特定外加劑在生物質灰渣自燃煤矸石復合集料砂漿的應用研究

王 輝

（黑龍江省建筑材料工業規劃設計研究院，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 引言

本試驗研究所稱的復合集料砂漿是為降低砂漿成本，在砂漿中摻入粉煤灰等摻合料、利用粉煤灰等摻合料的火山灰活性降低水泥用量，并通過生物質灰渣強堿性、活性成分與粉煤灰協同作用，進一步提高砂漿拌和物的強度和耐久性等。為優化砂漿性能，在生物質灰渣自燃煤矸石復合集料砂漿中摻入外加劑，通過加入含減水組分外加劑，利用其很強的親水性帶來的分散作用、潤滑作用，有效降低各材料顆粒間的滑動阻力，從而改善砂漿的工作性能；通過加入保水增稠組分外加劑，利用其在溶解后吸附水分固化成膜并放出水分的能力，提高砂漿的保水性能；加入引氣組分外加劑，通過在砂漿中引入大量均勻、穩定的微小氣泡來改善砂漿的耐久性能。反復調整外加劑的品種、各組分比例和摻量，研究外加劑對砂漿性能的影響規律。

2 外加劑的選取原則

特定外加劑的選取要以砂漿基礎性能需求為原則。本試驗選取三種砂漿作為基礎砂漿，在沒有使用外加劑的情況下，用水量隨集料的變化而不同，其中天然砂漿用水量最少，復合集料砂漿用水量最多，煤矸石砂漿用水量居中。從力學性能指標看，三種砂漿抗壓強度均達到試驗要求，復合集料砂漿強度低于煤矸石砂漿，與天然砂漿持平。從拌和物指標看，三種砂漿稠度損失均不能滿足目標要求，復合集料砂漿的稠度損失和保水率指標略好于前兩者，說明生物質灰渣的摻加對砂漿的持水性有一定幫助。因此，引入外加劑時，應從減水、降稠損、增保水、保強等方面調整功能。

3 不同外加劑單一作用的研究

預拌砂漿的外加劑種類很多，按化學成分可分為纖維素醚、淀粉醚、可再分散乳膠粉、膨潤土等；按使用功能可分為引氣劑、穩定劑、抗裂纖維、緩凝劑、速凝劑、減水劑、分散劑等。以下研究不同外加劑單獨對煤矸石砂漿的作用。

3.1 保水劑對砂漿的作用研究

常用的保水劑有纖維素醚、乳膠粉、淀粉醚等。

本研究選取羥甲基纖維素醚、可再分散性乳膠粉、淀粉醚三種保水劑分別進行煤矸石砂漿試驗，結果見表1。

表1 保水劑對煤矸石砂漿的性能影響

纖維素醚在拌和物指標的貢獻上整體好于其他兩類，但對抗壓強度有負面影響。同樣，淀粉醚雖然對稠度損失貢獻大，但對強度的副作用更大。而膠粉對強度貢獻好于前兩類，尤其是早期強度優勢明顯，但砂漿的稠度損失增大很多。

3.2 減水劑對砂漿的作用研究

本試驗選取了聚羧酸減水劑、萘系減水劑、脂肪族減水劑分別進行試配。以自燃煤矸石細集料摻量80%（細粉含量14%）、天然砂細集料20%比例制備砂漿，結果見表2。

表2 減水劑對煤矸石砂漿性能的影響

三類五種外加劑對砂漿均有不同程度的減水作用，提高了水泥的利用效率，達到了提高砂漿抗壓強度的目的，且效果明顯。但從拌和物指標看，稠度損失和保水率處于標準值附近，改善效果不明顯。

3.3 引氣劑對砂漿的作用研究

本試驗選取四種不同方案的煤矸石砂漿進行引氣劑對比分析，結果均顯示引氣劑的引入對抗壓強度有負面效應，引氣劑的氣泡效應在這里未能有效發揮，對抗壓強度有負面效應，如圖1所示。

圖1 引氣劑對抗壓強度的影響

4 復合外加劑試驗效果研究

4.1 復合外加劑的選取

單獨使用一種功能性的外加劑，尚不能完全滿足砂漿工作性能和抗壓強度的要求，需要聯合使用不同的外加劑，利用減水劑對煤矸石砂漿抗壓強度貢獻作用、纖維素醚和乳膠粉對拌和物和易性的改善作用，結合考慮煤矸石集料細粉具有活性作用的特殊性，輔以少量緩凝劑進行復合搭配，以改善砂漿相應性能，以減水、增強、改善和易性為出發點，選取七個組合方式復配外加劑（即A：纖維素醚+膠粉、B：聚羧酸+纖維素醚、C：萘系+纖維素醚、D：聚羧酸+纖維素醚+緩凝劑、E：聚羧酸+纖維素醚+膠粉、F：萘系+纖維素醚+緩凝劑、G：萘系+纖維素醚+膠粉），分別對煤矸石砂漿和復合集料砂漿進行試驗，結果見表3。

表3 外加劑配料表

4.2 復合外加劑試驗效果

取細粉含量為16%的煤矸石分別進行煤矸石100%替代摻量砂漿和復合集料100%替代摻量砂漿試驗，研究在此極限情況下，引進不同復合方式的外加劑對砂漿拌和物抗壓強度等指標的綜合效果。

試驗結果表明，未摻加外加劑的砂漿主要存在用水量大、稠度損失大等問題。由兩種外加劑復合的A、B、C劑對煤矸石砂漿和復合集料砂漿綜合作用均不能達到滿意效果， A劑對兩種砂漿稠度損失的降低作用最明顯，但用水量明顯增多、強度下降，僅達到課題目標值邊緣；B和C劑采用不同減水劑，后者對稠度損失的降低效果好于前者，但減水效果不佳，且砂漿強度值下降；由三種外加劑復合的D、E劑對兩種砂漿的稠度損失改善明顯，減水效果和砂漿抗壓強度好于F、G。

5 復合集料砂漿配合比的優化及試驗結果驗證

根據上述分析結果，對外加劑用量進行微量調整：D減少聚羧酸減水劑用量，E減少膠粉用量，F、G增加萘系減水劑用量。外加劑比例見表4，試驗結果見表5。

表4 外加劑比例

表5 試驗結果

根據外加劑選取結果，結合抹灰砂漿對拉伸黏接指標的要求，對復合集料砂漿進行驗證試驗，結果均符合《預拌砂漿》（GB/T 25181-2019）要求。特定外加劑比例及試驗指標見表6。

表6 特定外加劑比例及試驗指標

6 結語

復合集料砂漿與傳統的預拌砂漿不同。復合集料對砂漿抗壓強度的貢獻作用好于天然砂，但其物理結構上的特殊性和活性性能也是外加劑選取的難點。通過對市售外加劑的復配，找到比較適宜的成分和比例，并以試驗結果驗證配比方案，證明三種復配效果最佳。

在相同的條件下，不同的緩凝材料具有各自不同的特點，但在砂漿強度上有著共同的特征：摻用緩凝材料的情況下，早期的強度不如未加緩凝材料的強度，這是因為摻入緩凝材料后有效延緩了水泥早期水化，阻礙了漿體初始結構的形成與發展，使砂漿3d抗壓強度比較低，隨著水泥的充分水化，水化產物之間得到充分地穿插、搭接和填充，結構密實，使得砂漿后期齡期的抗壓強度均高于基準砂漿。