水泥-磷渣-膨脹劑復(fù)合膠凝材料灌漿砂漿的配制

李海濤，吳芳，周代軍，華騰飛

（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶400015；2重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400045）

水泥-磷渣-膨脹劑復(fù)合膠凝材料灌漿砂漿的配制

李海濤1，吳芳2，周代軍2，華騰飛2

（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶400015；2重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400045）

通過正交試驗(yàn)對(duì)水泥—磷渣—膨脹劑復(fù)合膠凝材料灌漿砂漿的配合比進(jìn)行了優(yōu)化研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：磷渣摻量為25%所得灌漿砂漿的各項(xiàng)性能不僅符合《水泥基灌漿材料》（JC/T 986-2005）規(guī)定的技術(shù)要求，而且可以有效降低灌漿砂漿的生產(chǎn)成本。

磷渣；膨脹劑；復(fù)合膠凝材料；灌漿砂漿

0　引言

磷渣是在采用電爐制取黃磷后得到的廢渣，通常每生產(chǎn)1t黃磷大約產(chǎn)生8～10t磷渣。我國(guó)黃磷生產(chǎn)企業(yè)每年排放大量的磷渣，僅貴州省磷渣年排放量就約200多萬(wàn)噸，歷年堆存達(dá)1000多萬(wàn)噸［1］。大量磷渣簡(jiǎn)單堆放及污染環(huán)境而且占用了大量的土地資源。目前，磷渣鋰渣的資源化利用主要用在生產(chǎn)水泥、陶粒等，但使用數(shù)量都不大。多方面拓展磷渣的利用途徑，提高利用率，具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。

水泥基灌漿砂漿以水泥為基材，配以適量的細(xì)骨料并加入少量的超塑化劑等外加劑混合而成，具有耐久性好、強(qiáng)度高、無毒、無污染、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)［2］，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備安裝以及建筑、道路、橋梁、邊坡的加固修補(bǔ)工程。將磷渣作為摻合料，取代部分水泥用于配制水泥基灌漿砂漿，為磷渣利用提供了一種新的途徑，預(yù)期具有一定的市場(chǎng)前景。本文采用正交試驗(yàn)方法對(duì)水泥—磷渣—膨脹劑復(fù)合膠凝材料灌漿砂漿的配合比優(yōu)化進(jìn)行了探討。

1　試驗(yàn)

1.1原材料

水泥：重慶小南海水泥廠生產(chǎn)的52.5早強(qiáng)普通硅酸鹽水泥，其化學(xué)成分見表1。

磷渣：四川川輔新材料有限公司生產(chǎn)，密度2.67g/cm3，平均粒徑30.122μm，比表面積239.66m2/kg，其化學(xué)成分見表1。

表1　原材料化學(xué)成分（%）

砂：岳陽(yáng)產(chǎn)天然中砂。

膨脹劑：重慶三圣公司產(chǎn)ZY（1）型混凝土膨脹劑，其組成成分見表1，性能參數(shù)見表2。

表2　膨脹劑的性能參數(shù)

高效減水劑：重慶科之杰公司產(chǎn)聚羧酸高效減水劑，固含量為22.9%。

消泡劑：P818型有機(jī)硅類消泡劑。

早強(qiáng)劑：分析純Na2SO4、三乙醇胺。

增稠劑：山東華偉生產(chǎn)羥丙基甲基纖維素醚，粘度值為100000mPa·s。

1.2試驗(yàn)方法

灌漿砂漿性能測(cè)試按《水泥基灌漿材料》（JC/T 896-2005）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。

2　結(jié)果與討論

正交設(shè)計(jì)是一種科學(xué)的安排試驗(yàn)方案和分析試驗(yàn)結(jié)果的方法，采用正交試驗(yàn)可以在減小試驗(yàn)工作量的前提下保證測(cè)試結(jié)果的可靠性，因此，正交設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中得到廣泛采用［3］。本文也將通過正交試驗(yàn)優(yōu)化灌漿砂漿配合比，得到灌漿砂漿的最佳配合比，從而提高灌漿砂漿的性能。

