新型干混防水砂漿配制及性能研究

吳進(jìn)良,向興隆,黃一凡,吳雅琪,王 冠,彭德權(quán)

(1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院,重慶 400074;2.重慶交大建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司,重慶 400074;3.重慶通力高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司,重慶 401147)

0 引言

干混防水砂漿主要由膠凝材料、細(xì)集料、礦物摻合料和外加劑組成,是一種需要按比例精確配料并經(jīng)過干混過程使其均勻混合的顆?；蚍蹱罨旌衔锊牧蟍1]。防水砂漿與柔性防水卷材、防水混凝土等材料相比,具有施工操作簡(jiǎn)便、造價(jià)低及易修補(bǔ)等特點(diǎn),但其韌性差、抗拉強(qiáng)度低,易因基體變形而開裂[2]。為使防水砂漿具有良好的長期使用性能,對(duì)防水砂漿進(jìn)行改性是一種有效途徑。宋濤等[3]發(fā)現(xiàn)可再分散性乳膠粉可以增加自流平砂漿表面耐磨性,隨著摻量增加,砂漿耐磨性呈先上升后下降趨勢(shì)。李文杰等[4]的研究表明可再分散性乳膠粉能在一定程度上增加砂漿的抗折強(qiáng)度,達(dá)到增韌的效果,但會(huì)導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度的減小。王培銘等[5]探究了纖維素醚在干混防水砂漿中的保水增稠作用,從纖維素醚的早期吸附、對(duì)水泥早期水化、熟料單礦物早期水化、砂漿孔結(jié)構(gòu)的影響4個(gè)方面解釋了纖維素醚保水增稠機(jī)理。郭超等[6]發(fā)現(xiàn)少量的消泡劑就會(huì)急劇降低流動(dòng)度,但抗壓、抗折強(qiáng)度隨其摻量增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。為更好地控制砂漿中氣泡的數(shù)量,單廣成等[7]研究了引氣劑、消泡劑復(fù)摻的影響,發(fā)現(xiàn)復(fù)摻后分子之間會(huì)產(chǎn)生排斥力,使界面變得不穩(wěn)定。Laskowski等[8]研究發(fā)現(xiàn)在砂漿中加入適量消泡劑,形成均勻、穩(wěn)定的微小氣泡對(duì)砂漿的施工性能、抗凍性與耐久性有利。于水軍等[9]通過正交試驗(yàn),研究了水膠比、砂膠比、減水劑摻量、保水劑摻量和粉煤取代石膏率5個(gè)因素對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度的影響,發(fā)現(xiàn)減水劑摻量影響最大。湯立杰[10]發(fā)現(xiàn)不同種類憎水劑疏水效果差距非常大,摻量適當(dāng)時(shí)能將砂漿吸水率降低至10%,但憎水劑的加入會(huì)阻礙水化反應(yīng),造成抗壓強(qiáng)度損失。

目前國內(nèi)外研究大部分著眼于一種或2種外加劑對(duì)砂漿的改性,且對(duì)改性后砂漿的物理力學(xué)參數(shù)測(cè)定不夠全面。故本研究選取市面上4種常見的外加劑,通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),測(cè)定干混防水砂漿多項(xiàng)物理、力學(xué)與耐久性參數(shù)。綜合考慮,確定各外加劑的最佳摻量,擬制備出物理性能及耐久性能俱優(yōu)的防水砂漿。

1 試驗(yàn)與方法

1.1 試驗(yàn)原材料

機(jī)制砂：以湖南省永州市東安縣端橋鋪鎮(zhèn)的石炭系灰?guī)r為原料生產(chǎn)。技術(shù)指標(biāo)見表1,合成級(jí)配見表2。

在實(shí)際問題中，團(tuán)體可以是學(xué)校、醫(yī)院、工廠、農(nóng)莊等企事業(yè)單位，也可以是國家、北約、APEC等政治、軍事、經(jīng)濟(jì)等組織.資源可以是活動(dòng)空間或場(chǎng)所、交通工具、辦公用具、通訊工具、醫(yī)療衛(wèi)生健身娛樂以及生活用具等物品或準(zhǔn)入票據(jù)(包括俱樂部的會(huì)員卡、影戲歌舞盛會(huì)的入場(chǎng)券、其他招待券通行證或門票)，也可以是各部門評(píng)優(yōu)獎(jiǎng)勵(lì)或參與團(tuán)體的會(huì)議、考察、旅游、宴會(huì)以及其他社交活動(dòng)的限定名額(相當(dāng)于席位問題的代表數(shù)).

