李新國(guó)

（臨沂天元混凝土工程有限公司，山東 臨沂 276000）

1 項(xiàng)目研究的意義

十幾年來(lái)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展，建筑市場(chǎng)及預(yù)拌砂漿行業(yè)也得到高速發(fā)展，而近幾年隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，相繼出臺(tái)了大量保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源等方面的政策法規(guī)。近幾年隨著城市的大開發(fā)大建設(shè)和國(guó)家對(duì)資源開發(fā)利用的管控，砂石價(jià)格增幅大、增速快，已成為砂漿材料成本構(gòu)成中的主要部分。在確保砂漿質(zhì)量的前提下尋找合適的砂替代品，探索降低特種砂漿生產(chǎn)成本的新路勢(shì)在必行。

鐵尾礦是選礦后的廢棄物，是工業(yè)固體廢棄物的主要組成部分。尾礦如果不加以利用，不僅占用土地，造成資源浪費(fèi)，而且還會(huì)給生活環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染和危害，破壞生態(tài)平衡等，現(xiàn)已受到了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。

鑒于以上兩點(diǎn)，如果能用鐵尾礦砂替代天然砂來(lái)進(jìn)行保溫板粘結(jié)砂漿的生產(chǎn)，將會(huì)產(chǎn)生雙贏的結(jié)果：一方面保護(hù)了天然砂資源，降低了成本；另一方面減少了鐵尾砂帶來(lái)的各種問題。

前蘇聯(lián)早在 19 世紀(jì) 60 年代初就開始了尾礦建材的研究生產(chǎn)，如克里沃羅格鐵礦將尾礦進(jìn)行適當(dāng)分級(jí)后用于混凝土的粗細(xì)骨料，還用細(xì)粒級(jí)的尾礦生產(chǎn)硅酸鹽建筑制品。加拿大、美國(guó)、日本等國(guó)家也利用鐵尾砂作為各類建筑用磚的骨料。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的一些高校、研究院、設(shè)計(jì)院和礦山進(jìn)行合作開展尾礦在建筑材料中綜合利用的研究，而且研究工作正在逐步深入。北京市建筑材料科學(xué)研究院的劉波灃、段鵬選等[1]研究了尾礦在干混砂漿中的應(yīng)用，徐振偉、章銀祥[2]研究了尾礦砂在外墻保溫砂漿中的應(yīng)用，試驗(yàn)配比中膠凝材料和外加劑保持不變，僅各種粒徑尾礦砂的種類和摻量變化，試驗(yàn)結(jié)果表明，只要選擇合適粒徑的尾礦砂，不同粒徑的尾礦砂搭配合理，就能配制出性能良好的保溫板粘結(jié)砂漿。

本項(xiàng)目采用合適粒徑的鐵尾礦砂，通過(guò)試驗(yàn)確定鐵尾砂對(duì)砂漿性能的影響，并通過(guò)加入外加劑改善砂漿的保水性和流動(dòng)性，通過(guò)加入可再分散乳膠粉提高砂漿的粘結(jié)性能和抗裂性能。

2 材料選用

2.1 鐵尾砂

由臨沂金璽泰礦業(yè)提供，鐵尾礦砂的礦物組成和化學(xué)成分如表 1 和表 2 所示，檢測(cè)結(jié)果和顆粒級(jí)配如表 3和表 4 所示。

表1 鐵尾礦砂的礦物組成

表2 鐵尾礦砂的化學(xué)成分

表3 鐵尾礦砂的檢測(cè)結(jié)果

2.2 水泥

水泥的活性、品種、數(shù)量是決定砂漿強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。所以采用強(qiáng)度較高、混合材料摻量較少的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。本方案采用沂州水泥集團(tuán)產(chǎn)P·O42.5 水泥。水泥技術(shù)指標(biāo)見表 5。

2.3 纖維素醚

新疆光大山河化工科技有限公司，密度 0.5g/cm3。

2.4 可分散乳膠粉

嘉朔實(shí)業(yè)生產(chǎn)的可再分散乳膠粉，堆積密度為300～500g/L，粒徑（96%）不超過(guò) 400μm，pH 為 6～8，保護(hù)膠體為聚乙烯醇。

2.5 重鈣

建德市和諧重鈣廠生產(chǎn)，型號(hào) X-2000。

2.6 拌合用水

飲用水。

如無(wú)特殊說(shuō)明本方案所進(jìn)行的試驗(yàn)均采用以上材料。

表4 鐵尾砂的顆粒級(jí)配

表5 水泥的技術(shù)指標(biāo)

3 試驗(yàn)試配

3.1 配制原則

為保證獲得性能優(yōu)異、操作性良好的鐵尾砂特種砂漿，本工程提出了如下配制原則：

（1）保溫板粘結(jié)砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度必須滿足設(shè)計(jì)要求，該條為基本原則須嚴(yán)格遵守。（常溫常態(tài)下拉伸粘結(jié)強(qiáng)度≥0.60MPa）

