張小芳,鐘麗娜,方云輝,柯余良,郭元強
(科之杰新材料集團有限公司,福建 廈門 361100)
基于貫徹綠色發(fā)展理念,遵循節(jié)能生態(tài)、綠色、環(huán)保的現(xiàn)代化城市建設發(fā)展模式,依據(jù)生態(tài)文明城市建設的要求,落實《中共中央、國務院關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》(中發(fā)[2016]6號文)的精神。禁止現(xiàn)場攪拌砂漿,推廣預拌砂漿,已經(jīng)成為業(yè)內共識和行業(yè)政策。其中,濕拌砂漿作為預拌砂漿的一種類別,為提升建筑品質、降低成本、提高效率、減少環(huán)境污染、綜合利用資源、推廣綠色建筑方面提供了重要保證。
濕拌砂漿是指水泥、細集料、外加劑和水以及根據(jù)性能確定的各種組分,按一定的比例,在攪拌站經(jīng)過計量、拌制后,采用攪拌運輸車運至使用地點,放入專用容器儲存,并在規(guī)定的時間內使用完畢的拌合物[1]。濕拌砂漿開放時間,是指自砂漿加水攪拌起,拌合物保持可操作性、可施工性的時間。而不摻加外加劑的濕拌砂漿開放時間一般為2~5 h,遠遠不能滿足施工的要求,是制約其快速發(fā)展的技術瓶頸。目前市面上濕拌砂漿外加劑存在開放時間不足、可施工性差、砂漿后期強度損失較大的缺點[2]。因此,市場上也紛紛出現(xiàn)了開放時間調節(jié)劑產(chǎn)品,它是一種能延長調節(jié)水泥水化反應,調節(jié)砂漿凝結時間的外加劑,使?jié)癜枭皾{運輸?shù)焦さ刂竽鼙3忠欢〞r間的施工性,同時施工后的砂漿能盡快凝結硬化,能很好地滿足施工進度的需要。但現(xiàn)階段對于開放時間調節(jié)劑對濕拌砂漿性能會產(chǎn)生哪些影響,尚未見相關的報道。
本文選擇市場上4種類型的開放時間調節(jié)劑:多羥基碳水化合物類、有機磷酸類、胺類聚合物類、羧酸鹽類,研究不同類型產(chǎn)品對濕拌砂漿稠度損失、保水性能、28 d抗壓強度、14 d拉伸粘結強度比等的影響,并對相應試樣進行SEM微觀分析,可為開放時間調節(jié)劑的推廣應用提供指導。
水泥:P·I 42.5基準水泥,其主要化學成分和物理力學性能如表1和表2所示;砂:符合GB/T 14684—2011《建設用砂》中2區(qū)天然砂的規(guī)定,細度模數(shù)為2.6~2.8,含泥量不大于1.0%;水:符合JGJ 63—2006《混凝土用水標準》的規(guī)定;開放時間調節(jié)劑:濃度20%的多羥基碳水化合物類(K-1)、有機磷酸類(K-2)、胺類聚合物類(K-3)和羧酸鹽類(K-4),市售。
表1 水泥的主要化學成分 %
表2 水泥的物理力學性能
(1)濕拌砂漿的膠砂比為1∶4,調整用水量使砂漿的稠度為80~90 mm。
(2)將開放時間調節(jié)劑配制成濃度20%的溶液,摻量按廠家推薦摻量(0~1.6%)進行試驗。
(1)濕拌砂漿的稠度、保水率、抗壓強度、14 d拉伸粘結強度和含氣量測試:按JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》的規(guī)定進行。
(2)SEM分析:將開放時間調節(jié)劑按照水膠比為0.3制成水泥凈漿,采用20 mm×20 mm×20 mm的試模成型,制備凈漿測試試樣,標準水養(yǎng)至28 d,破碎取中間部分留樣,用無水乙醇進行終止水化,烘干,進行SEM分析。
為了研究摻不同開放時間調節(jié)劑濕拌砂漿在不同開放時間的稠度損失率,選擇4種開放時間調節(jié)劑摻量均為0.8%,測試開放時間分別為0、6、8、10、12 h時的稠度損失率,并與空白樣進行對比,結果如圖1所示。
圖1 開放時間調節(jié)劑種類對濕拌砂漿稠度損失率的影響
由圖1可知,空白樣在4 h后的稠度損失率≥30%,失去施工性能;而摻入開放時間調節(jié)劑后,在6 h內稠度損失率變化不大,在8~12 h出現(xiàn)突變,隨著存放時間延長,稠度損失率增大,在10 h內稠度損失率≤30%。因此,以下對不同摻量的開放時間調節(jié)劑在10 h的稠度損失率進行研究。
選擇4種開放時間調節(jié)劑摻量分別為0、0.4%、0.8%、1.2%和1.6%進行對比試驗,以確定在不同摻量下開放時間為10 h時是否具有可施工性能,結果如圖2所示。
圖2 開放時間調節(jié)劑摻量對濕拌砂漿10 h稠度損失率的影響
