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拜耳法赤泥干混砂漿性能影響因素研究

及生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)要求

許國偉，胡江

（云南省建筑科學(xué)研究院，云南 昆明 650223）

摘  要：利用拜耳法赤泥制備干混砂漿，確定拜耳法赤泥干混砂漿的減水劑、早強(qiáng)劑和保水增稠材料的種類和摻量，并測(cè)試了用水量偏差、放置時(shí)間及磷渣粉對(duì)拜耳法赤泥干混砂漿性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：拜耳法赤泥干混砂漿中木質(zhì)磺酸鈣減水劑最佳摻量為0.30%，早強(qiáng)劑元明粉和氯化鈣摻量為3.0%時(shí)早強(qiáng)效果最佳；保水增稠材料NSB、PVA、甲基纖維素醚和可再分散膠粉可有效改善拜耳法赤泥干混砂漿的保水性能；為了保證砂漿質(zhì)量，采用防水密封儲(chǔ)藏小于3個(gè)月，用水量偏差控制在0~±2.0%范圍內(nèi)。用于生產(chǎn)干混砂漿的原材料應(yīng)滿足其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的要求，現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)符合其應(yīng)用技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：拜耳法赤泥；干混砂漿；外加；磷渣粉

0  前言

據(jù)中國環(huán)境狀況公報(bào)顯示，2004年全國工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)量為12億噸，而且每年以20%的速度增長。這么龐大的工業(yè)固體廢棄物和工業(yè)尾礦又是生產(chǎn)干混砂漿的最好資源，如果能對(duì)此綜合利用，將工業(yè)固體廢棄物(粉煤灰、煤矸石、鋼渣等)制成機(jī)制砂，代替天然砂生產(chǎn)干混砂漿，就能減少對(duì)天然砂采掘，不僅保護(hù)河道與土地，還將會(huì)對(duì)環(huán)境與資源保護(hù)作出巨大貢獻(xiàn)。所以大力推廣和使用干混砂漿，可以有效地緩解經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展帶來的資源、能源和環(huán)境危機(jī)。

目前由于對(duì)拜耳法赤泥的利用技術(shù)不成熟、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，或者現(xiàn)有成熟技術(shù)的產(chǎn)品赤泥配加量很低造成的拜耳法赤泥實(shí)際利用率不高、利用量與產(chǎn)量相比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠、很難解決堆積如山的拜耳法赤泥所造成的社會(huì)及環(huán)境問題，進(jìn)行了利用拜耳法赤泥制備干混砂漿進(jìn)行了研究；其中由于施工過程中砂漿拌和物保水性能、粘聚性能和觸變性能的優(yōu)劣決定了工程的質(zhì)量好壞，因此干混砂漿必須通過添加化學(xué)外加劑來保證施工工藝的需求。

1  試驗(yàn)用主要原材料

（1）水泥：貴州水泥廠生產(chǎn)的“烏江”P.O 42.5水泥。

（2）拜耳法赤泥：貴州鋁廠濕排渣，其主要化學(xué)成分見表1。

表1  拜耳法赤泥的化學(xué)組成 (wt%)

（3）砂子：貴陽中建建筑科研設(shè)計(jì)院生產(chǎn)的人工機(jī)制砂，最大粒徑通過5mm篩孔。

（4）水：自來水。

2  試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)選取生產(chǎn)中最常用的M7.5的砌筑砂漿和M10的抹灰砂漿作為試驗(yàn)用砂漿強(qiáng)度等級(jí)，參照J(rèn)GJ70-90《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》經(jīng)過試驗(yàn)試配確定拜耳法赤泥干混砂漿的及基準(zhǔn)砂漿的配合比如表2所示。

表2  拜耳法赤泥干混砂漿配合比 (kg/m³)

2.1  減水劑、早強(qiáng)劑試驗(yàn)

采用上表2中M-DB組配比，木質(zhì)磺酸鈣減水劑摻量為0.10~0.35%、早強(qiáng)劑元明粉和氯化鈣摻量為1.0~4.0%，試驗(yàn)結(jié)果見表3和圖1~圖2。

