新型干混防水砂漿配制及性能研究

吳進良,向興隆,黃一凡,吳雅琪,王 冠,彭德權

(1.重慶交通大學 土木工程學院,重慶 400074;2.重慶交大建設工程質量檢測中心有限公司,重慶 400074;3.重慶通力高速公路養護工程有限公司,重慶 401147)

0 引言

干混防水砂漿主要由膠凝材料、細集料、礦物摻合料和外加劑組成,是一種需要按比例精確配料并經過干混過程使其均勻混合的顆粒或粉狀混合物材料[1]。防水砂漿與柔性防水卷材、防水混凝土等材料相比,具有施工操作簡便、造價低及易修補等特點,但其韌性差、抗拉強度低,易因基體變形而開裂[2]。為使防水砂漿具有良好的長期使用性能,對防水砂漿進行改性是一種有效途徑。宋濤等[3]發現可再分散性乳膠粉可以增加自流平砂漿表面耐磨性,隨著摻量增加,砂漿耐磨性呈先上升后下降趨勢。李文杰等[4]的研究表明可再分散性乳膠粉能在一定程度上增加砂漿的抗折強度,達到增韌的效果,但會導致抗壓強度的減小。王培銘等[5]探究了纖維素醚在干混防水砂漿中的保水增稠作用,從纖維素醚的早期吸附、對水泥早期水化、熟料單礦物早期水化、砂漿孔結構的影響4個方面解釋了纖維素醚保水增稠機理。郭超等[6]發現少量的消泡劑就會急劇降低流動度,但抗壓、抗折強度隨其摻量增加呈先增大后減小的趨勢。為更好地控制砂漿中氣泡的數量,單廣成等[7]研究了引氣劑、消泡劑復摻的影響,發現復摻后分子之間會產生排斥力,使界面變得不穩定。Laskowski等[8]研究發現在砂漿中加入適量消泡劑,形成均勻、穩定的微小氣泡對砂漿的施工性能、抗凍性與耐久性有利。于水軍等[9]通過正交試驗,研究了水膠比、砂膠比、減水劑摻量、保水劑摻量和粉煤取代石膏率5個因素對自流平砂漿流動度的影響,發現減水劑摻量影響最大。湯立杰[10]發現不同種類憎水劑疏水效果差距非常大,摻量適當時能將砂漿吸水率降低至10%,但憎水劑的加入會阻礙水化反應,造成抗壓強度損失。

目前國內外研究大部分著眼于一種或2種外加劑對砂漿的改性,且對改性后砂漿的物理力學參數測定不夠全面。故本研究選取市面上4種常見的外加劑,通過設計正交試驗,測定干混防水砂漿多項物理、力學與耐久性參數。綜合考慮,確定各外加劑的最佳摻量,擬制備出物理性能及耐久性能俱優的防水砂漿。

1 試驗與方法

1.1 試驗原材料

機制砂：以湖南省永州市東安縣端橋鋪鎮的石炭系灰巖為原料生產。技術指標見表1,合成級配見表2。

在實際問題中，團體可以是學校、醫院、工廠、農莊等企事業單位，也可以是國家、北約、APEC等政治、軍事、經濟等組織.資源可以是活動空間或場所、交通工具、辦公用具、通訊工具、醫療衛生健身娛樂以及生活用具等物品或準入票據(包括俱樂部的會員卡、影戲歌舞盛會的入場券、其他招待券通行證或門票)，也可以是各部門評優獎勵或參與團體的會議、考察、旅游、宴會以及其他社交活動的限定名額(相當于席位問題的代表數).

被動式熱釋電紅外探頭的工作原理及性能：人體正常溫度為37℃，發出的紅外線波長大概為10.0um。人體紅外探頭能探測到人發出的大于這個范圍值的波長的紅外線，所以該儀器就能工作。該探頭具有如下特點。

表1 機制砂主要性能指標

表2 機制砂合成級配

外加劑：聚羧酸粉體減水劑、有機硅憎水劑SHP50(以下簡稱SHP50)、德國瓦克可再生分散性乳膠粉RE5044N(以下簡稱VAE)、纖維素醚為羥丙基甲基纖維素醚(以下簡稱HPMC)、AGITAN?P803粉末消泡劑(德國MUNZING-CHEMIE公司開發)。

