海綿城市高強輕質(zhì)透水干粉砂漿的應用與探索

湯薇

（浙江省通用砂漿研究院，浙江 紹興 312000）

0 引言

海綿城市是新一代城市雨洪管理概念，指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能和減少城市洪澇災害的發(fā)生。

干粉砂漿，又稱干混干粉砂漿、干拌干粉砂漿，是將水泥、砂、礦物摻混料和功能性添加劑按一定比例，在生產(chǎn)工廠于干燥狀態(tài)下均勻拌制，混合而成的一種顆粒狀或粉狀的混合物，建筑用時只要按規(guī)定比例加水拌合后即可直接使用。但是目前常用的干粉砂漿透水性能差、抗壓抗彎強度不夠，限制了其在海綿城市中的推廣應用[1-4]。為了解決這一問題，本文通過在砂漿中摻加適量的超輕陶粒、明礬石粉以及植物蛋白發(fā)泡劑，并合理調(diào)節(jié)各組分的用量，改善砂漿的強度和透水性能。

1 實驗

1.1 實驗材料

（1）建筑垃圾再生粗骨料：來自破碎的混凝土塊、砂漿塊和磚瓦等建筑垃圾，其主要化學成分為：SiO259.50%、Al2O314.70%、CaO 7.69%、Fe2O34.15%、MgO 2.25%，其余為雜質(zhì)；粒徑 10～25mm，堆積密度 1000～1300kg/m3，表觀密度 2215～2465 kg/m3，壓碎指標為4.5%。

（2）水泥：P·O42.5R 水泥，符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的要求。

（3）特細砂：細度模數(shù)為 1.5～0.7，粒徑 2～5 μm。

（4）粉煤灰：孔隙率 50%～80%，粒徑 10～20 μm，28 d 活性指數(shù)88.5%，符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求。

（5）叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910：廈門愛珂瑪化工有限公司生產(chǎn)。

（6）羥丙基甲基纖維素醚：天津東晟光建筑材料有限公司生產(chǎn)。

（7）聚天門冬氨酸：淄博潤聚生物科技有限公司生產(chǎn)。

（8）超輕陶粒：由粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈣、鋸木粉、炭粉，經(jīng)混合、成球、高溫焙燒制得，粒徑1～20μm，堆積密度200kg/m3。

（9）明礬石粉：粒徑 300～600 nm。

（10）十二烷基硫酸鈉：鄭州中潤化工產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)。

（11）植物蛋白發(fā)泡劑：東莞深海節(jié)能建材科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 透水干粉砂漿的制備

試驗配比為：普通硅酸鹽水泥30份、粉煤灰10份、特細砂120份、建筑垃圾粗骨料15份、羥丙基甲基纖維素醚2份、聚天門冬氨酸1份、松香酸鈉3份、植物源復合蛋白發(fā)泡劑2份，通過調(diào)節(jié)醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、超輕陶粒、明礬石粉的摻量，制得不同配方的干粉砂漿，并對其性能進行測試。

制備方法為：將建筑垃圾再生粗骨料、水泥、特細砂、粉煤灰、超輕陶粒、明礬石粉加入到強制式混合機中混合攪拌5 min，然后依次加入叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910、羥丙基甲基纖維素醚、聚天門冬氨酸、十二烷基硫酸鈉和植物蛋白發(fā)泡劑，繼續(xù)攪拌3 min，最后進行干燥、破碎處理，制得透水干粉砂漿。

1.3 性能測試方法

將上述制得的干粉砂漿加入一定量的水攪拌混合，測試其稠度，然后制備成50 mm×50 mm×50 mm的試樣，標準條件下養(yǎng)護7 d和28 d，參照JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行性能測試。