被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及性能：人體正常溫度為37℃，發(fā)出的紅外線波長大概為10.0um。人體紅外探頭能探測(cè)到人發(fā)出的大于這個(gè)范圍值的波長的紅外線，所以該儀器就能工作。該探頭具有如下特點(diǎn)。

表1 機(jī)制砂主要性能指標(biāo)

表2 機(jī)制砂合成級(jí)配

外加劑：聚羧酸粉體減水劑、有機(jī)硅憎水劑SHP50(以下簡(jiǎn)稱SHP50)、德國瓦克可再生分散性乳膠粉RE5044N(以下簡(jiǎn)稱VAE)、纖維素醚為羥丙基甲基纖維素醚(以下簡(jiǎn)稱HPMC)、AGITAN?P803粉末消泡劑(德國MUNZING-CHEMIE公司開發(fā))。

水泥：P.O42.5普通硅酸鹽水泥,由重慶華新水泥有限公司生產(chǎn)。

1.2 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

組織設(shè)計(jì)主要是圍繞監(jiān)督檢查工作進(jìn)行人員的角色劃分，明確不同角色的職責(zé)與工作范圍，確定工作匯報(bào)溝通關(guān)系與協(xié)作關(guān)系。

機(jī)制砂干混防水砂漿正交試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表3 正交試驗(yàn)因素水平

表4 干混防水砂漿外加劑配比

1.3 性能測(cè)試方法

XRD圖譜中,主要有CaCO3、Ca(OH)2、C2S、C3S、Aft,以及C-S-H多種物相的特征峰,其中水化產(chǎn)物有Ca(OH)2、AFt和C-S-H。對(duì)比YH組砂漿與基準(zhǔn)組砂漿的XRD圖,發(fā)現(xiàn)YH組砂漿水化產(chǎn)物Ca(OH)2與C-S-H生成量相對(duì)于基準(zhǔn)組砂漿較少,未參與水化反應(yīng)的C2S和C3S變多,表明外加劑的加入阻礙了水化反應(yīng)的進(jìn)程,YH組砂漿力學(xué)強(qiáng)度受到了一定的負(fù)面影響。這與表5和表8測(cè)得的試驗(yàn)結(jié)果相符合。

1.4 微觀分析方法

通過XRD、SEM技術(shù)研究外加劑改性前后的防水砂漿,分析成分組成、微觀形貌變化與防水砂漿物理力學(xué)性能的關(guān)系。

農(nóng)產(chǎn)品中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)是對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥殘留進(jìn)行定性定量分析。隨著人們生活節(jié)奏的加快，農(nóng)殘分析由單一種類農(nóng)殘分析向農(nóng)藥多殘留分析發(fā)展，快速、高靈敏度的分析方法逐漸受到追捧。目前，有機(jī)磷農(nóng)藥殘留分析使用的檢測(cè)方法主要有色譜法、色譜質(zhì)譜聯(lián)用法、酶抑制法、免疫法等。Arjmandi等人利用薄層色譜法檢測(cè)稻田的有機(jī)磷農(nóng)藥殘留[7]。近年來，毛細(xì)管柱有分離性能、靈敏度和分析速度等方面的優(yōu)點(diǎn)，使毛細(xì)管柱氣相色譜成為多種類型或同一類型農(nóng)藥多殘留分析的最得力工具，廣泛應(yīng)用于揮發(fā)性農(nóng)藥的殘留測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

為了研究通過正交試驗(yàn)得出的最優(yōu)配合比性能的變化,設(shè)置未摻加任何外加劑的基準(zhǔn)組作為對(duì)照。基準(zhǔn)組各項(xiàng)性能如表5所示。

選取減水劑摻量、VAE摻量、HMPC摻量、SHP50摻量4個(gè)因素,每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)水平,采用四因素三水平L9(34)正交表的方案進(jìn)行試驗(yàn)。前期通過單因素分析法研究各化學(xué)外加劑對(duì)機(jī)制砂干混砂漿性能的影響規(guī)律,并得到最佳摻量范圍：減水劑0.15%～0.25%、VAE 1.0%～2.0%、HPMC 0.15%～0.25%、SHP50 0.2%～0.6%。本正交試驗(yàn)因素水平的選擇基于此范圍,如表3所示。機(jī)制砂干混防水砂漿外加劑配比如表4所示。聚羧酸減水劑、VAE、HPMC會(huì)在砂漿拌合物中引入大量氣泡,故摻入0.2%的消泡劑來減少氣泡的產(chǎn)生,增加抗?jié)B性和強(qiáng)度。

