不同減水劑對摻混合材水泥力學(xué)性能的影響

王 媛

(山西省建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030013)

1 引言

爐渣是電廠鍋爐、各種工業(yè)和民用鍋爐，爐窯燃燒煤炭后從爐膛中排除的固體廢棄物。爐渣作為一種工業(yè)廢渣，嚴(yán)重地污染環(huán)境，雖然在建筑材料方面已經(jīng)有一些應(yīng)用，但綜合利用爐渣是一項(xiàng)長期考慮的項(xiàng)目。

本實(shí)驗(yàn)試圖利用爐渣代替礦渣，降低礦渣成本的基礎(chǔ)上提高摻爐渣的水泥活性混合材的強(qiáng)度，并加入聚羧酸系的減水劑研究其力學(xué)性能的變化。

2 原材料及試驗(yàn)方法

2.1 原材料

礦渣，爐渣(500m2/kg)，熟料(350m2/kg)，脫硫石膏，標(biāo)準(zhǔn)砂(ISO)，減水劑[含有聚羧酸4%的一種液體自制減水劑(A)和固體聚羧酸減水劑(B)]。

2.2 原料的化學(xué)組成

本試驗(yàn)所用爐渣、脫硫石膏及礦渣粉等全部來源于美錦能源集團(tuán)，其化學(xué)組成見表1。

表1 原料的化學(xué)組成

2.3 試驗(yàn)方法

首先本實(shí)驗(yàn)相容性測試根據(jù)《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》(JC/T1083-2008)中水泥凈漿流動度測試方法，測試減水劑A對礦渣和爐渣的凈漿流動度的影響，對比得出減水劑A對礦渣和爐渣的減水率；其次以不摻加減水劑的礦渣硅酸鹽水泥的膠砂流動度值作為基準(zhǔn)值，調(diào)整剩余試驗(yàn)配比下的用水量，使其保持相同的膠砂流動度(220mm)，使得各稠度與基準(zhǔn)稠度誤差在±5mm范圍之內(nèi)。然后通過水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法測試相同流動度下各類膠砂試件3d、7d、28d的抗折和抗壓強(qiáng)度。通過比較，確定在相同成本下哪種減水劑的綜合效果最優(yōu)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 減水劑A對凈漿流動度的影響

自制的減水劑A對礦渣的減水效果較好，減水率可達(dá)到爐渣減水率的1.6倍，且通過分析可以推出相同流動度下的礦渣需水量明顯小于爐渣。原因是礦渣和爐渣所含的礦物組成不同，并且磨細(xì)的礦渣是一種玻璃質(zhì)材料，不吸收水分，礦渣粉顆粒本身具有斥水作用，對水泥漿具有分散、填充和表面分散作用[4]，而美錦電廠排放的爐渣是在900～1000℃范圍內(nèi)形成的，其形成溫度較低，疏松多孔，需水量較大。見表2。

表2 減水劑A對凈漿流動度的影響

3.2 不同爐渣替代量和減水劑種類對水泥膠砂流動度的影響

由表3可知，隨著爐渣替代量的增加，達(dá)到相同膠砂流動度所需的用水量呈上升趨勢。這是由于礦渣中細(xì)小顆粒多，與水泥顆粒之間或礦渣顆粒之間的接觸點(diǎn)面積較小，而且礦渣粉顆粒本身具有斥水作用，對減水劑的吸附作用較小，可以充分填充水泥顆粒之間的空隙，降低了填充水泥顆?？障兜挠盟浚V渣粉摻量降低，達(dá)到相同流動度需水量增加[4]。另外，水泥中水化較快的C3S和C3A含量越高，對高效減水劑的吸附量就越多，水泥砂漿流動度就會減小[5]。摻量較少的聚羧酸減水劑B的減水率比減水劑A的減水率較高，這反映了市場上使用廣泛的聚羧酸減水劑的高效性。

表3 相同流動度下的膠砂需水量

3.3 水泥膠砂強(qiáng)度測定

依照表3中各物質(zhì)的摻量和配比，依據(jù)GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》進(jìn)行試塊的成型、養(yǎng)護(hù)和抗壓和抗折強(qiáng)度測定，其各齡期強(qiáng)度數(shù)據(jù)如圖1-2所示。

圖1 不同減水劑，不同爐渣摻量下3d抗壓、抗折強(qiáng)度的變化

數(shù)據(jù)表明，無論加入哪種減水劑，試驗(yàn)中不同配比下的水泥膠砂強(qiáng)度與不加減水劑的膠砂強(qiáng)度相比都有所增加，但是固體聚羧酸減水劑B的效果明顯比較好，減水率高，其表現(xiàn)出的力學(xué)性能優(yōu)于自制減水劑A。減水劑B使得3d抗壓強(qiáng)度最大提高50.42%，而減水劑A使得3d抗壓強(qiáng)度最大提高24.86%。這也充分證明了聚羧酸減水劑的高效性和與水泥很好的相容性。隨著爐渣替代礦渣量的增加(從0～100%)，水泥膠砂各齡期抗折、抗壓強(qiáng)度基本都呈現(xiàn)降低趨勢，這與用水量的增加有關(guān)，同時也與爐渣的礦物組成相關(guān)，其礦物組成影響其水化產(chǎn)物的產(chǎn)生和水化速率。

圖2 不同減水劑，不同爐渣摻量下7d抗壓、抗折強(qiáng)度的變化

無論加入哪種減水劑，水泥膠砂3d，7d的抗折、抗壓強(qiáng)度和不加減水劑的相比，雖然都有明顯增加，但是隨著爐渣替代礦渣量的增加，其增加幅度卻明顯減小。側(cè)面反映了減水劑與爐渣的相容性較差，可能與爐渣中所含的礦物成分有關(guān)，也表明在同水灰比、同減水劑摻量條件下，礦渣可顯著改善水泥與減水劑之間的相容性。

4 結(jié) 論

磨細(xì)礦渣是一種玻璃質(zhì)材料，有斥水作用，爐渣疏松多孔，需水量大。自制減水劑A和聚羧酸減水劑B都能有效提高爐渣替代礦渣后的水泥膠砂的各齡期強(qiáng)度，但市場上廣泛使用的聚羧酸減水劑的效果較優(yōu)。礦渣粉顆粒礦物組成特點(diǎn)和其斥水性質(zhì)，決定了其可以改善水泥與減水劑之間的相容性，而爐渣中不同的主要礦物組成成分，使其與聚羧酸系減水劑有一定的不相適應(yīng)性。因此，繼續(xù)研究一種適應(yīng)于爐渣的高性能減水劑是今后工作的重點(diǎn)。