三元復合膠凝體系聚合物水泥防水砂漿的性能分析

2020-10-20 05:35:55李元東

粘接 2020年9期

李元東

摘要：聚合物水泥防水砂漿是一種由高分子聚合物、無機硅酸鹽、細砂等為主要原料，按照一定的配合比混合制成的具有一定的抗滲性的砂漿。聚合物水泥防水砂漿按照聚合物改性的狀態可以分為乳液類和干粉類。本文設計經過試驗對石灰石粉一粉煤灰一水泥三元膠凝材料系列配合比進行驗證，試驗表明，當體系中的石灰石粉摻量上升時，膠砂試件流動度也隨之有所上升，石灰石粉的減水效果十分明顯。如果粉煤灰與石灰石粉的摻量一致時，三元膠凝體系聚合物材料具有比粉煤灰更高的壓縮強度，體系中隨著石灰石粉的摻量提升，三元膠凝體系聚合物材料的脆性系數稍有增高。

關鍵詞：石灰石粉;粉煤灰;水泥;膠凝體系;試驗

中圖分類號：TU57+8.12;TQ177

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）09-0015-04

聚合物水泥防水砂漿是以水泥、細骨料為主要材料制作的。主要用于地下室防滲及滲漏處理，建筑物屋面及內外墻面滲漏的修復，各類水池和游泳池的防水防滲，人防工程，隧道，糧倉，廚房，衛生間，廠房，封閉陽臺的防水防滲。聚合物水泥防水砂漿是經濟發展和社會進步的重要原材料之一，在我國的需求量長期占據材料之最。如果石灰石粉只與水泥配合在一起可以制成二元復合膠凝材料，石灰石粉、水泥二元體系中再摻入粉煤灰等膠凝材料便可以構成三元復合膠凝聚合物水泥防水砂漿。在建筑領域，粉煤灰的應用前景極為廣泛且用量極大，有關粉媒灰的性質與應用的研究更加成熟[1]。尤其在水工混凝土的配制中，當前普遍采用少量水泥，較高含量高粉煤灰的組成結構型式，粉煤灰的摻量一般是30% -50%，有些甚至能達到70%。在聚合物水泥防水砂漿中，加入的粉煤灰可以顯著提升三元復合膠凝體系整體的和易性，使得混凝土水化溫升得以下降，使得砂漿的后期強度得以提升并增加砂漿凝固后的耐久性[2]。

1 摻合料的效應分析

1.1 石灰石粉性能

石灰石粉細度、顆粒級配、反應活性、成分等都直接影響其在混凝土中的使用、配比等，進而影響混凝土的強度、可泵性、防坍塌性等主要性能指標。石灰石粉的質量對混凝土起著舉足輕重的作用。在混凝土可流動期間，隨著時間的增加混凝土的工作性將會降低，這部分損失主要是由硅酸三鈣和鋁酸三鈣的水化引起的，除此之外，由于顆粒表面水化產物的存在而使顆粒之間的相互作用發生改變也是其工作性損失的原因。

石灰石粉的摻量越大對初始坍落度的影響也就越大，尤其是水泥的摻量較少的情況下這種影響會更為明顯，較大的初始坍落度有助于混凝土泵送過程。如果摻人石灰石粉，使得新拌混凝土坍落度損失顯著減少，使得混凝土的保水性得到提升。有助于高溫條件下混凝土的施工及長距離運輸。這是因為石灰石粉能夠取填充于水泥顆粒空隙之中，不僅可以發揮“滾珠”的作用，也可以置換出水泥空隙中的填充水，加厚了水泥粒子間的間隔水層。因此，提升了新拌混凝土的流動性。

石灰石粉的形態效應和填充效應均較好，在水泥粒子間分散著表面致密光滑的石灰石粉，其分散作用明顯，這種小顆粒的石灰石粉能夠一定程度上抑制水泥絮凝結構的出現。與此同時，石灰石粉的比重小于水泥，保持膠凝材料總量恒定的條件下，增加了混凝土的含漿量，改善混凝土的和易性。如果混凝土的坍落相一致的條件下，混凝土中的石灰石粉能夠降低混凝土的用水量，使得膠比得以降低，對影響混凝土一系列性能產生影響。石灰石粉取代水泥后，水泥的用量減少，石灰石粉具有較低的活性，減緩了整個混凝土體系反應速率，進而降低了坍落度的經時損失。

1.2 粉煤灰的效應分析

粉煤灰，產生于煤燃燒后存在于煙氣中的細灰物質，其作為燃煤電廠排出的主要固體廢物。國內火電廠產生的粉煤灰成分主要為：SiO2、A12O3、FeO、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2等。粉煤灰中的SiO2和A12O3含量之和超過了粉煤灰總含量的60%。

1）形態效應。微觀上看，粉煤灰中的玻璃微珠含量超過了70%，玻璃微珠的粒形完整度高，外表光滑，具有致密的結構。這樣的形態能夠提升混凝土的減水作用、致密作用和勻質作用，抑制水泥初期的水化凝絮作用，使拌和物的流變性質得以改變。

2）活性效應。粉煤灰是人工火山灰質材料，粉煤灰的“活性效應”也可以稱為“火山灰效應”。這是因為粉煤灰中含有較多的SiO2和A12O3成分，這些成分能在濕潤條件下與Ca（OH）2等物質發生化學反應，產生相應的膠凝物質，這些膠凝物質能夠增強粉煤灰制品及混凝土，填充混凝土中的毛細組織，進而顯著提升混凝土抗腐蝕性能。