2.1水平因素

從灌漿砂漿各組成材料對(duì)其性能影響效果來看，磷渣摻量對(duì)砂漿的流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度有重要影響，膨脹劑摻量對(duì)砂漿的流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間、早期強(qiáng)度以及鋼筋握裹力影響顯著。課題選取了這兩個(gè)因素結(jié)合水膠比作為正交試驗(yàn)的影響因素，水平選取見表3，試驗(yàn)配合比見表4。

表3　正交試驗(yàn)因素水平表

表4　試驗(yàn)配比

2.2結(jié)果分析

正交試驗(yàn)結(jié)果見表5。進(jìn)行結(jié)果分析時(shí)，分別計(jì)算每個(gè)因素在各個(gè)水平上的考察指標(biāo)和K及平均值E，并計(jì)算各因素的極差R，計(jì)算結(jié)果見表6。

通過正交試驗(yàn)極差分析可以看出：影響砂漿初始流動(dòng)度因素的顯著性排序依次為A＞C＞B，因素A最佳水平為A3或A2，因素C為C1或C2，因素B各水平對(duì)流動(dòng)度結(jié)果影響不大。30min后流動(dòng)度的影響因素顯著性排序?yàn)镃＞A＞B，因素C最佳水平為C1或C2，因素A最佳水平為A3或A2，因素B各水平對(duì)流動(dòng)度結(jié)果影響較小。砂漿1d強(qiáng)度影響因素顯著性排序?yàn)锽＞A＞C，因素B最佳水平為B1或B2，因素A最佳水平為A1或A2，因素C各水平對(duì)1d強(qiáng)度影響較小。砂漿3d強(qiáng)度影響因素顯著性排序?yàn)锳＞B＞C，因素A最佳水平為A1或A2，因素B最佳水平為B1或B2，因素C各水平對(duì)3d強(qiáng)度影響不大。砂漿28d強(qiáng)度影響因素顯著性排序?yàn)锳=B＞C，因素A最佳水平為A1或A2，因素B最佳水平為B1或B2，因素C的各水平對(duì)28d強(qiáng)度影響不大。

表5　正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

影響鋼筋握裹力因素的顯著性排序依次為B＞A＞C，因素B最佳水平為B1或B2，因素A最佳水平為A1或A2，因素C影響較小。灌漿料初凝時(shí)間的影響因素顯著性排序依次為B＞A＞C，因素B最佳水平為B3或B2，因素A最佳水平為A3或A2，因素C影響較小。對(duì)砂漿豎向限制膨脹率影響最為顯著的因素為C即膨脹劑摻量，最佳水平為C3或者C2，另外兩個(gè)因素對(duì)灌漿料豎向限制膨脹率測(cè)試結(jié)果影響較小。影響灌漿砂漿泌水率因素的顯著性排序依次為是A＞C＞B，因素A最佳水平為A1或A2，因素C最佳水平為C3或C2，因素B中三個(gè)水平對(duì)灌漿砂漿泌水率測(cè)試結(jié)果無明顯影響。

通過對(duì)選取的因素水平對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的顯著性分析來看：水灰比（因素A）對(duì)灌漿砂漿泌水率、初始流動(dòng)性以及強(qiáng)度的影響最為顯著，從泌水性和強(qiáng)度性能來看，選取A1、A2水平最佳，從初始流動(dòng)性來看，最佳水平為A3、A2；磷渣摻量（因素B）對(duì)灌漿砂漿的初凝時(shí)間、早期強(qiáng)度以及鋼筋握裹力有顯著影響。從早期強(qiáng)度以及鋼筋握裹力這兩個(gè)性能指標(biāo)來看，磷渣摻量的適宜水平為B1、B2，對(duì)砂漿凝結(jié)時(shí)間影響較為顯著的水平為B3、B2，磷渣摻量越大初凝時(shí)間越長(zhǎng)；膨脹劑摻量（因素C）會(huì)對(duì)灌漿砂漿30min流動(dòng)性以及豎向限制膨脹率產(chǎn)生顯著影響，從灌漿砂漿30min流動(dòng)性來看，最佳水平宜選用C1、C2，從豎向限制膨脹率來看，最佳水平宜選用C3、C2。結(jié)合以上分析結(jié)果，綜合考慮各因素水平對(duì)各個(gè)性能指標(biāo)的影響，本文推薦最佳試驗(yàn)因素水平為A1B2C2。通過正交試驗(yàn)確定灌漿砂漿的優(yōu)化后配合比見表7。

