特定外加劑在生物質(zhì)灰渣自燃煤矸石復(fù)合集料砂漿的應(yīng)用研究

王 輝

（黑龍江省建筑材料工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 引言

本試驗研究所稱的復(fù)合集料砂漿是為降低砂漿成本，在砂漿中摻入粉煤灰等摻合料、利用粉煤灰等摻合料的火山灰活性降低水泥用量，并通過生物質(zhì)灰渣強堿性、活性成分與粉煤灰協(xié)同作用，進(jìn)一步提高砂漿拌和物的強度和耐久性等。為優(yōu)化砂漿性能，在生物質(zhì)灰渣自燃煤矸石復(fù)合集料砂漿中摻入外加劑，通過加入含減水組分外加劑，利用其很強的親水性帶來的分散作用、潤滑作用，有效降低各材料顆粒間的滑動阻力，從而改善砂漿的工作性能；通過加入保水增稠組分外加劑，利用其在溶解后吸附水分固化成膜并放出水分的能力，提高砂漿的保水性能；加入引氣組分外加劑，通過在砂漿中引入大量均勻、穩(wěn)定的微小氣泡來改善砂漿的耐久性能。反復(fù)調(diào)整外加劑的品種、各組分比例和摻量，研究外加劑對砂漿性能的影響規(guī)律。

2 外加劑的選取原則

特定外加劑的選取要以砂漿基礎(chǔ)性能需求為原則。本試驗選取三種砂漿作為基礎(chǔ)砂漿，在沒有使用外加劑的情況下，用水量隨集料的變化而不同，其中天然砂漿用水量最少，復(fù)合集料砂漿用水量最多，煤矸石砂漿用水量居中。從力學(xué)性能指標(biāo)看，三種砂漿抗壓強度均達(dá)到試驗要求，復(fù)合集料砂漿強度低于煤矸石砂漿，與天然砂漿持平。從拌和物指標(biāo)看，三種砂漿稠度損失均不能滿足目標(biāo)要求，復(fù)合集料砂漿的稠度損失和保水率指標(biāo)略好于前兩者，說明生物質(zhì)灰渣的摻加對砂漿的持水性有一定幫助。因此，引入外加劑時，應(yīng)從減水、降稠損、增保水、保強等方面調(diào)整功能。

3 不同外加劑單一作用的研究

預(yù)拌砂漿的外加劑種類很多，按化學(xué)成分可分為纖維素醚、淀粉醚、可再分散乳膠粉、膨潤土等；按使用功能可分為引氣劑、穩(wěn)定劑、抗裂纖維、緩凝劑、速凝劑、減水劑、分散劑等。以下研究不同外加劑單獨對煤矸石砂漿的作用。

3.1 保水劑對砂漿的作用研究

常用的保水劑有纖維素醚、乳膠粉、淀粉醚等。

本研究選取羥甲基纖維素醚、可再分散性乳膠粉、淀粉醚三種保水劑分別進(jìn)行煤矸石砂漿試驗，結(jié)果見表1。

表1 保水劑對煤矸石砂漿的性能影響

纖維素醚在拌和物指標(biāo)的貢獻(xiàn)上整體好于其他兩類，但對抗壓強度有負(fù)面影響。同樣，淀粉醚雖然對稠度損失貢獻(xiàn)大，但對強度的副作用更大。而膠粉對強度貢獻(xiàn)好于前兩類，尤其是早期強度優(yōu)勢明顯，但砂漿的稠度損失增大很多。

3.2 減水劑對砂漿的作用研究

本試驗選取了聚羧酸減水劑、萘系減水劑、脂肪族減水劑分別進(jìn)行試配。以自燃煤矸石細(xì)集料摻量80%（細(xì)粉含量14%）、天然砂細(xì)集料20%比例制備砂漿，結(jié)果見表2。

表2 減水劑對煤矸石砂漿性能的影響

三類五種外加劑對砂漿均有不同程度的減水作用，提高了水泥的利用效率，達(dá)到了提高砂漿抗壓強度的目的，且效果明顯。但從拌和物指標(biāo)看，稠度損失和保水率處于標(biāo)準(zhǔn)值附近，改善效果不明顯。

3.3 引氣劑對砂漿的作用研究

本試驗選取四種不同方案的煤矸石砂漿進(jìn)行引氣劑對比分析，結(jié)果均顯示引氣劑的引入對抗壓強度有負(fù)面效應(yīng)，引氣劑的氣泡效應(yīng)在這里未能有效發(fā)揮，對抗壓強度有負(fù)面效應(yīng)，如圖1所示。

