水泥-磷渣-膨脹劑復合膠凝材料灌漿砂漿的配制

李海濤，吳芳，周代軍，華騰飛

（1重慶建工住宅建設有限公司，重慶400015；2重慶大學材料科學與工程學院，重慶400045）

水泥-磷渣-膨脹劑復合膠凝材料灌漿砂漿的配制

李海濤1，吳芳2，周代軍2，華騰飛2

（1重慶建工住宅建設有限公司，重慶400015；2重慶大學材料科學與工程學院，重慶400045）

通過正交試驗對水泥—磷渣—膨脹劑復合膠凝材料灌漿砂漿的配合比進行了優化研究。試驗結果表明：磷渣摻量為25%所得灌漿砂漿的各項性能不僅符合《水泥基灌漿材料》（JC/T 986-2005）規定的技術要求，而且可以有效降低灌漿砂漿的生產成本。

磷渣；膨脹劑；復合膠凝材料；灌漿砂漿

0　引言

磷渣是在采用電爐制取黃磷后得到的廢渣，通常每生產1t黃磷大約產生8～10t磷渣。我國黃磷生產企業每年排放大量的磷渣，僅貴州省磷渣年排放量就約200多萬噸，歷年堆存達1000多萬噸［1］。大量磷渣簡單堆放及污染環境而且占用了大量的土地資源。目前，磷渣鋰渣的資源化利用主要用在生產水泥、陶粒等，但使用數量都不大。多方面拓展磷渣的利用途徑，提高利用率，具有迫切的現實意義。

水泥基灌漿砂漿以水泥為基材，配以適量的細骨料并加入少量的超塑化劑等外加劑混合而成，具有耐久性好、強度高、無毒、無污染、價格便宜等優點［2］，廣泛應用于機械設備安裝以及建筑、道路、橋梁、邊坡的加固修補工程。將磷渣作為摻合料，取代部分水泥用于配制水泥基灌漿砂漿，為磷渣利用提供了一種新的途徑，預期具有一定的市場前景。本文采用正交試驗方法對水泥—磷渣—膨脹劑復合膠凝材料灌漿砂漿的配合比優化進行了探討。

1　試驗

1.1原材料

水泥：重慶小南海水泥廠生產的52.5早強普通硅酸鹽水泥，其化學成分見表1。

磷渣：四川川輔新材料有限公司生產，密度2.67g/cm3，平均粒徑30.122μm，比表面積239.66m2/kg，其化學成分見表1。

表1　原材料化學成分（%）

砂：岳陽產天然中砂。

膨脹劑：重慶三圣公司產ZY（1）型混凝土膨脹劑，其組成成分見表1，性能參數見表2。

表2　膨脹劑的性能參數

高效減水劑：重慶科之杰公司產聚羧酸高效減水劑，固含量為22.9%。

消泡劑：P818型有機硅類消泡劑。

早強劑：分析純Na2SO4、三乙醇胺。

增稠劑：山東華偉生產羥丙基甲基纖維素醚，粘度值為100000mPa·s。

1.2試驗方法

灌漿砂漿性能測試按《水泥基灌漿材料》（JC/T 896-2005）標準規定進行。

2　結果與討論

正交設計是一種科學的安排試驗方案和分析試驗結果的方法，采用正交試驗可以在減小試驗工作量的前提下保證測試結果的可靠性，因此，正交設計在實驗方案設計中得到廣泛采用［3］。本文也將通過正交試驗優化灌漿砂漿配合比，得到灌漿砂漿的最佳配合比，從而提高灌漿砂漿的性能。

2.1水平因素

從灌漿砂漿各組成材料對其性能影響效果來看，磷渣摻量對砂漿的流動性、凝結時間和強度有重要影響，膨脹劑摻量對砂漿的流動性、凝結時間、早期強度以及鋼筋握裹力影響顯著。課題選取了這兩個因素結合水膠比作為正交試驗的影響因素，水平選取見表3，試驗配合比見表4。

表3　正交試驗因素水平表

表4　試驗配比

2.2結果分析

正交試驗結果見表5。進行結果分析時，分別計算每個因素在各個水平上的考察指標和K及平均值E，并計算各因素的極差R，計算結果見表6。

通過正交試驗極差分析可以看出：影響砂漿初始流動度因素的顯著性排序依次為A＞C＞B，因素A最佳水平為A3或A2，因素C為C1或C2，因素B各水平對流動度結果影響不大。30min后流動度的影響因素顯著性排序為C＞A＞B，因素C最佳水平為C1或C2，因素A最佳水平為A3或A2，因素B各水平對流動度結果影響較小。砂漿1d強度影響因素顯著性排序為B＞A＞C，因素B最佳水平為B1或B2，因素A最佳水平為A1或A2，因素C各水平對1d強度影響較小。砂漿3d強度影響因素顯著性排序為A＞B＞C，因素A最佳水平為A1或A2，因素B最佳水平為B1或B2，因素C各水平對3d強度影響不大。砂漿28d強度影響因素顯著性排序為A=B＞C，因素A最佳水平為A1或A2，因素B最佳水平為B1或B2，因素C的各水平對28d強度影響不大。

