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        外加劑對預(yù)拌砂漿的正交試驗研究

        2023-11-03 06:45:08朱雪峰張樓劉小全
        江蘇建材 2023年5期
        關(guān)鍵詞:保水保水劑極差

        朱雪峰,張樓,劉小全

        (南京益夫新材料科技有限公司,江蘇南京 210000)

        0 引言

        外加劑作為預(yù)拌砂漿重要的組成部分, 能夠顯著改善預(yù)拌砂漿的性能。 外加劑[1]按其功能可分為減水劑、保水劑、引氣劑、緩凝劑等。 縱觀預(yù)拌砂漿研究現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)研究多集中在不同品種[2]不同摻量[3-4]外加劑對預(yù)拌砂漿的性能影響,而對幾種外加劑綜合影響預(yù)拌砂漿的性能研究較少。 基于此,文章設(shè)計了減水劑、保水劑、引氣劑在不同摻量下的三因素三水平正交試驗,分析了預(yù)拌砂漿的表觀密度、保水性和立方體抗壓強(qiáng)度。

        1 試驗

        1.1 試驗原材料

        水泥采用安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5 水泥,主要化學(xué)成分組成見表1。

        表1 水泥的化學(xué)成分組成單位:%

        粉煤灰采用馬鞍山第二發(fā)電廠生產(chǎn)的F 類Ⅱ級粉煤灰,45 μm 篩篩余量為24.7%, 需水量比為102%,活性指數(shù)為76%,化學(xué)成分組成見表2。

        表2 粉煤灰化學(xué)成分組成單位:%

        砂為機(jī)制砂,母巖為石灰?guī)r,細(xì)度模數(shù)2.7,石粉含量3.4%。

        減水劑為粉劑聚羧酸減水劑,減水率≥20%。

        保水劑為羥丙基甲基纖維素 (HPMC), 黏度100 000 mPa·s。

        引氣劑為α-烯基磺酸鈉。

        水為自來水。

        1.2 試驗方法

        控制砂漿稠度90~100 mm。 砂漿的攪拌、制備及性能按JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行,分別測試砂漿的稠度、表觀密度、保水性、立方體抗壓強(qiáng)度。

        1.3 正交試驗方案設(shè)計

        本試驗主要針對不同外加劑摻量對水泥基材料的性能影響進(jìn)行研究, 其基準(zhǔn)配合比為水泥∶粉煤灰∶砂=0.12∶0.08∶0.8。 選用三因素三水平正交試驗表,見表3,以減水劑、保水劑、引氣劑為因素,考察指標(biāo)為用水量、表觀密度、保水率、立方體抗壓強(qiáng)度,試驗安排與配合比見表4。

        表3 正交試驗因素水平單位:‰

        表4 正交試驗方案設(shè)計

        2 結(jié)果與分析

        2.1 試驗結(jié)果

        外加劑對預(yù)拌砂漿性能影響的試驗結(jié)果如表5 所示。 從表5 可知,Z1 組保水率低于GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》中要求,Z2~Z9 組指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其中,Z5 組抗壓強(qiáng)度明顯高于其他組, 該組的減水劑摻量為0.10‰, 保水劑摻量為0.10‰,引氣劑摻量為0.06‰。

        表5 預(yù)拌砂漿正交試驗結(jié)果

        2.2 表觀密度試驗結(jié)果分析

        基于正交試驗結(jié)果進(jìn)行單指標(biāo)極差分析,分別計算每一個影響因素不同水平下的試驗結(jié)果。表觀密度的極差分析結(jié)果如表6 所示。

        表6 表觀密度極差分析單位:kg/m3

        由表6 可知,三種外加劑對于表觀密度的影響順序為引氣劑>保水劑>減水劑。 同時,預(yù)拌砂漿的表觀密度都隨著引氣劑、保水劑和減水劑摻量的增加而降低。 摻入引氣劑后,砂漿會在攪拌過程中引入大量均勻、穩(wěn)定的微小氣泡,因而可以明顯降低砂漿的表觀密度,這也與試驗結(jié)果相符。 摻入保水劑后,HPMC 吸水膨脹,導(dǎo)致大孔數(shù)量增加,也起到了穩(wěn)泡作用[5],因而保水劑摻量越高,表觀密度越低。摻入減水劑后,在保證砂漿稠度的前提下,降低了砂漿的用水量,從而提升了砂漿的黏度[6],提升了砂漿含氣量[7],因而減水劑摻量增加,砂漿的表觀密度降低。

        2.3 保水率試驗結(jié)果分析

        保水率的極差分析結(jié)果如表7 所示,由表7 可知,三種外加劑對表觀密度的影響順序為保水劑>減水劑>引氣劑。 同時,砂漿的保水率都隨著保水劑、減水劑和引氣劑摻量的增加而增加。

        表7 保水率極差分析單位:%

        摻入保水劑后, 可顯著提升砂漿的保水率,這是由于HPMC 的吸附特性所致,HPMC 吸水后膨脹形成膠體膜結(jié)構(gòu),改變了新拌水泥漿體孔壁表面結(jié)構(gòu),與水化產(chǎn)物一起縮小或堵塞了水分的傳輸通道,提升了砂漿的保水性,同時保水劑摻量越高,保水率越高。摻入減水劑后,降低了砂漿的用水量,提升了砂漿的黏度,因而減水劑摻量越高,砂漿保水率越高。 摻入引氣劑后,引入了大量均勻穩(wěn)定的微小氣泡,有助于提升砂漿的均勻性,降低了水分從砂漿中離析出來的速度[8],因而砂漿的保水率隨著引氣劑的增加逐漸增加。

        2.4 抗壓強(qiáng)度結(jié)果分析

        抗壓強(qiáng)度的極差分析結(jié)果如表8 所示,由表8可知, 三種外加劑對抗壓強(qiáng)度的影響順序為引氣劑>保水劑>減水劑。 同時,砂漿的抗壓強(qiáng)度隨著引氣劑摻量的增加而降低,隨著保水劑、減水劑摻量的增加先增加后降低。

        表8 抗壓強(qiáng)度極差分析單位:MPa

        摻入引氣劑后,砂漿的含氣量增加,降低了砂漿的密實度,強(qiáng)度隨之下降[9]。 摻入保水劑后,提升了砂漿的保水性和均勻性, 因而在一定范圍內(nèi),保水劑摻量增加,強(qiáng)度略微增加,但隨著HPMC 摻量的提高,氣孔增多,強(qiáng)度也會隨之下降。摻入減水劑后,在保持砂漿稠度不變的前提下,隨著減水劑摻量的增加,用水量減小,表現(xiàn)出強(qiáng)度上升,但由于保水劑和引氣劑的綜合作用, 減水劑摻量繼續(xù)增加,砂漿表觀密度降低,強(qiáng)度因而降低。

        綜合上述幾個指標(biāo), 對減水劑和引氣劑摻量,取水平2 較優(yōu),保水劑摻量取水平1,因此要得到性能指標(biāo)較優(yōu)的砂漿,建議最佳組合為A2B1C2。

        3 結(jié)論

        (1)在試驗因素所取水平范圍內(nèi),對表觀密度的影響順序為引氣劑>保水劑>減水劑。 對保水率的影響順序為保水劑>減水劑>引氣劑。 對強(qiáng)度的影響順序為引氣劑>保水劑>減水劑。

        (2)綜合幾個指標(biāo),得到較優(yōu)砂漿性能指標(biāo)的最佳組合為A2B1C2,即減水劑摻量0.10‰,保水劑摻量0.10‰,引氣劑摻量0.06‰。

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