（2）砂漿的工作性能應(yīng)滿足施工要求，其稠度應(yīng)在 60～110mm。

（3）砂漿的配制應(yīng)有保證防止砂漿沉積和泌水的措施。

3.2 配合比設(shè)計(jì)難點(diǎn)

根據(jù)以上配制原則，在鐵尾砂漿的配合比設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)有三個(gè)：（1）探究鐵尾砂對(duì)砂漿性能的影響；（2）如何改善鐵尾砂配制的砂漿保水性差、泌水等現(xiàn)象。（3）如何改善鐵尾砂漿的粘結(jié)性能。

經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)和反復(fù)試驗(yàn)最終選定以纖維素醚作為增稠劑并保持砂漿中的水分，賦予砂漿良好的工作性能，以可再分散乳膠粉來(lái)改善砂漿的粘結(jié)性。

3.3 配合比設(shè)計(jì)

因?yàn)楸九浜媳仍O(shè)計(jì)所選用的鐵尾砂在砂漿拌合物中表現(xiàn)的工作性能未知，因此在配合比設(shè)計(jì)前對(duì)砂漿進(jìn)行試拌，確定鐵尾砂對(duì)砂漿拌合物性能的影響，作為配合比設(shè)計(jì)的依據(jù)。查閱鄭權(quán)編著的干混砂漿技術(shù)與應(yīng)用可知纖維素醚的摻量是 0.02%～0.5%[3]。

（1）用鐵尾砂等量替換天然砂，對(duì)比相同配合比下天然砂漿和鐵尾砂漿的性能區(qū)別，配合比如表 6 所示。試拌后砂漿的性能如表 7 所示。

表6 保溫板粘結(jié)砂漿的配合比 kg/t

表7 保溫板粘結(jié)砂漿的性能對(duì)比

由表 7 可以看出，摻加尾礦砂的保溫板粘結(jié)砂漿產(chǎn)生分層、泌水等現(xiàn)象，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度高、柔性差，不利于施工。針對(duì)尾礦砂漿保水性差、可施工性一般的狀況，我們通過(guò)調(diào)整纖維素醚和可分散乳膠粉的摻量來(lái)調(diào)整粘貼砂漿的狀態(tài)和可施工性。

（2）選用表 8 配合比試驗(yàn)纖維素醚的摻量對(duì)砂漿性能的影響。不同纖維素醚摻量下砂漿的性能如表 9 和圖 1～3 所示。

表8 纖維素醚摻量對(duì)砂漿性能影響試驗(yàn)配合比 kg/t

表9 不同纖維素醚摻量下砂漿的性能

圖1 纖維素醚摻量對(duì)砂漿稠度的影響

由表 9 和圖 1～3 可知，隨著纖維素醚摻量的增加，粘結(jié)砂漿的稠度提高，分層度顯著降低，保水率增大，說(shuō)明增加纖維素醚摻量能提高砂漿的保水性，改善砂漿泌水現(xiàn)象。從上述試驗(yàn)中可以看出，纖維素醚摻量到 3kg 時(shí)，砂漿的稠度、分層度和保水率能滿足施工要求；由于纖維素醚價(jià)格較貴，從成本角度考慮，選擇纖維素醚摻量 3kg。

圖2 纖維素醚摻量對(duì)砂漿分層度的影響

圖3 纖維素醚摻量對(duì)保水率的影響

（3）選用表 10 配合比試驗(yàn)可分散乳膠粉的摻量對(duì)砂漿性能的影響。不同可分散乳膠粉摻量下砂漿的性能如表 11 和圖 4～6 所示。

表10 可分散乳膠粉摻量對(duì)砂漿性能影響試驗(yàn)配合比 kg/t

由表 11 和圖 4、圖 5 可知，可分散乳膠粉的摻入對(duì)砂漿的物理性能和化學(xué)性能都產(chǎn)生了較大的影響。隨著膠粉摻量的增加，砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度增加，但增長(zhǎng)速率在摻量 1.4% 時(shí)達(dá)到最大，然后逐漸下降，各摻量下的粘結(jié)強(qiáng)度都能滿足規(guī)范要求。

表12 和 圖 6 和圖 7 為保溫板粘結(jié)砂漿的性能檢測(cè)結(jié)果。

表11 可分散乳膠粉不同摻量下砂漿的性能

表12 保溫板粘結(jié)砂漿的工作性能和其他力學(xué)性能

圖4 砂漿與水泥砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

圖5 砂漿與保溫板的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

圖6 可分散乳膠粉對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響

圖7 可分散乳膠粉對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

由表 12 和圖 6、圖 7 可知，隨著可分散乳膠粉摻量的增加，粘結(jié)砂漿的分層度顯著降低，保水率增大，說(shuō)明增加乳膠粉能提高砂漿的保水性。隨著可分散乳膠粉的摻量的增大，1）砂漿的 14d 和 28d 抗折強(qiáng)度增大，說(shuō)明砂漿的柔性提高；2）砂漿的 14d 和 28d 抗壓強(qiáng)度降低，說(shuō)明由于可分散乳膠粉具有引氣作用，在粘結(jié)砂漿中引入了大量氣泡，導(dǎo)致砂漿強(qiáng)度降低。3）砂漿的壓折比逐漸降低，在可分散乳膠粉摻量為 1.4% 時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，說(shuō)明砂漿的脆性降低，柔性提高。綜合粘結(jié)強(qiáng)度、壓折比和成本，選擇可分散乳膠粉的摻量為1.4%。

