秸稈灰摻加對水泥基引氣節(jié)能砂漿影響的研究①

鞠 成，王 濤，孫鵬飛

(佳木斯大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯154007)

0 引 言

中國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)出大量的農(nóng)業(yè)秸稈.大量的秸稈在田間焚燒，既造成嚴(yán)重的大氣污染，在我國北方地區(qū)造成霧霾，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，而且浪費了寶貴的資源.當(dāng)前我國以秸稈為燃料的電廠快速發(fā)展，秸稈中含有大量的SiO2，燃燒后會留下富含分散度較大的SiO2的灰，大部分秸稈灰呈粉狀，含有一定量燒熔結(jié)成的小塊，大部分是無固定形狀的細(xì)小顆粒，比表面積一般大于水泥、礦粉，具有一定火山灰活性［1～2］.

引氣節(jié)能砂漿具有質(zhì)輕、化學(xué)性能穩(wěn)定、保溫性能好、強(qiáng)度高、阻燃性能以及防霉效果好等優(yōu)點，是筑節(jié)能的重要組成部分，近些年來得到了廣泛的應(yīng)用.將秸稈灰添加到節(jié)能砂漿體系當(dāng)中，按照不同比例等量替換水泥，測試節(jié)能砂漿含氣量、工作性、強(qiáng)度的影響規(guī)律，進(jìn)而提高秸稈灰作為摻合料在引氣節(jié)能砂漿中的利用.

1 試驗原材料與方法

1.1 原材料及配合比

秸稈灰(哈爾濱市印刷廠);水泥:佳木斯北方水泥有限公司生產(chǎn)，水泥標(biāo)號P·O42.5R.可再分散乳膠粉:德國瓦克膠粉有限公司生產(chǎn);石膏:普通建筑石膏;膨脹珍珠巖:佳木斯珍珠巖廠生產(chǎn)，表觀密度72kg/m3.聚苯乙烯顆粒:EPS 級配如表1，堆積密度:11.2 kg/m3;表觀密度:18.2 kg/m3;粉煤灰:Ⅱ級粉煤灰;外加劑:JDU－3 高性能引氣劑(水劑)，減水率18%，含氣量6%;YG028A 型伺服萬能試驗機(jī).

表1 EPS 顆粒級配

表2 礦物材料成分表

表3 引氣節(jié)能砂漿配合比(kg/m3)

1.2 試驗方法

(1)秸稈灰摻量對引氣節(jié)能砂漿含氣量的影響

節(jié)能砂漿中的氣泡的量的多少直接影響節(jié)能砂漿的熱工性能.在一定范圍內(nèi)，節(jié)能砂漿含氣量越大其保溫性能越好.節(jié)能砂漿的濕密度越小其含氣量也就越大.

自制一個容積(V)為200ml 的容器，稱出該容器質(zhì)量M1，將節(jié)能砂漿裝入容器內(nèi)稱出質(zhì)量M11.計算得出濕密度=(M11－M1)/V.

(2)秸稈灰摻量對引氣節(jié)能砂漿工作性的影響

采用改進(jìn)的稠度和分層度來衡量節(jié)能砂漿的工作性的優(yōu)劣.由于節(jié)能保溫砂漿采用苯粒和珍珠巖做為集料，所以與普通砂漿相比容重小，節(jié)能砂漿流動性好.國家標(biāo)準(zhǔn)中砂漿的稠度儀和分層度儀的錐體質(zhì)量過大，不能對不同稠度的節(jié)能砂漿進(jìn)行有效區(qū)別，難以達(dá)到試驗?zāi)康?，故采用高分子材料制成一個質(zhì)量為100g 的尺寸和標(biāo)準(zhǔn)相同的試驗錐體.其他設(shè)備和實驗過程按照J(rèn)GJ70－1990《建筑砂漿基本性能試驗方法》進(jìn)行.

(3)秸稈灰摻量對引氣節(jié)能砂漿早期強(qiáng)度的影響

按照《建筑保溫砂漿》(GB/T20473－2006)中附錄B 和附錄C 進(jìn)行試樣制備.將水泥、粉煤灰、礦渣、聚合物改性添加劑、石膏、聚丙烯纖維等試驗材料按所需配比稱量，然后攪拌均勻，制成膠粉料，再慢慢加水?dāng)嚢? ～3min，然后徐徐加入聚苯顆粒，繼續(xù)攪拌3 ～5min，即得到節(jié)能保溫砂漿.倒入100×100×100mm 試件模具中，成型養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期.