表5　正交試驗設計與結果

影響鋼筋握裹力因素的顯著性排序依次為B＞A＞C，因素B最佳水平為B1或B2，因素A最佳水平為A1或A2，因素C影響較小。灌漿料初凝時間的影響因素顯著性排序依次為B＞A＞C，因素B最佳水平為B3或B2，因素A最佳水平為A3或A2，因素C影響較小。對砂漿豎向限制膨脹率影響最為顯著的因素為C即膨脹劑摻量，最佳水平為C3或者C2，另外兩個因素對灌漿料豎向限制膨脹率測試結果影響較小。影響灌漿砂漿泌水率因素的顯著性排序依次為是A＞C＞B，因素A最佳水平為A1或A2，因素C最佳水平為C3或C2，因素B中三個水平對灌漿砂漿泌水率測試結果無明顯影響。

通過對選取的因素水平對實驗結果影響的顯著性分析來看：水灰比（因素A）對灌漿砂漿泌水率、初始流動性以及強度的影響最為顯著，從泌水性和強度性能來看，選取A1、A2水平最佳，從初始流動性來看，最佳水平為A3、A2；磷渣摻量（因素B）對灌漿砂漿的初凝時間、早期強度以及鋼筋握裹力有顯著影響。從早期強度以及鋼筋握裹力這兩個性能指標來看，磷渣摻量的適宜水平為B1、B2，對砂漿凝結時間影響較為顯著的水平為B3、B2，磷渣摻量越大初凝時間越長；膨脹劑摻量（因素C）會對灌漿砂漿30min流動性以及豎向限制膨脹率產生顯著影響，從灌漿砂漿30min流動性來看，最佳水平宜選用C1、C2，從豎向限制膨脹率來看，最佳水平宜選用C3、C2。結合以上分析結果，綜合考慮各因素水平對各個性能指標的影響，本文推薦最佳試驗因素水平為A1B2C2。通過正交試驗確定灌漿砂漿的優化后配合比見表7。

表6　極差分析

圖1　電極電位-時間曲線

表7　砂漿優化配合比

表8　優化配合比砂漿各指標值

2.3優化配合比灌漿砂漿性能測試

通過3.2節進行的正交試驗結論，按照如表7所示的優化配合比生產灌漿砂漿，并通過建材行業標準《水泥基灌漿材料》（JC/T 986-2005）的相關規定對實驗配制的灌漿砂漿性能進行檢驗，測試灌漿砂漿的各項性能指標。具體試驗結果如表8所示。

采用國標《混凝土外加劑》（GB8076-1997）附錄B中規定的新拌砂漿法來測試灌漿砂漿對鋼筋的銹蝕作用。結果見圖1。由圖中電位與時間關系曲線可知，電極初始通電后，陽極鋼筋電位迅速上升，很快達到析氧電位值，表明鋼筋表面形成了良好的鈍化膜。60min后，電位值保持穩定。這表明鈍化膜保持完整，即不會損傷鋼筋鈍化膜，也就是說實驗得到的灌漿砂漿不會使鋼筋產生銹蝕。

2.4灌漿砂漿的成本估算

參考原材料的實際出售價格，集合試驗得到的砂漿配合比可以得出生產磷渣基水泥灌漿砂漿的生產陳本，具體見表9。

試驗得到的灌漿砂漿的生產成本約為345.21元/t，而目前工程當中使用的水泥基灌漿砂漿材料的出售價格約為840～2100元/t，由此可見，經過試驗優化后的灌漿砂漿可大幅降低生產成本。

表9　灌漿砂漿價格估算

3　結論

（1）經分析試驗，確定了灌漿砂漿的優化配合比，其中：硅酸鹽水泥占膠凝材料69%，磷渣25%，膨脹劑6%；減水劑1.0%，消泡劑0.4%，纖維素醚0.025%；水膠比0.26，膠砂比1/1。

（2）灌漿砂漿按優化配合比配制的各性能均滿足行業標準《水泥基灌漿材料》（JC/T 986-2005）的規定，且成本價格較低。

［1］萬軍，甘四洋，閆亞楠，等.貴州省大宗工業固體廢棄物現狀及在建材行業中的應用［A］.中國建材產業轉型升級創新發展研究論文集［C］.2013：467-471.

［2］冷達，張雄，沈中林，等.水泥基灌漿材料主要成分對其新拌及硬化性能的影響［J］.混凝土與水泥制品，2008（5）：12-16.

［3］劉數華，冷發光，羅季英.建筑材料試驗研究的數學方法［M］.北京：中國建材工業出版社，2006.

責任編輯：孫蘇

Preparation and Creation of Grouting MortarofCement-Phosphorous Slag-Expanding Adm ixture Composite

Optimization of themix proportion of groutingmortarof cement-phosphorous slag-expanding admixture composite cementitiousmaterial is studied through an orthogonal test.The results show that the performance of groutingmortar couldmeet technical requirementsof standard specified by cementitiousgrout（JC/T 986-2005）w ith low groutingmortar costwhen the contentof phosphorousslag in the compositematerial is25%.

phosphorus slag；expanding admixture；composite cementitiousmaterial；groutingmortar

TU446

A

1671-9107（2015）01-0057-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2015.01.057

2014-09-10

李海濤（1968-），男，重慶人，本科，高級工程師，主要從事建筑施工質量技術管理工作。