復(fù)摻激發(fā)劑對(duì)無水泥砂漿性能的影響

張海龍 裴長春*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林延吉 133002)

0 引言

近年來，為了降低水泥生產(chǎn)帶來的資源浪費(fèi)及環(huán)境污染，國內(nèi)外對(duì)大摻量礦物摻合料混凝土的研究較多，集中研究礦物摻合料對(duì)水泥混凝土性能的影響。而對(duì)礦物摻合料全部取代水泥作為膠凝材料的混凝土性能研究較少。粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢棄物作為膠凝材料拌制混凝土，因其處于弱堿(或無堿)環(huán)境，礦渣表面的鈍化薄膜無法打碎，水化速度緩慢，而粉煤灰無法進(jìn)行火山灰反應(yīng)，繼而造成混凝土強(qiáng)度較低［1-3］。本文利用粉煤灰、高爐礦渣及生石灰作為膠凝材料配制無水泥砂漿，通過復(fù)摻堿性激發(fā)劑，并改變激發(fā)劑組合中各組分的摻量比例來為砂漿水化提供堿性環(huán)境，優(yōu)化激發(fā)劑組合，為今后對(duì)無水泥混凝土的進(jìn)一步研究提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及方法

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用水膠比為0.4，膠砂比為1∶3。以膠凝材料中所占百分比計(jì)，粉狀高效減水劑摻量為0.9%，作為砂漿膠凝材料的粉煤灰、高爐礦渣及生石灰分別占47.5%，47.5%和5%，堿性激發(fā)劑總摻量為7.5%。通過改變激發(fā)劑的組合類型配制11組無水泥砂漿，并配制1組普通硅酸鹽水泥砂漿作為對(duì)照組。砂漿配合比設(shè)計(jì)詳見表1。

表1 砂漿配合比設(shè)計(jì) kg

1.2 材料來源

本試驗(yàn)采用的水泥為強(qiáng)度等級(jí)42.5的廟嶺牌普通硅酸鹽水泥(密度為3 115 kg/m3)，礦渣為山東省濟(jì)南市歷城區(qū)榮興達(dá)有限公司生產(chǎn)(密度為2 890 kg/m3)，粉煤灰為吉林省延吉市電力公司生產(chǎn)(密度為2 200 kg/m3)，堿性激發(fā)劑NaOH，KOH和 Na2SiO3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為 96.0%，82.0%和95.0%)為普通實(shí)驗(yàn)室使用的化學(xué)藥品，減水劑為淡黃色固體聚羧酸高效減水劑(密度為550 kg/m3)，實(shí)驗(yàn)用細(xì)骨料為中砂(密度為2 650 kg/m3)。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)選用UJZ-15型砂漿攪拌機(jī)拌制砂漿。首先將稱量好的三種堿性激發(fā)劑(總質(zhì)量占膠凝材料的7.5%)倒入稱量好的水中(容器為塑料桶)，并且緩慢攪拌均勻，待用。將稱量好的膠凝材料、砂、減水劑于砂漿攪拌機(jī)中干拌2 min，再將待用的激發(fā)劑溶液倒入攪拌機(jī)內(nèi)，攪拌3 min。砂漿的表觀密度按照J(rèn)TG E30—2005公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程測(cè)定。砂漿試塊成型以后，放入HWX-L型電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)60℃恒溫養(yǎng)護(hù)24 h，拆模后放進(jìn)SHBY-90B型標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)。不同齡期的砂漿抗折強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度均按照GB/T 17671—2005水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法來測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 砂漿表觀密度

圖1為不同激發(fā)劑組合的砂漿表觀密度。由圖可知，完全采用粉煤灰、高爐礦渣及生石灰作為膠凝材料的無水泥砂漿的表觀密度值均大于OPC，且不受激發(fā)劑組合類型的改變而發(fā)生變化。這主要是因?yàn)榉勖夯抑泻形慈急M的炭粒，其具有較高的吸水性，在漿體硬化過程中，這些炭粒充分提高了漿體的保水性，防止水分在漿體界面過渡區(qū)形成水囊，致使砂漿整體結(jié)構(gòu)密實(shí)，表觀密度較大［4］。

2.2 砂漿抗折強(qiáng)度

圖2為不同激發(fā)劑組合的砂漿抗折強(qiáng)度。從圖中可以看出，在不同齡期，N0S0K0(未摻入激發(fā)劑的無水泥砂漿)的抗折強(qiáng)度均明顯低于OPC。這是因?yàn)槠渌不幍沫h(huán)境堿性低，導(dǎo)致水化過程緩慢，強(qiáng)度增長遲緩。而摻入堿性激發(fā)劑的無水泥砂漿抗折強(qiáng)度發(fā)展均較快，尤其是 N7.5S0K0，N5S0K2.5及 N2.5S0K5三種組合的無水泥砂漿在不同齡期抗折強(qiáng)度均明顯高于OPC，且N7.5S0K0效果突出。齡期56 d時(shí)，OPC的抗折強(qiáng)度為6.45 MPa。未摻激發(fā)劑的 N0S0K0組為3.85 MPa，比 OPC降低40.3%，而N7.5S0K0的抗折強(qiáng)度為8.48 MPa，比OPC提高31.5%。這主要是因?yàn)樵跓o水泥砂漿中加入堿性激發(fā)劑后，尤其是NaOH，KOH等強(qiáng)堿為砂漿水化硬化提供了較強(qiáng)的堿性環(huán)境，激發(fā)了粉煤灰及高爐礦渣的活性，水化反應(yīng)加快。在3 d齡期內(nèi)基本完成，后期增長緩慢。