表6　極差分析

圖1　電極電位-時(shí)間曲線

表7　砂漿優(yōu)化配合比

表8　優(yōu)化配合比砂漿各指標(biāo)值

2.3優(yōu)化配合比灌漿砂漿性能測(cè)試

通過3.2節(jié)進(jìn)行的正交試驗(yàn)結(jié)論，按照如表7所示的優(yōu)化配合比生產(chǎn)灌漿砂漿，并通過建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水泥基灌漿材料》（JC/T 986-2005）的相關(guān)規(guī)定對(duì)實(shí)驗(yàn)配制的灌漿砂漿性能進(jìn)行檢驗(yàn)，測(cè)試灌漿砂漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)。具體試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

采用國(guó)標(biāo)《混凝土外加劑》（GB8076-1997）附錄B中規(guī)定的新拌砂漿法來測(cè)試灌漿砂漿對(duì)鋼筋的銹蝕作用。結(jié)果見圖1。由圖中電位與時(shí)間關(guān)系曲線可知，電極初始通電后，陽(yáng)極鋼筋電位迅速上升，很快達(dá)到析氧電位值，表明鋼筋表面形成了良好的鈍化膜。60min后，電位值保持穩(wěn)定。這表明鈍化膜保持完整，即不會(huì)損傷鋼筋鈍化膜，也就是說實(shí)驗(yàn)得到的灌漿砂漿不會(huì)使鋼筋產(chǎn)生銹蝕。

2.4灌漿砂漿的成本估算

參考原材料的實(shí)際出售價(jià)格，集合試驗(yàn)得到的砂漿配合比可以得出生產(chǎn)磷渣基水泥灌漿砂漿的生產(chǎn)陳本，具體見表9。

試驗(yàn)得到的灌漿砂漿的生產(chǎn)成本約為345.21元/t，而目前工程當(dāng)中使用的水泥基灌漿砂漿材料的出售價(jià)格約為840～2100元/t，由此可見，經(jīng)過試驗(yàn)優(yōu)化后的灌漿砂漿可大幅降低生產(chǎn)成本。

表9　灌漿砂漿價(jià)格估算

3　結(jié)論

（1）經(jīng)分析試驗(yàn)，確定了灌漿砂漿的優(yōu)化配合比，其中：硅酸鹽水泥占膠凝材料69%，磷渣25%，膨脹劑6%；減水劑1.0%，消泡劑0.4%，纖維素醚0.025%；水膠比0.26，膠砂比1/1。

（2）灌漿砂漿按優(yōu)化配合比配制的各性能均滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水泥基灌漿材料》（JC/T 986-2005）的規(guī)定，且成本價(jià)格較低。

［1］萬(wàn)軍，甘四洋，閆亞楠，等.貴州省大宗工業(yè)固體廢棄物現(xiàn)狀及在建材行業(yè)中的應(yīng)用［A］.中國(guó)建材產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)創(chuàng)新發(fā)展研究論文集［C］.2013：467-471.

［2］冷達(dá)，張雄，沈中林，等.水泥基灌漿材料主要成分對(duì)其新拌及硬化性能的影響［J］.混凝土與水泥制品，2008（5）：12-16.

［3］劉數(shù)華，冷發(fā)光，羅季英.建筑材料試驗(yàn)研究的數(shù)學(xué)方法［M］.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2006.

責(zé)任編輯：孫蘇

Preparation and Creation of Grouting MortarofCement-Phosphorous Slag-Expanding Adm ixture Composite

Optimization of themix proportion of groutingmortarof cement-phosphorous slag-expanding admixture composite cementitiousmaterial is studied through an orthogonal test.The results show that the performance of groutingmortar couldmeet technical requirementsof standard specified by cementitiousgrout（JC/T 986-2005）w ith low groutingmortar costwhen the contentof phosphorousslag in the compositematerial is25%.

phosphorus slag；expanding admixture；composite cementitiousmaterial；groutingmortar

TU446

A

1671-9107（2015）01-0057-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2015.01.057

2014-09-10

李海濤（1968-），男，重慶人，本科，高級(jí)工程師，主要從事建筑施工質(zhì)量技術(shù)管理工作。