廢棄石粉與減水劑的適應(yīng)性研究

龔明子,蔡俊凱,袁忠標(biāo)

(中交一公局廈門工程有限公司,福建 廈門 361021)

近些年來,隨著建設(shè)行業(yè)的蓬勃發(fā)展,我國每年的混凝土生產(chǎn)方量巨大。與此同時(shí),隨著粉煤灰、礦渣粉等礦物摻合料的短缺,越來越多新型的材料作為替代品應(yīng)用到混凝土當(dāng)中[1]。由于減水劑與膠材體系的適應(yīng)性不僅與水泥有關(guān)還受所加入的摻和料的影響,所以摻和料與減水劑的適應(yīng)性好壞是新型摻和料能否在混凝土中應(yīng)用的關(guān)鍵。目前,將石材加工后所產(chǎn)生的廢棄石粉作為新型摻和料應(yīng)用到混凝土當(dāng)中引起了大家關(guān)注和重視,眾多的科研機(jī)構(gòu)和高校學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)內(nèi)容的研究。但是,當(dāng)前的主要研究重點(diǎn)主要是針對(duì)石粉對(duì)混凝土力學(xué)和耐久性能的影響,缺少對(duì)于廢棄石粉與減水劑的適應(yīng)性的研究相關(guān)的研究成果也較少。因此,本文通過不同種類四種減水劑與廢棄石粉之間的適應(yīng)性展開研究,并通過漿體的流動(dòng)性、經(jīng)時(shí)損失等指標(biāo)比較分析廢棄石粉在不同的摻量和不同的細(xì)度的情況下對(duì)漿體與減水劑適應(yīng)性的影響。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

(1)石粉：取自福建泉州某石材廠,廢棄石粉的基本性能指標(biāo)見表1-1。

(2)水泥：福建閩福水泥P·O42.5。

(3)粉煤灰：Ⅱ級(jí)粉煤灰。

表1-1 石粉的性能指標(biāo)

(石粉的細(xì)度可以依據(jù)后續(xù)試驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)整,這里不列出。)

(4)減水劑：減水劑選用了聚羧酸系高性能減水劑和聚羧酸高效減水劑,萘系高效減水劑,以及脂肪族減水劑,減水率分別為31%、23%、24%和30%。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土的流動(dòng)性主要來自于砂漿,因此減水劑對(duì)砂漿流變性的影響就可反映其對(duì)混凝土工作性能的影響。石粉與減水劑的適應(yīng)性參照規(guī)范GB 50119—2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》附錄A“混凝土外加劑相容性快速試驗(yàn)方法”。本文的試驗(yàn)研究內(nèi)容主要包括三部分：①改變各減水劑的摻量,通過測定每次的漿體初始水平擴(kuò)展度和靜置30min、60min后的漿體的水平擴(kuò)展度來評(píng)價(jià)各種減水劑與廢棄石粉的適應(yīng)性。②考查石粉摻量對(duì)膠材與減水劑適應(yīng)性影響時(shí),選取其中與石粉適應(yīng)性最好的減水劑,將廢棄石粉以5%、10%、15%、20%、25%、30%取代水泥進(jìn)行試驗(yàn)。③考查石粉細(xì)度對(duì)膠材與減水劑適應(yīng)性影響時(shí),將取廢棄石粉進(jìn)行細(xì)度處理獲取比表面積為450m2/kg、650m2/kg、850m2/kg、1000m2/kg和1200m2/kg的石粉,按摻入量為15%進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 廢棄石粉同不同類型減水劑的適應(yīng)性表現(xiàn)

本次研究將聚羧酸系高性能減水劑、聚羧酸系高效減水劑、萘系減水劑和脂肪族減水劑分別加到水泥砂漿中,石粉摻量固定為15%,比表面積為700m2/kg,四種減水劑與膠材體系的適應(yīng)性如圖2-1所示。

圖2-1 不同種類減水劑與廢棄石粉膠材體系的適應(yīng)性表現(xiàn)

從圖2-1中可見,廢棄石粉與4種減水劑適應(yīng)性變化規(guī)律基本一致,適應(yīng)性良好。漿體都具有較高的初始流動(dòng)度,減水劑飽和點(diǎn)摻量在減水劑廠家推薦值范圍內(nèi)。漿體靜置30min-60min后仍然保持較大的水平擴(kuò)展度值,經(jīng)時(shí)損失較小。其中,石粉與聚羧酸系減水劑的漿體最大流動(dòng)擴(kuò)展度值達(dá)360mm,60min經(jīng)時(shí)損失25mm左右,漿體有光澤、無離析泌水等現(xiàn)象；石粉與萘系和脂肪族減水劑的適應(yīng)性較聚羧酸系減水劑略差,但都在合理范圍內(nèi)：與脂肪族減水劑的初始水平擴(kuò)展度最大值為340mm,經(jīng)時(shí)損失在30min之后開始加大,并且隨著脂肪族減水劑的摻量增加而增加,損失最大值為50mm,減水劑摻量超過1.0%之后,漿體會(huì)出現(xiàn)輕微泌水現(xiàn)象；與萘系高效減水劑的最大初始擴(kuò)展度為335mm,前30min中的經(jīng)時(shí)損失相對(duì)較大為30mm左右,60min經(jīng)時(shí)損失最大值為40mm,漿體光澤、無離析泌水現(xiàn)象。石粉與聚羧酸系和萘系減水劑的適應(yīng)性存在差異主要是因?yàn)闇p水劑的減水作用機(jī)理不同。脂肪族和萘系減水劑的顆粒分散作用主要是靠靜電斥力,這種力保持時(shí)間短,隨著水化反應(yīng)的推進(jìn),分子間的電位下降較快,最后水泥顆粒分子之間又是范德華力占主導(dǎo),所以分散效果不持久,漿體經(jīng)時(shí)損失加大。而聚羧酸系減水劑是通過空間位阻作用,使水泥顆粒的絮狀結(jié)果能很大程度分散開來釋放出大量的被包裹的游離水,使得整個(gè)體系的流動(dòng)性加強(qiáng),并且這種位阻作用穩(wěn)定,所以經(jīng)時(shí)損失也較小[2-3]。