圖1 不同激發(fā)劑組合的砂漿表觀密度

2.3 砂漿抗壓強(qiáng)度

圖3為不同激發(fā)劑組合的砂漿抗壓強(qiáng)度。從圖中可以看出，在不同齡期，N0S0K0的抗壓強(qiáng)度值均明顯低于OPC，且在齡期為28 d時(shí)，僅為OPC的45.5%。主要因?yàn)樵诘蛪A性環(huán)境中，粉煤灰的火山灰反應(yīng)與高爐礦渣潛在的水硬性反應(yīng)受阻［5］，使水泥漿體強(qiáng)度增長緩慢。而摻入堿性激發(fā)劑后，由于NaOH和KOH均屬于強(qiáng)堿，而 Na2SiO3屬弱堿鹽，堿性較弱，所以 N7.5S0K0，N5S0K2.5及N2.5S0K5三種組合的無水泥砂漿抗壓強(qiáng)度值均與OPC相當(dāng)，甚至高于OPC。此外，在齡期28 d之前，隨著齡期的增長，以上三種組合的砂漿強(qiáng)度值基本維持在40 MPa左右，增長緩慢。因?yàn)榧ぐl(fā)劑的強(qiáng)堿性使砂漿早期強(qiáng)度發(fā)展較快，在7 d之前基本完成。齡期為56 d時(shí)，OPC的抗壓強(qiáng)度值為61.9 MPa。摻入 NaOH 7.5%的 N7.5S0K0 組為64.3 MPa，比 OPC 提高 3.9%，N5S0K2.5為 64.4 MPa，N2.5S0K5 為 59.4 MPa，比 OPC 降低4.0%。通過分析可知，以上三種組合激發(fā)劑對(duì)砂漿的抗壓強(qiáng)度影響效果均與OPC相當(dāng)。

3 結(jié)語

本文采用工業(yè)垃圾粉煤灰、高爐礦渣及少量生石灰全部取代水泥作為砂漿的膠凝材料，通過調(diào)整三種堿性激發(fā)劑(NaOH，KOH及Na2SiO3)的摻入比例，并控制總摻量，研究堿性激發(fā)劑的復(fù)摻對(duì)無水泥砂漿的表觀密度及力學(xué)性能的影響，得到以下結(jié)論:

1)完全采用粉煤灰、高爐礦渣及生石灰作為膠凝材料的無水泥砂漿的表觀密度值均大于OPC。

圖3 不同激發(fā)劑組合的砂漿抗壓強(qiáng)度

2)不同齡期的 N0S0K0抗折強(qiáng)度均明顯低于 OPC，而N7.5S0K0，N5S0K2.5及 N2.5S0K5三種組合的無水泥砂漿均明顯高于OPC，且N7.5S0K0效果最為明顯。齡期56 d時(shí)，N7.5 S0K0的抗折強(qiáng)度比OPC提高31.5%。

3)不同齡期的N0S0K0抗壓強(qiáng)度值均明顯低于OPC，且在齡期為28 d時(shí)，僅為 OPC 的 45.5%。而 N7.5S0K0，N5S0K2.5及N2.5S0K5三種組合的無水泥砂漿抗壓強(qiáng)度值均與OPC相當(dāng)，甚至高于OPC。

由以上分析可以得知，綜合考慮砂漿表觀密度、抗折強(qiáng)度以及抗壓強(qiáng)度，在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，N7.5S0K0砂漿組合得到比較良好的性能。

［1］李尚洙.使用堿性激發(fā)劑無水泥環(huán)保無機(jī)復(fù)合體流動(dòng)性及強(qiáng)度性能研究［J］.韓國建筑學(xué)會(huì)報(bào)，2010，26(5):67-74.

［2］張海龍，左展毓，方永青，等.粉煤灰和礦渣不同配合比對(duì)無水泥砂漿性能的影響［J］.延邊大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，38(2):163-167.

［3］王曉博，裴長春.膨脹劑對(duì)無熟料混凝土力學(xué)收縮性能試驗(yàn)研究［J］.山西建筑，2015，41(4):110-112.

［4］施惠生，孫振平，鄧 愷，等.混凝土外加劑技術(shù)大全［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2013:221-224.

［5］李潤城，李江弼，李尚洙，等.使用高爐礦渣及赤泥無水泥復(fù)合體流動(dòng)性及強(qiáng)度性能研究［A］.2010年韓國建筑學(xué)會(huì)會(huì)議論文集［C］.2010.