨著爐渣等質(zhì)量替代水泥的增大，砂漿90d干燥收縮逐漸變小，爐渣能夠明顯減少砂漿干燥收縮，這一點(diǎn)和粉煤灰作用相似.在同等用水量下，爐渣、礦粉、粉煤灰對砂漿干縮的影響結(jié)果如圖7所示.礦粉增大了干混抹灰砂漿的收縮，而早期由于粉煤灰水化較慢收縮較小，長期收縮大于礦粉，爐渣長期收縮也遠(yuǎn)大于粉煤灰和礦渣.由于本試驗設(shè)計是在用水量一定的情況下測試得出，粉煤灰的減水效應(yīng)并未體現(xiàn)，也就是說實際需要的水量少于摻加的水量，造成水膠比增大，后期收縮甚至大于純水泥樣本.同樣的用水量爐渣收縮遠(yuǎn)大于粉煤灰大于礦粉，由于爐渣的實際需水量小于粉煤灰小于礦粉，多余的水分造成了過大的收縮.而在用水量相同的條件下，爐渣砂漿的收縮隨著摻量的增大而減小，明顯小于純水泥試樣.由于具有潛在水硬性的摻合料爐渣主要化學(xué)成分是SiO2，其水化反應(yīng)產(chǎn)生的收縮小于水泥熟料礦物中的C3A，所以爐渣試樣產(chǎn)生的收縮量普遍小于純水泥試樣.

圖6 爐渣摻量對砂漿收縮的影響 圖7 三種摻合料對砂漿干縮的影響

3 結(jié)論

本文主要對比研究了爐渣對新拌砂漿性能、硬化后抗壓強(qiáng)度、14d拉伸黏接強(qiáng)度、干燥收縮的影響以及與礦粉、粉煤灰的效果對比，結(jié)果如下：

爐渣顯著影響砂漿的2h稠度損失率，以不超過30%取代量為宜.爐渣密度小于水泥，能夠降低砂漿濕表觀密度，對施工操作有利.不超過30%摻量的爐渣能促進(jìn)砂漿的凝結(jié).爐渣活性高于粉煤灰，對28d前強(qiáng)度有一定的提高作用，摻量不超過20%為宜.對14d拉伸黏接強(qiáng)度有利的摻合料是礦粉、爐渣，粉煤灰28d前活性很小，對14d拉伸黏接強(qiáng)度的提高不利.能夠減小砂漿干縮、抑制開裂的摻合料是爐渣和粉煤灰，礦粉增大砂漿的干縮.

[1]H.K. Kim, et al. Effects of High Volumes of Fly Ash,Blast Furnace Slag,and Bottom Ash on Flow Characteristics,Density,and Compressive Strength of High-Strength Mortar[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2013, 525: 662-665.

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[9]宋遠(yuǎn)明,錢覺時,王智.燃煤灰渣活性研究綜述[J].粉煤灰,2007(1):45-46.

(責(zé)任編輯 魯越青)

Effects of Mineral Admixture on Dry Mixing Plaster

Li Guo

(Shaoxing Vocational & Technical college, Shaoxing,Zhejiang 312000,China )

The paper studies the effects of slag on dry mixing plasterfrom the perspectives of workability, strength, tensile bond strength and drying shrinkage, and compares with the effect of slag on the performance of mineral powder and fly ash. The results show that the slag does not change the workability of mortar mixture with slag less than 30%. The slag and fly ash are similar in chemical composition, but the slag activity is slightly higher than that of the fly ash, which is beneficial to the 14d tensile bond strength .Slag and fly ash can reduce the drying shrinkage.

slag; consistency; strength; shrinkage

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2017.07.014

TU528

A

1008-293X(2017)07-0079-06

2016-12-24 基金項目：浙江省教育廳科研項目“復(fù)合礦物摻合料干混砂漿的性能研究”(Y201534891). 紹興市科技局項目“提高瓷磚膠黏劑性能的關(guān)鍵技術(shù)研究”(2015B70018).

李 果(1981- )，女，河南內(nèi)鄉(xiāng)人，紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：混凝土材料與施工.