取6 塊試樣，按照《無機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗方法力學(xué)性能》(GB/T54862－2001)中第3 章的規(guī)定進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗，并取所有試樣檢測值的算術(shù)平均值，作為節(jié)能節(jié)能砂漿的抗壓強(qiáng)度值.

(4)秸稈灰摻量對引氣節(jié)能砂漿PH 值的影響

將被測試塊破碎，取水泥砂漿粉末60g 左右，用四分法(四分法:將樣品按照測定要求磨細(xì)，過一定孔徑的篩子，然后混合，平鋪成圓形，分成四等分，取相對的兩份混合，然后再平分，直到達(dá)到自己的要求)進(jìn)行縮分，取15g 左右全部通過200 目方孔篩，并在溫度為105°C 條件下烘2 個小時后，取出、裝瓶(以防受潮)備用.

圖1 不同摻量秸稈灰拌制的引氣節(jié)能砂漿的濕密度

取定樣水比為1:100(樣水比為樣品的質(zhì)量與蒸饋水的質(zhì)量之比)，搖晃溶液至樣品與水混合均勻(每隔10min 振蕩一次)，2 小時后用防水筆型PH 計測定其酸堿度值.

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 秸稈灰摻量對引氣節(jié)能砂漿含氣量的影響

由圖1 可知，隨著秸稈灰取代水泥量的增加，引氣節(jié)能砂漿的濕密度逐漸增大，即秸稈灰的摻加提高了節(jié)能砂漿的濕密度，使引氣節(jié)能砂漿的含氣量降低.

由試驗(1)可知，當(dāng)秸稈灰按比例取代水泥時，由于秸稈灰是一種可和硅灰媲美的高硅、高活性火山灰材料.該結(jié)構(gòu)中含有微米尺度的蜂窩孔，還含有大量的凝膠粒子粘聚而形成的納米尺度孔隙，那么使秸稈灰具有很大的比表面積(50 ～100m2/g)和較高的火山灰活性［3］，因此會增加引起砂漿的吸水量，使引氣節(jié)能砂漿內(nèi)的自由水量降低，使引氣砂漿變的干硬，使在攪拌過程中，生成氣泡的難度大幅度增加.并且秸稈灰中含有一定量的碳，碳具有較大的吸附性，對外加劑的吸附作用較明顯，進(jìn)一步妨礙了引氣砂漿中氣泡的形成，影響了引氣節(jié)能砂漿的含氣量.

2.2 秸稈灰摻量對引氣節(jié)能砂漿工作性的影響

秸稈灰摻量對引氣節(jié)能砂漿沉入度的試驗結(jié)果如圖2 所示.

圖2 不同摻量秸稈灰拌制的引氣節(jié)能砂漿的沉入度

圖2 可見，隨著秸稈灰替換水泥摻量的增加，引氣砂漿的沉入度，越來越小，表明秸稈灰的添加使引氣砂漿的稠度下降，影響引氣砂漿的工作性.

秸稈灰摻量對引氣節(jié)能砂漿分層度影響的試驗結(jié)果如圖3 所示.

圖3 不同摻量秸稈灰拌制的引氣節(jié)能砂漿的分層度

圖3 可見，隨著秸稈灰摻量的增加，引氣砂漿的分層度值逐漸下降，表明秸稈灰的添加可以改善引氣節(jié)能砂漿的內(nèi)部均一性.

秸稈灰摻量大會嚴(yán)重影響引氣砂漿的工作性，造成引氣砂漿稠度下降，新拌砂漿出現(xiàn)“瞬凝”趨勢.秸稈灰細(xì)度很細(xì)，摻入到引氣砂漿中后會吸收部分水分使引氣砂漿稠度有所降低，由于秸稈灰具有很高的細(xì)度，可以很好的吸附填充于引氣節(jié)能砂漿中，使引氣節(jié)能砂漿變得更加粘稠，其內(nèi)部均一性會變的更好，因此由圖3 可見，其分層度逐漸降低.秸稈灰中含鉀量達(dá)到14.72%，還有鈣、鎂、鈉、磷等元素，這些元素以鹽類形式存在于引氣砂漿中，很大部分溶于水分散在膠凝材料中，隨齡期延續(xù)會結(jié)晶而產(chǎn)生“鹽析”現(xiàn)象，由于引氣砂漿強(qiáng)度較低，所以其表面質(zhì)量欠佳，同時隨結(jié)晶作用增長，其晶體強(qiáng)度提高會造成引氣砂漿出現(xiàn)假硬現(xiàn)象，導(dǎo)致稠度下降;秸稈灰中含有一定量的未燃燒的固定碳，碳物質(zhì)經(jīng)過燃燒后質(zhì)地疏松、強(qiáng)度低，性質(zhì)較為穩(wěn)定，一般不參與化學(xué)反應(yīng)，隨秸稈灰分散在引氣砂漿后，僅僅起到填充作用，并且吸收一定量水分，使引氣節(jié)能砂漿的稠度降低，內(nèi)部均一性變好.