（4）最終保溫板粘結(jié)砂漿配合比選定見表 13。

表13 鐵尾砂保溫板粘結(jié)砂漿配合比 kg/t

4 施工工藝

4.1 砂漿的存儲(chǔ)、生產(chǎn)和運(yùn)輸

（1）由于鐵尾砂到廠時(shí)含水率較大，為保障生產(chǎn)的穩(wěn)定性，不宜立即使用，需要多備一個(gè)存儲(chǔ)倉(cāng)，在存儲(chǔ)倉(cāng)靜置一段時(shí)間后再用。

（2）鐵尾砂的儲(chǔ)料倉(cāng)、上料倉(cāng)應(yīng)清潔無(wú)其余雜質(zhì)。

（3）防止上料管道堵塞。

（4）砂漿運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)注意防潮、防雨、防曝曬。

4.2 砂漿的施工

（1）基層處理：基層表面上的塵土、污垢等清掃干凈，據(jù)要求將基層處理平整、密實(shí)，基層吸水性強(qiáng)或表面過(guò)分干燥的基層，應(yīng)先噴少量清水潤(rùn)濕后再施工，噴霧狀水濕潤(rùn)至墻面內(nèi) 10～20mm，且基層表面無(wú)明水。

（2）砂漿的轉(zhuǎn)運(yùn)工具不得超過(guò)額定載重。直接加水使用電動(dòng)攪拌器充分?jǐn)嚢杈鶆颍坏糜猩蹐F(tuán)，靜置 5～10 分鐘，再次攪拌即可使用，攪拌好的砂漿在 2個(gè)小時(shí)內(nèi)用完，嚴(yán)禁將已凝固的砂漿二次攪拌再投入使用，即隨攪隨用。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)不需要添加任何外加劑，嚴(yán)格控制水固比和抹灰時(shí)間。

（4）砂漿在使用時(shí)，一次不可調(diào)制太多，視施工用量而定，如出現(xiàn)未使用完就結(jié)塊的情況，不得繼續(xù)使用。

（5）施工時(shí)，環(huán)境溫度宜在 5～35℃ 區(qū)間，高于35℃ 且有陽(yáng)光直射時(shí)應(yīng)采取遮陽(yáng)和降溫措施，以保證保溫體系的質(zhì)量。在儲(chǔ)存過(guò)程中，應(yīng)存放在干燥通風(fēng)處，避免受潮。

（6）漿抹壓基層上，抹壓完成后，砂漿切忌不停揉搓，以免形成空鼓。

（7）每次施工完畢后，要及時(shí)清洗干凈施工工具和攪拌器材，以免影響下次使用。

5 研究結(jié)論

本項(xiàng)目根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、結(jié)合試驗(yàn)研制出一種用鐵尾砂做細(xì)骨料的保溫板粘結(jié)砂漿，研究了鐵尾砂對(duì)砂漿性能的影響、以及纖維素醚和乳膠粉等的摻量對(duì)砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度的影響，確定了一種成本低廉、生產(chǎn)簡(jiǎn)便、各項(xiàng)性能都滿足設(shè)計(jì)和施工要求的配合比。通過(guò)使用鐵尾砂降低生產(chǎn)成本；通過(guò)控制外加劑摻量來(lái)改善砂漿的泌水和沉積現(xiàn)象，提高和易性。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鐵尾砂在混凝土中的應(yīng)用研究較多，對(duì)鐵尾砂在特種砂漿中的應(yīng)用鮮有報(bào)道。本項(xiàng)目系統(tǒng)研究了鐵尾砂在保溫板粘結(jié)砂漿中的應(yīng)用，明確了鐵尾砂砂漿性能的影響，針對(duì)鐵尾砂配制的砂漿保水性差、泌水等現(xiàn)象提出了解決方案，優(yōu)化了配合比。最終使鐵尾砂在特種砂漿中的應(yīng)用得到實(shí)現(xiàn)。

研究配制的尾礦砂生產(chǎn)的保溫板粘結(jié)砂漿已成功應(yīng)用某些工程中，保溫板粘結(jié)砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度≥0.6MPa。各性能指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)調(diào)整配合比和外加劑的摻量，鐵尾砂可以完全替代石英砂和河砂應(yīng)用到保溫板粘結(jié)砂漿的配制中，且配制的砂漿抗壓抗折強(qiáng)度高、柔性大，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，干縮率小。砂漿的抹灰手感和天然砂生產(chǎn)的砂漿基本相同，施工性能良好。