要進(jìn)行全過程監(jiān)管。一是對(duì)購買服務(wù)全過程進(jìn)行監(jiān)管，其目的是保證按期圓滿完成監(jiān)督檢查任務(wù)。全過程監(jiān)管的方式可靈活掌握，可以由購買主體派人參與其中，以領(lǐng)隊(duì)或聯(lián)絡(luò)員的身份對(duì)承接主體開展監(jiān)督檢查的全過程進(jìn)行監(jiān)管，隨時(shí)糾正工作偏差。也可以采取不定期督導(dǎo)方式，由購買主體對(duì)開展的監(jiān)督檢查工作進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)督導(dǎo)，通過查看工作底稿、入戶調(diào)查問卷和筆錄等監(jiān)督檢查資料，及時(shí)掌握工作進(jìn)展情況。二是對(duì)服務(wù)成果進(jìn)行檢查驗(yàn)收。要依據(jù)檢查方案確定的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合開展監(jiān)督檢查的實(shí)際結(jié)果進(jìn)行考核驗(yàn)收，既是對(duì)購買服務(wù)成果進(jìn)行績效評(píng)價(jià)，更是作為購買主體付款的重要依據(jù)。

2.1 極差分析

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差計(jì)算,得到極差分析結(jié)果,如表7所示。

表5 干混砂漿性能

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果

表7 干混防水砂漿極差分析結(jié)果

由極差分析知,對(duì)水膠比、稠度損失率與含氣量影響最大的因素均為減水劑摻量。由于減水劑能顯著改變砂漿拌合物需水量,隨著減水劑摻量的增加,達(dá)到相同稠度范圍的砂漿拌合物需水量減少,水膠比增大;減水劑會(huì)在拌合物中引入一定量的微氣泡,所以拌合物的含氣量受減水劑摻量影響較大。對(duì)砂漿拌合物的表觀密度和保水率影響最大的因素則為HPMC摻量,由于HPMC使?jié){體更加粘稠、流動(dòng)性變差,為達(dá)到相同的稠度范圍,添加了更多水進(jìn)行稀釋,故表觀密度受到較大影響;同時(shí)拌合物漿體中的游離水通過HPMC結(jié)構(gòu)中的醚基、羥基與水分子締合成氫鍵的方式變成結(jié)合水,提高了拌合物的保水效果。28 d抗?jié)B性能作為防水砂漿最重要性能之一,研究發(fā)現(xiàn)在所有因素中,SHP50摻量對(duì)其影響最大。SHP50有表面張力低、疏水的特點(diǎn),同時(shí)又能夠填充砂漿體系中的部分孔隙,摻入后能提高砂漿體系的憎水、防水效果。

為了與工程實(shí)際相契合,在制備砂漿的試驗(yàn)過程中,保持砂漿拌合物稠度控制在規(guī)定范圍內(nèi),調(diào)整用水量。膠砂比為1∶4,稠度控制在(75±5)mm范圍內(nèi),各化學(xué)外加劑以外摻的形式加入到混合物中,按照膠凝材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算。

總體來看,SHP50摻量對(duì)強(qiáng)度影響最不明顯,減水劑、VAE與HPMC對(duì)于強(qiáng)度有一定影響,且這三者之間影響程度差距很小。摻加外加劑之后,14 d粘結(jié)強(qiáng)度的改變顯著大于抗壓、抗折強(qiáng)度,如H1試驗(yàn)組14 d粘結(jié)強(qiáng)度較基準(zhǔn)組提高204%,但對(duì)于抗壓、抗折強(qiáng)度改變不到10%。

將保水率和28 d滲透深度作為主要控制指標(biāo),力學(xué)性能和其他物理性能為次要指標(biāo),抗?jié)B性能和保水率的最優(yōu)因素水平組合分別為A2B1C3D3、A2(或A3)B2(或B3)C3D3,由于B因素對(duì)砂漿保水效果影響最小,故經(jīng)綜合分析考慮選擇A2B1C3D3作為最佳因素水平組合,即聚羧酸粉體減水劑、VAE、HPMC、SHP50的用量分別為膠凝材料質(zhì)量的0.20%、1.0%、0.25%、0.6%。按照上述各類外加劑的最佳摻量并加入0.2%的消泡劑配制出機(jī)制砂干混防水砂漿,命名為YH組,其試驗(yàn)結(jié)果見表8。

“通過巡護(hù)軟件記錄江豚活動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)、報(bào)告非法捕撈等事件。”周家喜說，他每天和協(xié)助巡護(hù)員們逐著風(fēng)浪完成歷時(shí)2個(gè)半小時(shí)、往返近25公里的巡護(hù)，宣教和勸阻破壞自然資源和環(huán)境的行為，并協(xié)助漁政開展執(zhí)法行動(dòng)。

對(duì)比表8和表9可知,在摻入最佳因素水平組合的化學(xué)外加劑之后,所配制的干混防水砂漿滿足規(guī)范要求。對(duì)比表8和表5可知,砂漿的物理性能得以明顯改善,保水率提高11.7%,稠度損失率下降7.4%,砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度雖輕微下降,但14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度大幅提高,達(dá)到278.3%,抗?jié)B性能和收縮性能也顯著提高。