2.3 秸稈灰摻量對引氣節(jié)能砂漿強(qiáng)度和PH 值的影響

秸稈灰摻量對引氣節(jié)能砂漿強(qiáng)度影響的試驗結(jié)果如圖4 所示.

圖4 不同摻量秸稈灰拌制的引氣節(jié)能砂漿的抗壓強(qiáng)度

圖5 不同摻量秸稈灰拌制的引氣節(jié)能砂漿的PH 值

圖4 可見，隨著秸稈灰摻量的增加，引氣節(jié)能砂漿的強(qiáng)度會逐漸下降，并且摻量小于9%時，強(qiáng)度降低的很小，說明秸稈灰具有一定的火山灰性，可以在一定程度內(nèi)補償由于水泥減少而損失的強(qiáng)度，3d，7d 強(qiáng)度降低的幅度沒有28d 的大，表明秸稈灰替換水泥進(jìn)入引氣節(jié)能砂漿，對早期強(qiáng)度的補償作用明顯強(qiáng)于后期強(qiáng)度.

當(dāng)秸稈灰分摻量增加時，引氣節(jié)能砂漿的抗壓強(qiáng)度降低.由圖5 可知，摻秸稈灰分引氣節(jié)能砂漿的PH 值降低，也就充分證明了活性SiO2的存在，由于存在大量的SiO2，部分SiO2為活性狀態(tài)，其消耗水化生成的Ca(OH)2，生成C－S－H 凝膠填充到引氣節(jié)能砂漿中，并且在一定程度上加速水泥水化反應(yīng)，提高引氣節(jié)能砂漿早期強(qiáng)度.但是秸稈灰中活性SiO2含量很少，鹽類對后期強(qiáng)度提高有不利影響，不燃燒的碳含量較高且不參與反應(yīng)，對引氣節(jié)能砂漿后期強(qiáng)度影響很小，而且可能使引氣節(jié)能砂漿強(qiáng)度有所降低.另外，當(dāng)其它配料用量不變的情況下，僅減少水泥用量相當(dāng)于提高了水灰比，也就是說，即使不摻秸稈灰，引氣節(jié)能砂漿的強(qiáng)度降低也是必然［4～5］.因此，秸稈灰能夠一定程度內(nèi)提高引氣節(jié)能砂漿早期強(qiáng)度，但對后期強(qiáng)度影響不大，而且引氣節(jié)能砂漿中秸稈灰的摻量不宜過大，比較適合的摻量為9%.

3 結(jié) 論

(1)隨著秸稈灰取代水泥量的增加，引氣節(jié)能砂漿的濕密度逐漸增大，表明引氣節(jié)能砂漿的含氣量降低.

(2)隨著秸稈灰取代水泥摻量的增加，引氣砂漿的沉入度，越來越小，表明秸稈灰的添加使引氣砂漿的稠度下降.而引氣砂漿的分層度值逐漸下降，表明秸稈灰的添加可以改善引氣節(jié)能砂漿的內(nèi)部均一性.

(3)隨著秸稈灰摻量的增加，引氣節(jié)能砂漿的強(qiáng)度會逐漸下降，并且摻量小于9%時，強(qiáng)度降低的很小，說明秸稈灰具有一定的火山灰性，可以在一定程度內(nèi)補償由于水泥減少而損失的強(qiáng)度，3d，7d 強(qiáng)度降低的幅度沒有28d 的大，表明秸稈灰替換水泥進(jìn)入引氣節(jié)能砂漿，對早期強(qiáng)度的補償作用明顯強(qiáng)于后期強(qiáng)度.

［1］ 陳超，黃快忠.秸稈灰對混凝土性能的影響及應(yīng)用展望［J］.商品混凝土，2014.7:27－29.

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