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        利用建筑廢棄物制備干粉砂漿的研究

        2018-10-25 05:32:44陳福松陸小軍鎮(zhèn)江建科建設科技有限公司江蘇鎮(zhèn)江000鎮(zhèn)江建筑科學研究院集團股份有限公司江蘇鎮(zhèn)江000
        建筑科技 2018年2期
        關鍵詞:保水保水劑干粉

        陳福松,陸小軍,伊 立(. 鎮(zhèn)江建科建設科技有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 000;. 鎮(zhèn)江建筑科學研究院集團股份有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 000)

        目前,天然砂資源日漸減少,使得天然砂價格居高不下,依賴天然砂生產的干粉砂漿成本大幅度增加。本文通過對建筑垃圾進行分離,利用機械破碎再生細集料,研究利用再生細集料取代天然砂制備干粉砂漿,綜合考察各種原材料的用量對干粉砂漿性能的影響,得出再生細集料干粉砂漿的最佳原材料配比。

        1 原材料及試驗方案

        1.1 原材料

        制作干粉砂漿的原材料包括再生細集料、天然砂、水泥、粉煤灰和保水劑等。

        1.1.1 再生細集料

        再生細集料由建筑垃圾中廢棄混凝土、碎磚塊和廢棄砂漿經破碎過 4.75 mm 篩所得,化學組成如表1 所示;依據GB/T 14684─2011《建筑用砂》檢測其顆粒級配,細度模數為 2.3,如表2 所示。

        表1 再生細集料化學組成

        表2 再生細集料的顆粒級配

        1.1.2 天然砂

        天然砂采用從市場購得的天然河砂,依據GB/T 14684─2011 檢測其顆粒級配,如表3 所示。細度模數為2.6。

        表3 天然砂的顆粒級配

        1.1.3 水泥

        采用江蘇某水泥有限公司生產的普通硅酸鹽水泥,其標號為 P˙O 42.5。其物理性能依據GB 175─2007《通用硅酸鹽水泥》進行檢測,如表4 所示;其化學組成如表5 所示。

        表4 水泥的物理性能

        表5 水泥的化學組成

        1.1.4 粉煤灰

        采用江蘇某發(fā)電有限公司生產的二級粉煤灰,其主要化學組成如表6 所示。按照 GB/T 1596─2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》對其進行檢測,各項指標均符合要求。

        表6 粉煤灰的主要化學組成

        1.1.5 保水劑

        保水劑采用羥丙基甲基纖維素醚,系白色固體粉末,黏度為 100 Pa˙s。

        1.2 試驗方案

        利用再生細集料取代干粉砂漿中的天然砂,考察不同摻量下的粉煤灰、保水劑的用量變化對干粉砂漿抗壓強度和施工性能的影響。

        2 試驗與分析

        2.1 不同再生細集料摻量對砂漿性能的影響

        目前,干粉砂漿市場使用量較多的為DMP 5.0。本文以DPM 5.0 為基礎,分別考察再生細集料取代天然砂的摻量為0、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100% 時,干粉砂漿的各項性能。不同摻量再生細集料取代天然砂的原材料配比,如表7 所示。

        表7 不同摻量的再生細集料取代天然砂的原材料配比

        根據表7 中的配比,參照 JGJ/T 70─2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》,測定不同摻量再生細集料制備干粉砂漿的初始稠度和 28 d 抗壓強度,結果如表8 所示。

        表8 不同摻量再生細集料制備干粉砂漿的性能

        從表8 可見,隨著再生細集料的摻量增大,砂漿初始稠度減小,28 d抗壓強度增加。一方面,因為再生細集料料中含 20%左右的灰粉,這部分灰粉主要由石粉和水泥硬化后破碎的灰粉組成,所以使得再生細集料的吸水率高于天然砂。成型砂漿試樣時所添加的水分,一部分被再生細集料中灰粉所吸收,使得稠度減小,但在水化后期時,由于砂漿內部水分的大量減少,這部分水分又會重新釋放出來。這使得砂漿內的膠凝材料水化更徹底,從而增大了強度。另一方面,因為同天然砂相比,再生細集料的棱角比較多,所以使得再生細集料與水泥水化產物之間有更大的機械嚙合力。這也是強度增大的一個原因[1]。水泥在加入水后攪拌,水泥與水的混合物填充到集料內的空隙中,不僅提高了再生細集料內部的密實度,而且也使水泥基體與集料間的界面結合更牢固,從而提高了砂漿的抗壓強度。

        從表8 可見,當再生細集料摻量達到 80% 、90%、100% 時,砂漿的初始稠度和抗壓強度無法顯示。由于再生細集料中含有較多的灰粉,所以隨著摻量增加,稠度減小,砂漿工作性能下降,現場施工困難,同時較多的灰粉也會帶來開裂的風險。當再生細集料摻量達到80% 時,加水量已無法拌合干粉砂漿,需加大用水量。這使得水灰比增大,砂漿抗壓強度隨之下降。

