不同減水劑對摻混合材水泥力學性能的影響

王 媛

(山西省建筑材料工業設計研究院有限公司，山西 太原 030013)

1 引言

爐渣是電廠鍋爐、各種工業和民用鍋爐，爐窯燃燒煤炭后從爐膛中排除的固體廢棄物。爐渣作為一種工業廢渣，嚴重地污染環境，雖然在建筑材料方面已經有一些應用，但綜合利用爐渣是一項長期考慮的項目。

本實驗試圖利用爐渣代替礦渣，降低礦渣成本的基礎上提高摻爐渣的水泥活性混合材的強度，并加入聚羧酸系的減水劑研究其力學性能的變化。

2 原材料及試驗方法

2.1 原材料

礦渣，爐渣(500m2/kg)，熟料(350m2/kg)，脫硫石膏，標準砂(ISO)，減水劑[含有聚羧酸4%的一種液體自制減水劑(A)和固體聚羧酸減水劑(B)]。

2.2 原料的化學組成

本試驗所用爐渣、脫硫石膏及礦渣粉等全部來源于美錦能源集團，其化學組成見表1。

表1 原料的化學組成

2.3 試驗方法

首先本實驗相容性測試根據《水泥與減水劑相容性試驗方法》(JC/T1083-2008)中水泥凈漿流動度測試方法，測試減水劑A對礦渣和爐渣的凈漿流動度的影響，對比得出減水劑A對礦渣和爐渣的減水率；其次以不摻加減水劑的礦渣硅酸鹽水泥的膠砂流動度值作為基準值，調整剩余試驗配比下的用水量，使其保持相同的膠砂流動度(220mm)，使得各稠度與基準稠度誤差在±5mm范圍之內。然后通過水泥膠砂強度檢驗方法測試相同流動度下各類膠砂試件3d、7d、28d的抗折和抗壓強度。通過比較，確定在相同成本下哪種減水劑的綜合效果最優。

3 實驗結果與分析

3.1 減水劑A對凈漿流動度的影響

自制的減水劑A對礦渣的減水效果較好，減水率可達到爐渣減水率的1.6倍，且通過分析可以推出相同流動度下的礦渣需水量明顯小于爐渣。原因是礦渣和爐渣所含的礦物組成不同，并且磨細的礦渣是一種玻璃質材料，不吸收水分，礦渣粉顆粒本身具有斥水作用，對水泥漿具有分散、填充和表面分散作用[4]，而美錦電廠排放的爐渣是在900～1000℃范圍內形成的，其形成溫度較低，疏松多孔，需水量較大。見表2。

表2 減水劑A對凈漿流動度的影響

3.2 不同爐渣替代量和減水劑種類對水泥膠砂流動度的影響

由表3可知，隨著爐渣替代量的增加，達到相同膠砂流動度所需的用水量呈上升趨勢。這是由于礦渣中細小顆粒多，與水泥顆粒之間或礦渣顆粒之間的接觸點面積較小，而且礦渣粉顆粒本身具有斥水作用，對減水劑的吸附作用較小，可以充分填充水泥顆粒之間的空隙，降低了填充水泥顆粒空隙的用水量，礦渣粉摻量降低，達到相同流動度需水量增加[4]。另外，水泥中水化較快的C3S和C3A含量越高，對高效減水劑的吸附量就越多，水泥砂漿流動度就會減小[5]。摻量較少的聚羧酸減水劑B的減水率比減水劑A的減水率較高，這反映了市場上使用廣泛的聚羧酸減水劑的高效性。

表3 相同流動度下的膠砂需水量

3.3 水泥膠砂強度測定

依照表3中各物質的摻量和配比，依據GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》進行試塊的成型、養護和抗壓和抗折強度測定，其各齡期強度數據如圖1-2所示。

圖1 不同減水劑，不同爐渣摻量下3d抗壓、抗折強度的變化

數據表明，無論加入哪種減水劑，試驗中不同配比下的水泥膠砂強度與不加減水劑的膠砂強度相比都有所增加，但是固體聚羧酸減水劑B的效果明顯比較好，減水率高，其表現出的力學性能優于自制減水劑A。減水劑B使得3d抗壓強度最大提高50.42%，而減水劑A使得3d抗壓強度最大提高24.86%。這也充分證明了聚羧酸減水劑的高效性和與水泥很好的相容性。隨著爐渣替代礦渣量的增加(從0～100%)，水泥膠砂各齡期抗折、抗壓強度基本都呈現降低趨勢，這與用水量的增加有關，同時也與爐渣的礦物組成相關，其礦物組成影響其水化產物的產生和水化速率。

圖2 不同減水劑，不同爐渣摻量下7d抗壓、抗折強度的變化

無論加入哪種減水劑，水泥膠砂3d，7d的抗折、抗壓強度和不加減水劑的相比，雖然都有明顯增加，但是隨著爐渣替代礦渣量的增加，其增加幅度卻明顯減小。側面反映了減水劑與爐渣的相容性較差，可能與爐渣中所含的礦物成分有關，也表明在同水灰比、同減水劑摻量條件下，礦渣可顯著改善水泥與減水劑之間的相容性。

4 結 論

磨細礦渣是一種玻璃質材料，有斥水作用，爐渣疏松多孔，需水量大。自制減水劑A和聚羧酸減水劑B都能有效提高爐渣替代礦渣后的水泥膠砂的各齡期強度，但市場上廣泛使用的聚羧酸減水劑的效果較優。礦渣粉顆粒礦物組成特點和其斥水性質，決定了其可以改善水泥與減水劑之間的相容性，而爐渣中不同的主要礦物組成成分，使其與聚羧酸系減水劑有一定的不相適應性。因此，繼續研究一種適應于爐渣的高性能減水劑是今后工作的重點。