圖1 引氣劑對抗壓強度的影響

4 復(fù)合外加劑試驗效果研究

4.1 復(fù)合外加劑的選取

單獨使用一種功能性的外加劑，尚不能完全滿足砂漿工作性能和抗壓強度的要求，需要聯(lián)合使用不同的外加劑，利用減水劑對煤矸石砂漿抗壓強度貢獻(xiàn)作用、纖維素醚和乳膠粉對拌和物和易性的改善作用，結(jié)合考慮煤矸石集料細(xì)粉具有活性作用的特殊性，輔以少量緩凝劑進(jìn)行復(fù)合搭配，以改善砂漿相應(yīng)性能，以減水、增強、改善和易性為出發(fā)點，選取七個組合方式復(fù)配外加劑（即A：纖維素醚+膠粉、B：聚羧酸+纖維素醚、C：萘系+纖維素醚、D：聚羧酸+纖維素醚+緩凝劑、E：聚羧酸+纖維素醚+膠粉、F：萘系+纖維素醚+緩凝劑、G：萘系+纖維素醚+膠粉），分別對煤矸石砂漿和復(fù)合集料砂漿進(jìn)行試驗，結(jié)果見表3。

表3 外加劑配料表

4.2 復(fù)合外加劑試驗效果

取細(xì)粉含量為16%的煤矸石分別進(jìn)行煤矸石100%替代摻量砂漿和復(fù)合集料100%替代摻量砂漿試驗，研究在此極限情況下，引進(jìn)不同復(fù)合方式的外加劑對砂漿拌和物抗壓強度等指標(biāo)的綜合效果。

試驗結(jié)果表明，未摻加外加劑的砂漿主要存在用水量大、稠度損失大等問題。由兩種外加劑復(fù)合的A、B、C劑對煤矸石砂漿和復(fù)合集料砂漿綜合作用均不能達(dá)到滿意效果， A劑對兩種砂漿稠度損失的降低作用最明顯，但用水量明顯增多、強度下降，僅達(dá)到課題目標(biāo)值邊緣；B和C劑采用不同減水劑，后者對稠度損失的降低效果好于前者，但減水效果不佳，且砂漿強度值下降；由三種外加劑復(fù)合的D、E劑對兩種砂漿的稠度損失改善明顯，減水效果和砂漿抗壓強度好于F、G。

5 復(fù)合集料砂漿配合比的優(yōu)化及試驗結(jié)果驗證

根據(jù)上述分析結(jié)果，對外加劑用量進(jìn)行微量調(diào)整：D減少聚羧酸減水劑用量，E減少膠粉用量，F(xiàn)、G增加萘系減水劑用量。外加劑比例見表4，試驗結(jié)果見表5。

表4 外加劑比例

表5 試驗結(jié)果

根據(jù)外加劑選取結(jié)果，結(jié)合抹灰砂漿對拉伸黏接指標(biāo)的要求，對復(fù)合集料砂漿進(jìn)行驗證試驗，結(jié)果均符合《預(yù)拌砂漿》（GB/T 25181-2019）要求。特定外加劑比例及試驗指標(biāo)見表6。

表6 特定外加劑比例及試驗指標(biāo)

6 結(jié)語

復(fù)合集料砂漿與傳統(tǒng)的預(yù)拌砂漿不同。復(fù)合集料對砂漿抗壓強度的貢獻(xiàn)作用好于天然砂，但其物理結(jié)構(gòu)上的特殊性和活性性能也是外加劑選取的難點。通過對市售外加劑的復(fù)配，找到比較適宜的成分和比例，并以試驗結(jié)果驗證配比方案，證明三種復(fù)配效果最佳。

在相同的條件下，不同的緩凝材料具有各自不同的特點，但在砂漿強度上有著共同的特征：摻用緩凝材料的情況下，早期的強度不如未加緩凝材料的強度，這是因為摻入緩凝材料后有效延緩了水泥早期水化，阻礙了漿體初始結(jié)構(gòu)的形成與發(fā)展，使砂漿3d抗壓強度比較低，隨著水泥的充分水化，水化產(chǎn)物之間得到充分地穿插、搭接和填充，結(jié)構(gòu)密實，使得砂漿后期齡期的抗壓強度均高于基準(zhǔn)砂漿。