廢棄石粉與減水劑的適應(yīng)性研究

龔明子,蔡俊凱,袁忠標(biāo)

(中交一公局廈門工程有限公司,福建 廈門 361021)

近些年來,隨著建設(shè)行業(yè)的蓬勃發(fā)展,我國每年的混凝土生產(chǎn)方量巨大。與此同時,隨著粉煤灰、礦渣粉等礦物摻合料的短缺,越來越多新型的材料作為替代品應(yīng)用到混凝土當(dāng)中[1]。由于減水劑與膠材體系的適應(yīng)性不僅與水泥有關(guān)還受所加入的摻和料的影響,所以摻和料與減水劑的適應(yīng)性好壞是新型摻和料能否在混凝土中應(yīng)用的關(guān)鍵。目前,將石材加工后所產(chǎn)生的廢棄石粉作為新型摻和料應(yīng)用到混凝土當(dāng)中引起了大家關(guān)注和重視,眾多的科研機(jī)構(gòu)和高校學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)內(nèi)容的研究。但是,當(dāng)前的主要研究重點(diǎn)主要是針對石粉對混凝土力學(xué)和耐久性能的影響,缺少對于廢棄石粉與減水劑的適應(yīng)性的研究相關(guān)的研究成果也較少。因此,本文通過不同種類四種減水劑與廢棄石粉之間的適應(yīng)性展開研究,并通過漿體的流動性、經(jīng)時損失等指標(biāo)比較分析廢棄石粉在不同的摻量和不同的細(xì)度的情況下對漿體與減水劑適應(yīng)性的影響。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

(1)石粉：取自福建泉州某石材廠,廢棄石粉的基本性能指標(biāo)見表1-1。

(2)水泥：福建閩福水泥P·O42.5。

(3)粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰。

表1-1 石粉的性能指標(biāo)

(石粉的細(xì)度可以依據(jù)后續(xù)試驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)整,這里不列出。)

(4)減水劑：減水劑選用了聚羧酸系高性能減水劑和聚羧酸高效減水劑,萘系高效減水劑,以及脂肪族減水劑,減水率分別為31%、23%、24%和30%。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土的流動性主要來自于砂漿,因此減水劑對砂漿流變性的影響就可反映其對混凝土工作性能的影響。石粉與減水劑的適應(yīng)性參照規(guī)范GB 50119—2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》附錄A“混凝土外加劑相容性快速試驗(yàn)方法”。本文的試驗(yàn)研究內(nèi)容主要包括三部分：①改變各減水劑的摻量,通過測定每次的漿體初始水平擴(kuò)展度和靜置30min、60min后的漿體的水平擴(kuò)展度來評價各種減水劑與廢棄石粉的適應(yīng)性。②考查石粉摻量對膠材與減水劑適應(yīng)性影響時,選取其中與石粉適應(yīng)性最好的減水劑,將廢棄石粉以5%、10%、15%、20%、25%、30%取代水泥進(jìn)行試驗(yàn)。③考查石粉細(xì)度對膠材與減水劑適應(yīng)性影響時,將取廢棄石粉進(jìn)行細(xì)度處理獲取比表面積為450m2/kg、650m2/kg、850m2/kg、1000m2/kg和1200m2/kg的石粉,按摻入量為15%進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 廢棄石粉同不同類型減水劑的適應(yīng)性表現(xiàn)

本次研究將聚羧酸系高性能減水劑、聚羧酸系高效減水劑、萘系減水劑和脂肪族減水劑分別加到水泥砂漿中,石粉摻量固定為15%,比表面積為700m2/kg,四種減水劑與膠材體系的適應(yīng)性如圖2-1所示。

圖2-1 不同種類減水劑與廢棄石粉膠材體系的適應(yīng)性表現(xiàn)

從圖2-1中可見,廢棄石粉與4種減水劑適應(yīng)性變化規(guī)律基本一致,適應(yīng)性良好。漿體都具有較高的初始流動度,減水劑飽和點(diǎn)摻量在減水劑廠家推薦值范圍內(nèi)。漿體靜置30min-60min后仍然保持較大的水平擴(kuò)展度值,經(jīng)時損失較小。其中,石粉與聚羧酸系減水劑的漿體最大流動擴(kuò)展度值達(dá)360mm,60min經(jīng)時損失25mm左右,漿體有光澤、無離析泌水等現(xiàn)象；石粉與萘系和脂肪族減水劑的適應(yīng)性較聚羧酸系減水劑略差,但都在合理范圍內(nèi)：與脂肪族減水劑的初始水平擴(kuò)展度最大值為340mm,經(jīng)時損失在30min之后開始加大,并且隨著脂肪族減水劑的摻量增加而增加,損失最大值為50mm,減水劑摻量超過1.0%之后,漿體會出現(xiàn)輕微泌水現(xiàn)象；與萘系高效減水劑的最大初始擴(kuò)展度為335mm,前30min中的經(jīng)時損失相對較大為30mm左右,60min經(jīng)時損失最大值為40mm,漿體光澤、無離析泌水現(xiàn)象。石粉與聚羧酸系和萘系減水劑的適應(yīng)性存在差異主要是因?yàn)闇p水劑的減水作用機(jī)理不同。脂肪族和萘系減水劑的顆粒分散作用主要是靠靜電斥力,這種力保持時間短,隨著水化反應(yīng)的推進(jìn),分子間的電位下降較快,最后水泥顆粒分子之間又是范德華力占主導(dǎo),所以分散效果不持久,漿體經(jīng)時損失加大。而聚羧酸系減水劑是通過空間位阻作用,使水泥顆粒的絮狀結(jié)果能很大程度分散開來釋放出大量的被包裹的游離水,使得整個體系的流動性加強(qiáng),并且這種位阻作用穩(wěn)定,所以經(jīng)時損失也較小[2-3]。