表3  減水劑、早強(qiáng)劑對(duì)拜耳法赤泥干混砂漿物理性能的影響

減水劑摻量為0.30%時(shí)拜耳法赤泥干混砂漿的性能最佳，與基準(zhǔn)砂漿相比，水灰比從2.12降低至1.89，分層度從21mm降低至17mm，其中泌水率從3.7%降低至2.9%，各齡期抗壓強(qiáng)度平均提高了20.5%、抗折強(qiáng)度提高了31.2%；當(dāng)摻量超過0.30%時(shí)，由于木質(zhì)磺酸鈣減水劑有引氣作用，對(duì)拌合物和易性和硬化砂漿力學(xué)性能的發(fā)展不利。

元明粉和氯化鈣摻量為1%時(shí)并無早強(qiáng)作用，摻量為3.0%時(shí)早強(qiáng)效果最佳，與基準(zhǔn)砂漿相比，摻元明粉砂漿和摻氯化鈣砂漿各齡期抗壓強(qiáng)度平均提高了11.9%和15.4%，抗折強(qiáng)度平均提高了40.5%和27.2%，其中在3d齡期時(shí)元明粉和氯化鈣對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的早強(qiáng)效果最顯著；元明粉和氯化鈣的摻量超過3.0%時(shí)會(huì)損害砂漿力學(xué)性能的發(fā)展。

2.2  保水增稠材料的優(yōu)選試驗(yàn)

采用上表2中M-PB組配比，無機(jī)保水增稠材料采用NSB(摻量為0~12%)，有機(jī)保水增稠材料采用PVA(摻量為0~0.5%)、甲基纖維素醚(MC)(摻量為0~0.3%)和Novena28可再分散膠粉(摻量為0~0.3%)，試驗(yàn)結(jié)果見表4和圖7~圖12。

表4  保水增稠材料對(duì)砂漿物理性能的影響

隨著NSB摻量的增加，砂漿拌和物的水灰比逐漸增大，稠度、分層度、泌水率逐漸下降，這主要是因?yàn)镹SB顆粒極細(xì)，比表面積較大，具有一定的黏滯性、觸變性和良好的膨脹性和吸附性，從而增加了拌和物的需水量，降低了砂漿的密實(shí)度；與基準(zhǔn)砂漿相比，砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨著NSB摻量的增加而逐漸降低， 在NSB摻量為12%時(shí)，砂漿各齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度平均下降了17.4%和13.4%。

在保持砂漿用水量不變時(shí)，隨著PVA、甲基纖維素醚MC和Novena28可再分散膠粉摻量的增加，砂漿的稠度、分層度和泌水率逐漸下降。砂漿的稠度、分層度在PVA摻量為0.5%時(shí)分別從86mm、21mm和5.1%降低為83mm、18mm，在N28摻量為0.3%時(shí)降低降低為82mm、13mm，在MC摻量為0.3%時(shí)降低降低為84mm、12mm；在PVA、N28和MC摻量為0.2%時(shí)砂漿基本上不泌水，保水性能良好。

與基準(zhǔn)砂漿相比，隨著PVA、甲基纖維素醚MC和Novena28可再分散膠粉摻量的增加，砂漿各個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度逐漸下降。砂漿的各齡期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度在PVA摻量為0.5%時(shí)平均下降了8.5%和9.6%，在N28摻量為0.3%時(shí)平均下降了14.1%和13.6%，在MC摻量為0.3%時(shí)平均下降了21.4%和13.0%；這是由于PVA、N28和MC聚合物材料摻入砂漿后引入了一定量的氣體，在砂漿拌和物體系中形成了孔徑結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了砂漿力學(xué)性能的降低。

2.3  用水量偏差、放置時(shí)間對(duì)拜耳法赤泥干混砂漿性能的影響

通過化學(xué)外加劑試驗(yàn)對(duì)拜耳法赤泥干混砂漿的配合比進(jìn)行調(diào)整，確定拜耳法赤泥干混砌筑砂漿的配比如表5所示。由于干混砂漿在現(xiàn)場(chǎng)成型時(shí)可能受到計(jì)量設(shè)備的限制或各種人為因素的影響造成用水量的偏差，使得干混砂漿的水灰比及其質(zhì)量難以得到保證，為了確定拜耳法赤泥干混砂漿用水量偏差進(jìn)行試驗(yàn)（用水量偏差范圍取0~±3.0%），試驗(yàn)結(jié)果見表6；為了確定拜耳法赤泥干混砂漿生產(chǎn)后庫存堆放儲(chǔ)藏時(shí)間及干混砂漿生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，對(duì)水泥出廠后放置的時(shí)間和拜耳法赤泥吸附空氣中的水蒸氣、二氧化碳能力對(duì)拜耳法赤泥干混砂漿性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表5   拜耳法赤泥干混砌筑砂漿的配合比 (kg/m³)