表8 干混防水砂漿試驗(yàn)結(jié)果

表9 干混防水砂漿性能指標(biāo)

因此，只有隨著認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的不斷進(jìn)步，充分估計(jì)前進(jìn)道路上的困難和曲折，正確認(rèn)識(shí)當(dāng)前甚至今后一個(gè)時(shí)期高效節(jié)水灌溉發(fā)展的進(jìn)展，在辯證唯物主義認(rèn)識(shí)論的指導(dǎo)下，依靠正確的認(rèn)識(shí)論和方法論，才能有力促進(jìn)高效節(jié)水灌溉的發(fā)展。必須站在新的歷史高度，在馬克思辯證唯物主義及其認(rèn)識(shí)論的指導(dǎo)下，依靠新的認(rèn)識(shí)指導(dǎo)新的實(shí)踐，通過實(shí)踐認(rèn)識(shí)再實(shí)踐再認(rèn)識(shí)過程不斷開拓進(jìn)取，充分認(rèn)識(shí)發(fā)展高效節(jié)水灌溉的艱巨性，增強(qiáng)發(fā)展高效節(jié)水灌溉的自覺性、支撐力和自信心，創(chuàng)造條件，因地制宜加快推進(jìn)高效節(jié)水灌溉的健康發(fā)展。

2.2 微觀分析

2.2.1XRD分析

選取養(yǎng)護(hù)齡期為28 d的基準(zhǔn)組與YH組砂漿,利用XRD技術(shù)分析兩組砂漿中所含主要水化產(chǎn)物,如圖1和圖2所示。

圖1 基準(zhǔn)組砂漿XRD

圖2 YH組砂漿XRD

采用JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試機(jī)制砂干混防水砂漿的物理性能和力學(xué)性能。

2.2.2SEM分析

選取養(yǎng)護(hù)齡期為28 d的基準(zhǔn)組與YH組砂漿,利用SEM技術(shù)研究兩組砂漿中主要水化產(chǎn)物的形貌特征,如圖3和圖4所示。

圖3 基準(zhǔn)組砂漿微觀形貌

圖4 YH組砂漿微觀形貌

對(duì)比圖3和圖4發(fā)現(xiàn),基準(zhǔn)組砂漿微觀形貌呈疏松、多孔狀態(tài),能觀察到呈絮狀的C-S-H、針狀的AFt以及片狀的Ca(OH)2。YH組砂漿呈致密狀態(tài),孔隙較基準(zhǔn)組相比明顯減少,砂漿內(nèi)部形成了大量聚合物空間膜結(jié)構(gòu),其包裹了砂漿體系中的幾乎所有無機(jī)相,只能觀察到少量的AFt穿插其中。聚合物膜的形成以及其在砂漿體系孔隙中的填充作用明顯減少了砂漿內(nèi)部的孔隙,顯著提高了砂漿內(nèi)部的密實(shí)程度,砂漿微觀結(jié)構(gòu)得到明顯改善[11-13]。因此,YH組砂漿在宏觀性質(zhì)上表現(xiàn)出了粘結(jié)強(qiáng)度、柔韌性、抗?jié)B性能以及抗收縮能力的提高。

3 結(jié)論

1) 對(duì)水膠比、稠度損失率與含氣量影響最大的因素為減水劑摻量;對(duì)砂漿拌合物的表觀密度和保水率影響最大的因素為HPMC摻量;28 d抗?jié)B性能作為防水砂漿最重要性能之一,研究發(fā)現(xiàn)在所有因素中,SHP50摻量對(duì)其影響最大;SHP50摻量對(duì)強(qiáng)度影響最不明顯,減水劑、VAE與HPMC對(duì)于強(qiáng)度有一定影響,且這三者之間影響程度差距很小。

2) 在摻入最佳因素水平組合的化學(xué)外加劑之后,所配制的干混防水砂漿滿足規(guī)范要求,物理性能明顯改善,保水率提高11.7%,稠度損失率下降7.4%,砂漿的抗折、抗壓雖輕微下降,但14 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度大幅提高,達(dá)到278.3%,抗?jié)B性能和收縮性能也顯著提高。

3) 通過XRD、SEM技術(shù)分析最優(yōu)配比砂漿與不摻外加劑的基準(zhǔn)砂漿的成分和微觀結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)前者水化產(chǎn)物生成量較后者減少,但微觀結(jié)構(gòu)大幅改善。

4) 最優(yōu)配比砂漿所用原材料屬于市面常見原料,且機(jī)制砂的采用有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù),故配制出的砂漿很適合用于實(shí)際生產(chǎn)。