2 結果與討論

2.1 超輕陶粒摻量對干粉砂漿性能的影響

在膠砂比為1∶3、水料比為0.15的基礎上，研究超輕陶粒摻量（按占水泥質(zhì)量計）對干粉砂漿稠度和強度的影響，超輕陶粒粒徑為2 μm，實驗結果如表1所示。

表1 超輕陶粒摻量對干粉砂漿性能的影響

從表1可以看出，隨著超輕陶粒摻量的增加，砂漿的稠度逐漸增大，但強度先提高后降低。本文采用的超輕陶粒是以粉煤灰為主要原料，添加木質(zhì)素磺酸鈣、鋸木粉、炭粉，經(jīng)混合、成球、高溫焙燒而制得，超輕陶粒的加入會有效改善砂漿的流動性，陶粒中的粉煤灰、炭粉起到軸承作用，從而使得砂漿的需水量減少。而且本節(jié)采用的超輕陶粒粒徑為2 μm，顆粒之間的聚集度小，其在砂漿中也可以起到潤滑的作用。超輕陶粒中粉煤灰還起到一定的保水效果，其與明礬石粉復配加入到砂漿中，在適宜摻量時可有效改善砂漿的保水性能和力學性能。

2.2 超輕陶粒粒徑對干粉砂漿性能的影響

在膠砂比為1∶3、水料比為0.15的基礎上，摻加占水泥質(zhì)量 5.0%的超輕陶粒，粒徑分別為 1、5、10、20 μm，通過砂漿的稠度和強度來表征粒徑大小對干粉砂漿性能的影響，實驗結果如表2所示。

表2 超輕陶粒粒徑對干粉砂漿性能的影響

從表2可以看出，隨著超輕陶粒粒徑的減小，比表面積增大，活性越大，內(nèi)部缺陷和孔隙減少，同時，砂漿的勻質(zhì)性更好，砂漿硬化后更均勻，強度更高。

2.3 明礬石粉摻量對干粉砂漿性能的影響

固定超輕陶粒粒徑為1 μm、摻量為5.0%，膠砂比為1∶3，水料比為0.15，研究明礬石粉摻量（按占水泥質(zhì)量計）對干粉砂漿性能的影響，結果如表3所示。

從表3可以看出，摻加適量明礬石粉可以有效改善砂漿的保水率和流動性，且可提高砂漿的抗壓強度。隨著明礬石粉摻量的增加，砂漿的抗壓強度先提高后降低，當其摻量為5%時，砂漿的分層度最小，抗壓強度最高，稠度和保水率均較好。

表3 明礬石粉摻量對干粉砂漿性能的影響

2.4 叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910對砂漿性能的影響

固定超輕陶粒粒徑為1 μm、摻量為5.0%，膠砂比為1∶3，水料比為0.15，明礬石粉摻量為5%，研究叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910摻量（按占水泥質(zhì)量計）對砂漿性能的影響，結果如表4所示。

表4 叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910摻量對砂漿性能的影響

從表4可以看出，隨著叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910摻量的增加，砂漿的稠度增大，抗折強度逐漸提高，抗壓強度有所降低。這是因為叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910的彈性模量比膠凝材料的彈性模量小太多，當其在膠凝材料中聚合后會成為膠凝材料的組成相，這種組成相為交織的網(wǎng)狀膠膜結構，該結構為典型的柔性結構，可以有效降低水泥砂漿的彈性模量，從而大大提高砂漿的抗折強度。但是叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910加入到砂漿中會有效提高砂漿的含氣量，從而使砂漿的抗壓強度降低。

3 結語

（1）在干粉砂漿中加入由粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈣、鋸木粉、炭粉，經(jīng)混合、成球、高溫焙燒制得的超輕陶粒，不僅節(jié)約了砂漿的制備成本，而且可有效改善砂漿的保水性能和力學性能。在試驗范圍內(nèi)，隨超輕陶粒粒徑的減小，砂漿的抗折強度和抗壓強度提高；隨超輕陶粒摻量的增加，砂漿的抗折和抗壓強度先提高后降低。

（2）摻加適量的明礬石粉可以有效改善砂漿的保水率和流動性，且可有效提高砂漿的抗壓強度。

（3）在砂漿中加入叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910，可以改善砂漿的稠度和抗折強度，但是會降低砂漿的抗壓強度，因此，要合理控制叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910的摻量。