表6   用水量偏差對(duì)拜耳法赤泥干混砂漿性能的影響

表7  放置時(shí)間對(duì)拜耳法赤泥干混砂漿性能的影響

從上表6可知，用水量偏差對(duì)拜耳法赤泥干混砂漿的力學(xué)性能影響較大；因此拜耳法赤泥干混砂漿在現(xiàn)場(chǎng)成型時(shí)，為了保證砂漿質(zhì)量，調(diào)節(jié)砂漿拌和物和易性時(shí)用水量偏差控制在0~±2.0%范圍內(nèi)；從表7可以得出，采用防水密封袋儲(chǔ)藏的拜耳法赤泥干混砂漿放置0~3個(gè)月后其強(qiáng)度并無多大變化，即儲(chǔ)藏后的拜耳法赤泥干混砂漿活性并不降低、其質(zhì)量不受影響。

2.4  干混砂漿生產(chǎn)和應(yīng)用的技術(shù)要求

①水泥：宜選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥，其性能滿足《通用硅酸鹽水泥》GB175—2007的要求。

②細(xì)骨料：干混砂漿用砂應(yīng)符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ52—2006)的規(guī)定，最大粒徑應(yīng)通過5mm篩孔，干燥后含水率應(yīng)小于0.5%，宜選用中砂或者細(xì)砂。

③礦物摻合料

1) 粉煤灰：粉煤灰質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)符合上?！陡煞凵皾{生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》DG/TJ08 -502-2006技術(shù)要求II級(jí)灰，其技術(shù)要求見表8。

表8  粉煤灰的技術(shù)要求

2) 磷渣粉：其性能滿足《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》GB/T18046-2000和《磷渣粉》Q/GH01-2006檢測(cè)規(guī)范要求。

④化學(xué)外加劑：干混砂漿用的化學(xué)外加劑應(yīng)滿足《混凝土用外加劑》GB8076-1997、《砂漿和混凝土防水劑》JC474-1999、《混凝土膨脹劑》JC476-2001等國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求；保水增稠材料應(yīng)滿足《砌筑砂漿增塑劑》JG/T164-2004的規(guī)定要求。

⑤應(yīng)用技術(shù)要求

1）在施工現(xiàn)場(chǎng)拌和干混砂漿時(shí)應(yīng)采用機(jī)械加水拌和，拌和時(shí)間不少于5min，拌和多少使用多少，除水外不得再添加其他任何成份；稠度應(yīng)滿足現(xiàn)行施工規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，在用水量偏差范圍內(nèi)根據(jù)稠度來調(diào)整砂漿用水量；凡符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水可直接用于干混砂漿的拌和，當(dāng)采用其他來源水時(shí)，必須按《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63—1989)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可用于拌制砂漿；

2）施工時(shí)應(yīng)注意，施工溫度不宜低于5℃，低于該溫度時(shí)應(yīng)采取保溫措施；砂漿在施工后，硬化初期不得受凍；

3）散裝、袋裝干混砂漿在施工現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)采取防雨、防潮措施，并按不同品種、編號(hào)分別堆放，嚴(yán)禁混堆混用；散裝干混砂漿的筒倉應(yīng)有明顯的標(biāo)記，嚴(yán)禁混堆混用。

3   結(jié)論

① 拜耳法赤泥干混砂漿中木質(zhì)磺酸鈣減水劑最佳摻量為0.30%，早強(qiáng)劑元明粉和氯化鈣摻量為3.0%時(shí)早強(qiáng)效果最佳；保水增稠材料NSB、PVA、甲基纖維素醚和可再分散膠粉可有效改善拜耳法赤泥干混砂漿的保水性能。

② 為了保證砂漿質(zhì)量，調(diào)節(jié)砂漿拌和物和易性時(shí)用水量偏差控制在0~±2.0%范圍內(nèi)；采用防水密封袋儲(chǔ)藏的拜耳法赤泥干混砂漿放置0~3個(gè)月后活性并不降低、其質(zhì)量不受影響。

③ 用于生產(chǎn)干混砂漿的原材料應(yīng)滿足其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的要求，現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)符合其應(yīng)用技術(shù)要求。

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