保水增稠材料對再生骨料干混砂漿性能的影響研究

何秀強(qiáng)，黎碧云，凌幸昂

（1.廣西建筑材料科學(xué)研究設(shè)計院有限公司，廣西南寧 530007；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530007；3.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530007）

0 引 言

近些年來，由于人們對天然河砂過度開采，導(dǎo)致市場出現(xiàn)河砂供不應(yīng)求的局面，成為了建筑行業(yè)快速發(fā)展的一道障礙。另一方面，隨著我國城市化進(jìn)程加快，城市建設(shè)中產(chǎn)生了體量十分龐大的建筑垃圾，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。因此，建筑材料的短缺和建筑垃圾的處理成為行業(yè)亟待解決的兩大難題。以建筑垃圾制備再生骨料并加以應(yīng)用是解決上述兩大難題的有效方式。與天然細(xì)骨料河砂相比，再生細(xì)骨料顆粒不僅棱角多、表面粗糙，且其孔隙率大、吸水性強(qiáng)。因此，采用再生細(xì)骨料制備的干混砂漿相對于普通砂漿而言其保水性常達(dá)不到工程需求，此時再生細(xì)骨料干混砂漿更依賴于可以提高砂漿保水性能的外加劑。

保水增稠劑被廣泛應(yīng)用于干混砂漿中，用于調(diào)節(jié)砂漿的稠度、保水性等，減少砂漿泌水及水分散失，提高砂漿的可操作性。其中，纖維素醚和淀粉醚是干混砂漿中最為常見的保水增稠材料。研究表明[1-3]，纖維素醚對砂漿具有較好的保水增稠作用，然而由于纖維素醚還會產(chǎn)生引氣效果，這將會增加硬化漿體的孔隙率，降低密實(shí)性，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。淀粉醚對砂漿的增稠效果良好，且其無引氣特性，但保持性能較差[4]。黃莉紅等[5-6]認(rèn)為，若適當(dāng)將纖維素醚和淀粉醚配合使用，可達(dá)到二者優(yōu)勢互補(bǔ)的效果，產(chǎn)生較好的協(xié)同效應(yīng)，是保水增稠材料研究發(fā)展的方向。此外，以蒙脫石為主體礦物的膨潤土具有優(yōu)異的吸水增稠、懸浮穩(wěn)定性，不僅對砂漿有保水增稠的作用，而且對提高砂漿的抗?jié)B性能等也有幫助[6]，具備作為預(yù)拌砂漿保水增稠礦物外加劑的潛力。但3 種保水增稠材料同時摻加情況下的作用效果未見系統(tǒng)研究。

本文采用正交試驗(yàn)，研究纖維素醚、改性淀粉醚、鈉基膨潤土3 種保水增稠材料對再生細(xì)骨料干混砂漿性能的影響，以期可對相關(guān)工程的應(yīng)用提供參考。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：海螺牌P·O42.5 水泥，實(shí)測28 d 抗壓強(qiáng)度51.9 MPa；礦渣粉：S95 級，28 d 活性指數(shù)為96%，比表面積432 m2/kg；骨料：來源于建筑垃圾，將MU7.5 級廢棄混凝土空心砌塊采用顎式破碎機(jī)破碎并篩分得到，粒徑6～10 mm；纖維素醚：甲基纖維素醚，黏度100 Pa·s；改性淀粉醚：80 目通過率為100%，醫(yī)藥級；鈉基膨潤土：2 h 吸水率≤150%，200 目通過率95%；減水劑：聚羧酸系減水劑，固體，減水率為20.6%。

1.2 干混砂漿配合比

本試驗(yàn)中干混砂漿的基準(zhǔn)配合比如表1 所示。

表1 干混砂漿的基準(zhǔn)配合比 g

設(shè)計L16（43）正交試驗(yàn)，以纖維素醚、改性淀粉醚、鈉基膨潤土摻量（按占膠凝材料質(zhì)量計）為因素，以稠度、保水率、拆模密度和28 d 抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)，正交試驗(yàn)因素水平見表2。

表2 正交試驗(yàn)因素水平

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)中新拌漿體的性能測試均在溫度（20±2）℃、相對濕度（60±5）%的條件下，參考JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。漿體拌合完成后，立即進(jìn)行稠度與保水率測試。成型70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 砂漿試件，室溫下養(yǎng)護(hù)1 d 后測試其密度，然后置于溫度（20±2）℃、相對濕度90%以上的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)設(shè)計及試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計及試驗(yàn)結(jié)果

2.2 保水增稠材料對砂漿性能的影響

2.2.1 保水增稠材料對砂漿稠度的影響（見表4）

表4 各因素對砂漿稠度影響的極差分析

由表4 可知：

（1）各因素對砂漿稠度影響的順序?yàn)槔w維素醚摻量>改性淀粉醚摻量>鈉基膨潤土摻量，即影響砂漿稠度的主要因素為纖維素醚摻量。因此，在摻加纖維素醚作為保水增稠材料的砂漿中，應(yīng)嚴(yán)格控制纖維素醚的摻量。

（2）隨著纖維素醚與改性淀粉醚材料的增加，砂漿的稠度均先增大后減小，且二者均在摻量為0.10%時稠度達(dá)到最大值，說明在一定的摻量情況下改性淀粉酶可以替代纖維素醚作為保水增稠材料，改善砂漿的性能；隨鈉基膨潤土摻量的增加，砂漿的稠度變化不大，說明鈉基膨潤土在較小摻量下即可表現(xiàn)出較好的增稠能力。