        2.2 不同粉煤灰摻量對再生細集料干粉砂漿性能影響

        再生細集料中灰粉量為 20%,因此可以考慮利用再生細集料中 10% 灰粉取代部分粉煤灰,再來研究對抗壓強度和施工性能的影響。試驗原材料配比,如表9 所示。

        表9 再生細集料中 10% 灰粉取代部分粉煤灰的原材料配比

        根據表9 中的配比,參照JGJ/T 70─2009的相關標準測定砂漿的稠度、保水率和 28 d 抗壓強度,如表10 所示。

        表10 再生細集料中 10% 灰粉取代部分粉煤灰的性能檢測

        從表10 中可以看出,隨著再生細集料摻量的增加,粉煤灰的用量在減少,灰粉的用量在增加,砂漿的初始稠度在減小。這是由于再生細集料對水的吸收比較大,同時灰粉量的增多也增加了吸水量,所以導致保水率不斷減小,砂漿的施工性能降低。

        從表10 中的抗壓強度數值可以看出,隨著再生細集料摻量的增加,抗壓強度先是增加,當摻量達到 50% 時,抗壓強度達到最大值 7.1;隨著再生細集料摻量繼續(xù)增加,抗壓強度呈現下降的趨勢。這是由于粉煤灰的微集料填充效應,提高水泥基體的密實性,所以在粉煤灰摻量較小的時候,隨著粉煤灰摻量的增加,砂漿試樣的抗壓強度會先增大。另外,在摻入少量粉煤灰時,粉煤灰中的活性 SiO2與水泥的水化產物 Ca(OH)2進行二次水化反應,生成難溶的C-S-H 凝膠,沉積在集料-水泥石界面的孔隙內。這樣降低了粗大結晶、改善了界面結構,使結構明顯改變、更趨致密,從而增強了干粉砂漿的抗壓強度。但隨著粉煤灰摻量的增加,由于粉煤灰有一部分很大程度上不能參與灰粉反應,只起到干粉砂漿漿體的填料作用,所以不能提高干粉砂漿的抗壓強度[2]。

        2.3 不同保水劑摻量對再生細集料干粉砂漿性能影響

        從表10 還可以看出,再生細集料的摻量在 50%、60%、70%時,制備的干粉砂漿的力學性能較高,但是其施工性能還有待進一步提高。由于保水劑的保水增稠效果明顯,還能調節(jié)體系用水量、降低產品的干收縮率、有效提高產品的綜合性能,所以可以通過增加保水劑摻量,提高其工作性能。不同保水劑摻量下的原材料配比,如表11 所示。

        表11 不同保水劑摻量下的原材料配比 kg

        根據表11 中的配比,參照 JGJ/T 70─2009 測定砂漿的初始稠度、保水率和 28 d 抗壓強度,如表12 所示。

        表12 不同保水劑摻量的砂漿性能檢測結果

        從表12 可見,干粉砂漿的初始稠度和保水率隨著保水劑摻量的增大而逐漸增大。這是由于保水劑為羥丙基甲基纖維素,其分子結構上含有羥基等基團,這些基團與水分子產生分子間的氫鍵,鎖住水分,所以增加了砂漿的稠度,起到了保水作用。相同的保水劑摻量,隨著再生細集料摻量的增加保水率減小。這是由于再生細集料中的灰粉吸附了一定量的保水劑,所以減弱了保水劑的保水作用。

        干粉砂漿試樣的 28 d 抗壓強度隨著保水劑摻量的增加而呈總體下降趨勢。在再生細集料干粉砂漿中加入保水劑后,相當于在干粉砂漿集料孔隙中填充入了柔性聚合物。這些柔性聚合物在復合基體受剪切應力時,起不到連接作用,從而使砂漿的抗壓強度下降;同時保水劑的纖維素乳膠顆粒吸附在水泥顆粒表面,影響了水泥的正常水化反應[5],使干粉砂漿的力學性能降低。雖然纖維素乳膠顆粒在受到較大壓應力時,對干粉砂漿的漿體有不利作用,但其摻入提高了干粉砂漿的稠度,并使干粉砂漿的拉伸黏結強度得到較大提高。

        綜合考慮初始稠度、保水率和 28 d 抗壓強度,根據表11 中 PB5-4、PB6-4 的原材料配比制備的 DPM 5.0 干粉砂漿,各項性能均能滿足 GB/T 25181─2010《預拌砂漿》的指標要求。

        3 結 語

        本文研究利用固體廢棄物再生細集料取代部分天然砂:通過調節(jié)粉煤灰和保水劑摻量改善其施工性能和力學性能,制備出DPM 5.0干粉砂漿,其各項性能均能滿足GB/T 25181─2010的指標;DPM 5.0干粉砂漿的最佳原材料配比為 110(水泥)∶40(粉煤灰)∶510(再生細集料)∶340(天然砂)∶0.26(保水劑);相應的再生細集料利用率可達 50%~60%。本文的研究成果可以節(jié)約資源,降低成本,產生良好的經濟和環(huán)保效益。

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