由圖2可知,隨著開放時間調節(jié)劑摻量的增加,稠度損失率逐漸減小,在0.4%~1.6%摻量范圍,稠度均能滿足施工要求。其中以K-1最佳,在0.4%~1.6%摻量范圍內稠度損失率均<25%;其次是K-4,在0.8%~1.6%摻量范圍內稠度損失率均<25%,而K-2和K-3的性能較差,需在摻量≥1.2%時,稠度損失率才能達到<25%。由此可見,含多羥基碳水化合物類更能延緩水泥水化,減少砂漿稠度損失。
砂漿保水性是指砂漿保持水分的能力。保水性不良的砂漿在使用過程中會出現(xiàn)泌水、流漿,使砂漿與基底粘結不牢,且由于失水影響砂漿正常的粘結硬化,使砂漿的強度降低,不利于施工。為了研究不同開放時間調節(jié)劑對砂漿保水性能的影響,選擇4種開放時間調節(jié)劑摻量為0.8%,測試初始和10 h保水性能,并與空白樣進行對比,試驗結果如圖3所示。
圖3 開放時間調節(jié)劑種類對濕拌砂漿初始和10 h保水率的影響
由圖3可知,相比空白樣,摻入4種開放時間調節(jié)劑后均能提高濕拌砂漿的保水率,但保水率均小于88%;相比初始保水率,10 h保水率均有所增大,4種開放時間調節(jié)劑的保水性能順序為:K-1>K-3≈K-4>K-2。其中,多羥基碳水化合物類樣品K-1的保水率最佳,且未出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。由此可見,摻入開放時間調節(jié)劑可以提高砂漿的保水率,但未能滿足施工要求,建議使用開放時間調節(jié)劑時應與增稠劑復配使用,提高保水性能。
為了研究不同摻量的開放時間調節(jié)劑對濕拌砂漿28 d抗壓強度的影響,將4個樣品各選擇0、0.4%、0.8%、1.2%和1.6%摻量進行試驗,結果如圖4所示。
圖4 開放時間調節(jié)劑摻量對濕拌砂漿28 d抗壓強度的影響
由圖4可知,隨著開放時間調節(jié)劑摻量增大,濕拌砂漿28 d強度先略有增大,在摻量大于0.8%時,增大較不明顯。對比4個樣品的28 d抗壓強度順序為:K-1>K-4>K-3>K-2,由此可見,摻多羥基碳水化合物類開放時間調節(jié)劑的濕拌砂漿28 d抗壓強度最高。
圖5 開放時間調節(jié)劑種類和摻量對濕拌砂漿14 d拉伸粘結強度比的影響
由圖5可知,摻入4種開放時間調節(jié)劑后均能提高濕拌砂漿的14 d拉伸粘結強度比,隨著開放時間調節(jié)劑摻量增加,摻K-1和K-4濕拌砂漿的14 d拉伸粘結強度比逐漸增大;而摻K-2和K-3的濕拌砂漿則隨摻量的增加呈先增大后減小,當摻量為1.2%時,14 d拉伸粘結強度比最大。摻4種開放時間調節(jié)劑砂漿的14 d拉伸粘結強度比順序為:K-1>K-4>K-2≈K-3。由此可見,摻多羥基碳水化合物類開放時間調節(jié)劑K-1的濕拌砂漿14 d拉伸粘結強度比最大。
圖6為4種開放時間調節(jié)劑摻量均為0.8%及空白水泥凈漿水化7 d時的SEM照片。
由圖6可以看出:在水化7 d時,空白樣品的結構較為疏松,孔隙較多,出現(xiàn)較多短柱狀的鈣礬石AFt和網(wǎng)狀的C-SH凝膠,說明水泥顆粒表面的水化產(chǎn)物已經(jīng)形成,但是未能看見較為明顯的特征水化產(chǎn)物,由此推斷水化程度較低;而摻入開放時間調節(jié)劑后有大量的C-S-H凝膠和鈣礬石生成,漿體結構相對更加密實,宏觀表現(xiàn)為濕拌砂漿強度顯著提高。其中,摻K-1的樣品還可明顯看到出現(xiàn)了板狀結構的硫酸鋁鈣AFm,而其它樣品則較少,這也是摻K-1砂漿28 d抗壓強度相對最高的原因。
圖6 開放時間調節(jié)劑摻量均為0.8%及空白水泥凈漿水化7 d時的SEM照片
(1)摻入開放時間調節(jié)劑K-1、K-2、K-3、K-4均能減小濕拌砂漿的稠度損失。在6 h內稠度損失率變化不大,在8 h到12 h出現(xiàn)突變,4種開放時間調節(jié)劑摻量為0.8%時,10 h內濕拌砂漿的稠度損失率均≤30%,因此確定開放時間考察時間為10 h。
(2)通過考察不同摻量開放時間調節(jié)劑對濕拌砂漿10 h稠度損失率的影響可知,多羥基碳水化合物類樣品K-1的性能最佳,其次為K-4,最后是K-2和K-3。
(3)摻入4種開放時間調節(jié)劑均能提高濕拌砂漿的保水率,10 h后保水率均較初始保水率有所增大,但摻量為0.8%時保水率均小于88%,因此單獨使用開放時間調節(jié)劑不能滿足施工要求。4個樣品的保水性能排序為:K-1>K-3≈K-4>K-2。
(4)摻入4種開放時間調節(jié)劑均能提高濕拌砂漿的28 d抗壓強度和14 d拉伸粘結強度比,其中以摻K-1砂漿的性能最佳。
(5)SEM分析表明,摻入開放時間調節(jié)劑能使?jié)癜枭皾{體系漿體結構相對更加密實,因此強度得到顯著提高。