2.2 廢棄石粉摻量對石粉與減水劑適應(yīng)性的影響

通過在3種減水劑的飽和點(diǎn)摻量下(聚羧酸高性能減水劑劑飽和點(diǎn)摻量為0.9%,脂肪族減水劑為0.9%,奈系減水劑為2.0%),研究石粉摻量變化時,漿體的流動情況和經(jīng)時損失等的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果見圖2-2。

圖2-2 石粉摻量變化對漿體流動性的影響

從圖2-2可得出,在聚羧酸系減水劑中,摻入廢棄石粉后,漿體的初始流動擴(kuò)展度一定程度上有所提高,并且隨著石粉摻量的增加漿體的擴(kuò)展度逐漸升高,漿體的30min、60min的擴(kuò)展度則呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢,石粉的最佳摻量在15%-20%之間。對于摻萘系高效減水劑的漿體,初始流動度變化幅值在30mm內(nèi),總體上變化率不大。30min時的擴(kuò)展度損失隨著石粉摻量的增加而加大,60min的經(jīng)時損失最大為55mm。萘系高效減水劑對于石粉摻量變化較聚羧酸減水劑更為敏感,故在摻入萘系減水劑應(yīng)該將廢棄石粉的摻量控制在15%以內(nèi)。摻脂肪族減水劑的漿體,隨著石粉含量的增加,初始流動度短暫增加后即開始下降,漿體在30min、60min后其漿體擴(kuò)展度都處于下降趨勢,擴(kuò)展度的經(jīng)時損失逐漸增大,60min經(jīng)時損失在石粉摻量為30%時達(dá)到90mm,所以在廢棄石粉與脂肪族減水劑共用時,更應(yīng)該控制好石粉的摻量,避免因?yàn)槭圻^多導(dǎo)致膠材體系的經(jīng)時損失過大影響混凝土的工作性能。

2.3 廢棄石粉細(xì)度變化對石粉與減水劑適應(yīng)性的影響

選取聚羧酸高性能減水劑,摻量為0.9%,石粉摻量15%,分別研究廢棄石粉在比表面積在450m2/kg、650m2/kg、850m2/kg、1000m2/kg和1200m2/kg時,漿體的流動度變化情況和經(jīng)時損失,試驗(yàn)結(jié)果見2-3。

圖2-3 廢棄石粉細(xì)度對漿體流動性的影響

從圖2-3可見,漿體的水平擴(kuò)展度隨著石粉細(xì)度的變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,摻入石粉的漿體在石粉細(xì)度為850m2/kg時,漿體的流動性最好,60min的經(jīng)時損失為25mm；摻入石粉的漿體在石粉細(xì)度為800m2/kg-1000m2/kg時,漿體的流動性最佳,60min經(jīng)時損失在30mm-35mm之間。從整體的變化規(guī)律上可以看出石粉的細(xì)度不是越大越好。石粉細(xì)度在合理范圍時,水泥顆粒與石粉顆粒的級配變得更加合理,石粉的填充效應(yīng)和微集料效應(yīng)得以充分發(fā)揮,故而體系的流動度增加,穩(wěn)定性好。但是,隨著細(xì)度的進(jìn)一步增加,石粉顆粒過大的比表面積會使石粉顆粒對體系中的減水劑分子吸附量加大,消耗大量的減水劑,使得漿體容易變成絮狀結(jié)構(gòu),沒有足夠的減水劑分子去釋放被包裹住的游離水,所以體系的流動性下降較快[4]。

3 結(jié)論

(1)廢棄石粉作為摻和料摻入,能有效提高漿體的流動性,并且與聚羧酸系、萘系和脂肪族等減水劑適應(yīng)性良好,與聚羧酸系減水劑的適應(yīng)性最好。

(2)在石粉摻量變化時,廢棄石粉與減水劑的適應(yīng)性也呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律,對于聚羧酸系減水劑,石粉的最佳摻量在15%-20%之間。對于脂肪族和萘系減水劑,由于它們對于石粉摻量的變化更為敏感,故應(yīng)該嚴(yán)格控制石粉的摻量,最好控制在15%以內(nèi)。

(3)廢棄石粉與減水劑的適應(yīng)性因石粉細(xì)度不同存在的差異,漿體的流動性隨著石粉細(xì)度的變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,在實(shí)際使用中應(yīng)該嚴(yán)格控制所摻入石粉的細(xì)度,細(xì)度在850m2/kg-1000m2/kg時,此時能優(yōu)化體系的顆粒級配,能充分發(fā)揮石粉顆粒的填充效應(yīng),石粉與減水劑適應(yīng)性最佳。

[1]林可,胡紅梅.度棄石粉及其復(fù)合擴(kuò)物捧合料對混凝土性能的影響[J].福建建材,2005(3)：4-7．

[2]COLLEPARDI S, COPPOLA L, TROLI R, et al. Mechanisms of Actions of Different Superplasticizers For High Performance Concrete[C]//Second International Conference on High Performance Concrete and Performance and Quality of Concrete Structures, Gramado, RS, Brazil,1999．

[3]彭家惠,張建新,陳明鳳,等.石膏減水劑作用機(jī)理研究[J].硅酸鹽學(xué)報,2003,31(11):1031-1036．

[4]劉數(shù)華.石灰石粉對復(fù)合膠凝材料水化特性的影響[J].建筑材料學(xué)報,2010,13(2):218-221．