（3）綜合考慮，采用A3B3C2組合為增稠最優(yōu)方案。

2.2.2 保水增稠材料對砂漿保水率的影響（見表5）

表5 各因素對砂漿保水率影響的極差分析

由表5 可知：

（1）各因素對砂漿保水率影響的順序?yàn)槔w維素醚摻量>改性淀粉醚摻量>鈉基膨潤土摻量，即影響砂漿保水率的主要因素為纖維素醚摻量。

（2）增加鈉基膨潤土摻量無法提高砂漿的保水性；增加改性淀粉醚摻量可一定程度上提高砂漿的保水性；而增加纖維素醚摻量可以較為顯著地提高砂漿的保水性，且隨著纖維素醚摻量的增加，砂漿保水率先提高后降低。

（3）綜合考慮，采用A3B3C1組合為提高保水率最優(yōu)方案。

2.2.3 保水增稠材料對拆模密度的影響（見表6）

表6 各因素對砂漿拆模密度影響的極差分析

由表6 可知：

（1）各因素對砂漿拆模密度影響的順序?yàn)槔w維素醚摻量>鈉基膨潤土摻量>改性淀粉醚摻量，纖維素醚摻量對拆模密度的影響顯著，且遠(yuǎn)大于改性淀粉醚和鈉基膨潤土摻量。

（2）改性淀粉醚摻量對拆模密度無顯著影響；隨鈉基膨潤土摻量的增加，拆模密度先稍有提高后降低；隨著纖維素醚摻量的增加，砂漿的拆模密度明顯降低。這是由于纖維素醚具有較強(qiáng)的引氣作用，砂漿在拌合過程中引入了大量氣泡[7-10]。在整體體積一定的情況下，由于氣泡分布在砂漿中并占據(jù)了一部分體積，砂漿的密實(shí)度降低，因此纖維素醚摻量越高砂漿的拆模密度越低。膨潤土無引氣作用，而膨潤土的保水作用可減緩砂漿中水分的蒸發(fā)散失。

（3）綜合考慮，采用A1B3C3組合為增大拆模密度最優(yōu)方案。

2.2.4 保水增稠材料對砂漿28 d 抗壓強(qiáng)度的影響（見表7）

表7 各因素對砂漿28 d 抗壓強(qiáng)度影響的極差分析

由表7 可見：

（1）各因素對砂漿28 d 抗壓強(qiáng)度影響的順序?yàn)槔w維素醚摻量>鈉基膨潤土摻量>改性淀粉醚摻量。

（2）在0.04%～0.13%的摻量范圍內(nèi)，改變改性淀粉醚和鈉基膨潤土摻量，砂漿的28 d 抗壓強(qiáng)度基本無變化，穩(wěn)定在12 MPa 左右。纖維素醚摻量對抗壓強(qiáng)度的影響最顯著，隨著纖維素醚摻量的增加，抗壓強(qiáng)度幾乎呈直線降低。這是纖維素醚的引氣作用導(dǎo)致的，纖維素醚的摻加使得新拌水泥砂漿中大孔數(shù)量增加；另外，纖維素醚形成的聚合物膜結(jié)構(gòu)可以吸附在氣泡界面處，將發(fā)揮穩(wěn)定氣泡的作用，使較多的小氣泡成功融合在一起，并存留至砂漿硬化階段[7，11]。這兩方面的作用必然會使得硬化漿體孔結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，即孔隙率增大，從而對硬化體的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響。

（3）綜合考慮，采用A1B3C3組合為提高28 d 抗壓強(qiáng)度最優(yōu)方案。

2.2.5 砂漿的最優(yōu)配合比及性能驗(yàn)證

綜合以上結(jié)果，纖維素醚對砂漿性能的影響在3 種保水增稠材料中最顯著，鈉基膨潤土對砂漿的性能無顯著影響。兼顧考慮各方面性能，并重點(diǎn)考慮再生骨料干混砂漿的保水性，在本試驗(yàn)條件下，纖維素醚的適宜摻量為0.07%～0.10%；改性淀粉醚的適宜摻量為0.10%；膨潤土的適宜摻量為0.04%。即最佳組合為A2B3C1或A3B3C1?；诠?jié)約原則，確定砂漿保水增稠材料的配合比為A2B3C1：即纖維素醚摻量為0.07%、改性淀粉醚摻量為0.10%、鈉基膨潤土摻量為0.04%，此時砂漿的稠度為85.4 mm、保水率為91.2%、拆模密度為1853 kg/m3、28 d 抗壓強(qiáng)度為13.1 MPa。

3 結(jié) 論

（1）纖維素醚對砂漿的稠度、保水率、拆模密度及28 d 抗壓強(qiáng)度均有顯著影響。對稠度和保水率影響的順序?yàn)椋豪w維素醚摻量>改性淀粉醚摻量>鈉基膨潤土摻量；對拆模密度和28 d 抗壓強(qiáng)度影響的順序?yàn)椋豪w維素醚摻量＞鈉基膨潤土摻量＞改性淀粉醚摻量。

（2）隨著纖維素醚摻量的增加，砂漿拆模密度和28 d 抗壓強(qiáng)度降低，這與纖維素醚的引氣性密切相關(guān)。

（3）基于正交試驗(yàn)，保水增稠材料的最優(yōu)組合摻量為纖維素醚0.07%、改性淀粉醚0.10%、鈉基膨潤土0.04%，此時砂漿稠度為85.4 mm、保水率為91.2%、拆模密度為1853 kg/m3、28 d抗壓強(qiáng)度為13.1 MPa。