2.2 廢棄石粉摻量對(duì)石粉與減水劑適應(yīng)性的影響

通過在3種減水劑的飽和點(diǎn)摻量下(聚羧酸高性能減水劑劑飽和點(diǎn)摻量為0.9%,脂肪族減水劑為0.9%,奈系減水劑為2.0%),研究石粉摻量變化時(shí),漿體的流動(dòng)情況和經(jīng)時(shí)損失等的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果見圖2-2。

圖2-2 石粉摻量變化對(duì)漿體流動(dòng)性的影響

從圖2-2可得出,在聚羧酸系減水劑中,摻入廢棄石粉后,漿體的初始流動(dòng)擴(kuò)展度一定程度上有所提高,并且隨著石粉摻量的增加漿體的擴(kuò)展度逐漸升高,漿體的30min、60min的擴(kuò)展度則呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢,石粉的最佳摻量在15%-20%之間。對(duì)于摻萘系高效減水劑的漿體,初始流動(dòng)度變化幅值在30mm內(nèi),總體上變化率不大。30min時(shí)的擴(kuò)展度損失隨著石粉摻量的增加而加大,60min的經(jīng)時(shí)損失最大為55mm。萘系高效減水劑對(duì)于石粉摻量變化較聚羧酸減水劑更為敏感,故在摻入萘系減水劑應(yīng)該將廢棄石粉的摻量控制在15%以內(nèi)。摻脂肪族減水劑的漿體,隨著石粉含量的增加,初始流動(dòng)度短暫增加后即開始下降,漿體在30min、60min后其漿體擴(kuò)展度都處于下降趨勢,擴(kuò)展度的經(jīng)時(shí)損失逐漸增大,60min經(jīng)時(shí)損失在石粉摻量為30%時(shí)達(dá)到90mm,所以在廢棄石粉與脂肪族減水劑共用時(shí),更應(yīng)該控制好石粉的摻量,避免因?yàn)槭圻^多導(dǎo)致膠材體系的經(jīng)時(shí)損失過大影響混凝土的工作性能。

2.3 廢棄石粉細(xì)度變化對(duì)石粉與減水劑適應(yīng)性的影響

選取聚羧酸高性能減水劑,摻量為0.9%,石粉摻量15%,分別研究廢棄石粉在比表面積在450m2/kg、650m2/kg、850m2/kg、1000m2/kg和1200m2/kg時(shí),漿體的流動(dòng)度變化情況和經(jīng)時(shí)損失,試驗(yàn)結(jié)果見2-3。

圖2-3 廢棄石粉細(xì)度對(duì)漿體流動(dòng)性的影響

從圖2-3可見,漿體的水平擴(kuò)展度隨著石粉細(xì)度的變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,摻入石粉的漿體在石粉細(xì)度為850m2/kg時(shí),漿體的流動(dòng)性最好,60min的經(jīng)時(shí)損失為25mm；摻入石粉的漿體在石粉細(xì)度為800m2/kg-1000m2/kg時(shí),漿體的流動(dòng)性最佳,60min經(jīng)時(shí)損失在30mm-35mm之間。從整體的變化規(guī)律上可以看出石粉的細(xì)度不是越大越好。石粉細(xì)度在合理范圍時(shí),水泥顆粒與石粉顆粒的級(jí)配變得更加合理,石粉的填充效應(yīng)和微集料效應(yīng)得以充分發(fā)揮,故而體系的流動(dòng)度增加,穩(wěn)定性好。但是,隨著細(xì)度的進(jìn)一步增加,石粉顆粒過大的比表面積會(huì)使石粉顆粒對(duì)體系中的減水劑分子吸附量加大,消耗大量的減水劑,使得漿體容易變成絮狀結(jié)構(gòu),沒有足夠的減水劑分子去釋放被包裹住的游離水,所以體系的流動(dòng)性下降較快[4]。

3 結(jié)論

(1)廢棄石粉作為摻和料摻入,能有效提高漿體的流動(dòng)性,并且與聚羧酸系、萘系和脂肪族等減水劑適應(yīng)性良好,與聚羧酸系減水劑的適應(yīng)性最好。

(2)在石粉摻量變化時(shí),廢棄石粉與減水劑的適應(yīng)性也呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律,對(duì)于聚羧酸系減水劑,石粉的最佳摻量在15%-20%之間。對(duì)于脂肪族和萘系減水劑,由于它們對(duì)于石粉摻量的變化更為敏感,故應(yīng)該嚴(yán)格控制石粉的摻量,最好控制在15%以內(nèi)。

(3)廢棄石粉與減水劑的適應(yīng)性因石粉細(xì)度不同存在的差異,漿體的流動(dòng)性隨著石粉細(xì)度的變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,在實(shí)際使用中應(yīng)該嚴(yán)格控制所摻入石粉的細(xì)度,細(xì)度在850m2/kg-1000m2/kg時(shí),此時(shí)能優(yōu)化體系的顆粒級(jí)配,能充分發(fā)揮石粉顆粒的填充效應(yīng),石粉與減水劑適應(yīng)性最佳。

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