3）微集料效應。粉煤灰中含有很多粒徑微小的碎屑，可以看作為未被水化的水泥顆粒，而粒度極微的顆粒可以看作為性質活潑的納米材料，可以顯著改善與提升混凝土及制品的結構強度，提高混凝土砂漿的勻質性與致密性。

在粉煤灰的上述效應中，形態效應歸結為物理效應，活性效應是化學效應，而微集料效應不僅是物理效應也牽扯到化學效應。粉煤灰中這三種效應往往是相互關聯補充的。粉煤灰的品質還與其自身的效應密切相關。

2 試驗設計

試驗設計了石灰石粉一粉煤灰一水泥三元膠凝材料系列中不同成分的配合情況，各成分的摻量情況如表1所示。在本試驗中，水泥加入量恒定為225g，石灰石粉與粉煤灰二者作為輔助膠凝材料摻人，二者摻人之和固定為225g，試驗中通過改變石灰石粉與粉煤灰二者之間的摻人比例（從0%到50%）來探討三元體系下對砂漿強度的影響程度[3-4]。試驗中使用水與砂的量固定為225g和1350g

3 試驗結果討論

3.1 試驗結果

由表1給出的材料配合比例進行試驗，流動度依據《水泥膠砂流動度測定方法》（GBIT2419-2005）進行測定，壓縮強度、彎曲強度的測定依照《水泥膠砂強度檢驗方法》（CB/T17671-1999）進行測定[5-7]，各組試驗的結果如表2所示。

由表2的試驗結果可以看出，粉煤灰與石灰石粉均具備減水效應，然而粉煤灰的減水作用顯著弱于石灰石粉。由此可以得到，如果在石灰石粉一粉煤灰一水泥構成的三元復合膠凝體系中，石灰石粉的摻量不斷升高，會對提高膠砂試件的流動度有所幫助，采用回歸分析的方法來探討膠砂流動度（f）與石灰石粉（LP）和粉煤灰（FA）摻量之間的關系式：

f=0.58LP+0.15FA+165.15， R2=0.966

3.2 壓縮強度分析

不同時間內，進行試驗的6組膠砂的壓縮強度如圖1示。7d時，石灰石粉的摻量越大，其試件的壓縮強度也會隨之增加，當石灰石粉的摻量大于20%時，試件的壓縮強度開始降低，不過LF-50組的試件壓縮強度仍大于LF-O組，也就是說，膠砂試件中摻人50%的石灰石粉的壓縮強度依然高于摻量500-/0粉煤灰的試件。基于粉煤灰火山灰效應影響，試件中的粉煤灰摻量越多，隨著時間增長其壓縮強度也會相應變大，直到365d時，LF-IO組和LP-20組試件的壓縮強度仍高于LF-O組試件，這表明粉煤灰的火山灰效應和石灰石粉的填充效應得到充分發揮[8-10]。

3.3 彎曲強度分析

由石灰石粉一粉煤灰一水泥構成的三元復合膠疑體系，試件的彎曲強度變化規律明顯不同于壓縮強度。如圖2所示，在第7d時，少量的石灰石粉不會對試件的彎曲強度產生明顯影響，而在365d時，由于石灰石粉摻量不斷提高（粉煤灰摻量減少），明顯影響了試件的彎曲強度，由此可以認為石灰石粉并不利于試件抗彎曲度的提升，而粉煤灰則可以顯著提升試件彎曲強度。

3.4 脆性系數分析

壓縮強度與彎曲強度之比定義為脆性系數，由表2的數據便可以計算出各個時間段內試件的脆性系數。如圖3示，本試驗中的6組膠砂試件在各個時間段表現出來的脆性系數變化無規律可循。整體來看脆性系數變化幅度不大，如果石灰石粉摻量不斷增加（粉煤灰減少），膠砂試件的脆性系數會有所提升。

4 結語

從以上的試驗結果和分析，可以得出以下結論：

1）石灰石粉與粉煤灰相比較而言，在復合膠凝體系中需水量更少，其減水效應也更為顯著。

2）由石灰石粉一粉煤灰一水泥組成的三元復合膠凝體系，當石灰石粉與粉煤灰摻量相同時，試件的壓縮強度高于粉煤灰。早期的時候，較少的石灰石粉摻量不會對試件的彎曲強度產生顯著影響，隨著時間的推移，同時石灰石粉摻量逐漸遞增，使得試件的抗折強度顯著降低。石灰石粉不會明顯地影響試件的胞性系數。

參考文獻

[1]李衛妮，張自懷，趙海南，三元復合膠凝體系道路混凝土試驗研究[J].新型建筑材料，2019（06）：25-27+61.

[2]王雪莉，王劍鋒，楊松格，等，氨基三元醇對鋼渣一礦渣復合膠凝體系水化的影響[J].硅酸鹽學報，2017（02）：206-211.

[3]霍世金.硅酸鹽水泥一鋁酸鹽水泥一石膏三元復合膠凝材料試驗研究[D].西安：西安建筑科技大學，2007.

[4]陳霞，楊華全，張建峰，磷渣粉水泥基復合膠凝體系的水化特性研究[C].中國硅酸鹽學會固廢分會成立大會第一屆固廢處理與生態環境材料學術交流會，2015.

[5]劉剛，張曉樂，李維洲，等，三元膠凝體系清水混凝土性能的試驗研究[J].混凝土與水泥制品，2019，277（05）：9-12.