水泥：P.O42.5普通硅酸鹽水泥,由重慶華新水泥有限公司生產。

1.2 正交試驗方案設計

組織設計主要是圍繞監督檢查工作進行人員的角色劃分，明確不同角色的職責與工作范圍，確定工作匯報溝通關系與協作關系。

機制砂干混防水砂漿正交試驗結果如表6所示。

表3 正交試驗因素水平

表4 干混防水砂漿外加劑配比

1.3 性能測試方法

XRD圖譜中,主要有CaCO3、Ca(OH)2、C2S、C3S、Aft,以及C-S-H多種物相的特征峰,其中水化產物有Ca(OH)2、AFt和C-S-H。對比YH組砂漿與基準組砂漿的XRD圖,發現YH組砂漿水化產物Ca(OH)2與C-S-H生成量相對于基準組砂漿較少,未參與水化反應的C2S和C3S變多,表明外加劑的加入阻礙了水化反應的進程,YH組砂漿力學強度受到了一定的負面影響。這與表5和表8測得的試驗結果相符合。

1.4 微觀分析方法

通過XRD、SEM技術研究外加劑改性前后的防水砂漿,分析成分組成、微觀形貌變化與防水砂漿物理力學性能的關系。

農產品中有機磷農藥殘留檢測技術是對有機磷農藥殘留進行定性定量分析。隨著人們生活節奏的加快，農殘分析由單一種類農殘分析向農藥多殘留分析發展，快速、高靈敏度的分析方法逐漸受到追捧。目前，有機磷農藥殘留分析使用的檢測方法主要有色譜法、色譜質譜聯用法、酶抑制法、免疫法等。Arjmandi等人利用薄層色譜法檢測稻田的有機磷農藥殘留[7]。近年來，毛細管柱有分離性能、靈敏度和分析速度等方面的優點，使毛細管柱氣相色譜成為多種類型或同一類型農藥多殘留分析的最得力工具，廣泛應用于揮發性農藥的殘留測定。

2 結果與討論

為了研究通過正交試驗得出的最優配合比性能的變化,設置未摻加任何外加劑的基準組作為對照。基準組各項性能如表5所示。

選取減水劑摻量、VAE摻量、HMPC摻量、SHP50摻量4個因素,每個因素設置3個水平,采用四因素三水平L9(34)正交表的方案進行試驗。前期通過單因素分析法研究各化學外加劑對機制砂干混砂漿性能的影響規律,并得到最佳摻量范圍：減水劑0.15%～0.25%、VAE 1.0%～2.0%、HPMC 0.15%～0.25%、SHP50 0.2%～0.6%。本正交試驗因素水平的選擇基于此范圍,如表3所示。機制砂干混防水砂漿外加劑配比如表4所示。聚羧酸減水劑、VAE、HPMC會在砂漿拌合物中引入大量氣泡,故摻入0.2%的消泡劑來減少氣泡的產生,增加抗滲性和強度。

要進行全過程監管。一是對購買服務全過程進行監管，其目的是保證按期圓滿完成監督檢查任務。全過程監管的方式可靈活掌握，可以由購買主體派人參與其中，以領隊或聯絡員的身份對承接主體開展監督檢查的全過程進行監管，隨時糾正工作偏差。也可以采取不定期督導方式，由購買主體對開展的監督檢查工作進行現場督導，通過查看工作底稿、入戶調查問卷和筆錄等監督檢查資料，及時掌握工作進展情況。二是對服務成果進行檢查驗收。要依據檢查方案確定的服務標準，結合開展監督檢查的實際結果進行考核驗收，既是對購買服務成果進行績效評價，更是作為購買主體付款的重要依據。

2.1 極差分析

對試驗結果進行極差計算,得到極差分析結果,如表7所示。

表5 干混砂漿性能

表6 正交試驗結果

表7 干混防水砂漿極差分析結果

由極差分析知,對水膠比、稠度損失率與含氣量影響最大的因素均為減水劑摻量。由于減水劑能顯著改變砂漿拌合物需水量,隨著減水劑摻量的增加,達到相同稠度范圍的砂漿拌合物需水量減少,水膠比增大;減水劑會在拌合物中引入一定量的微氣泡,所以拌合物的含氣量受減水劑摻量影響較大。對砂漿拌合物的表觀密度和保水率影響最大的因素則為HPMC摻量,由于HPMC使漿體更加粘稠、流動性變差,為達到相同的稠度范圍,添加了更多水進行稀釋,故表觀密度受到較大影響;同時拌合物漿體中的游離水通過HPMC結構中的醚基、羥基與水分子締合成氫鍵的方式變成結合水,提高了拌合物的保水效果。28 d抗滲性能作為防水砂漿最重要性能之一,研究發現在所有因素中,SHP50摻量對其影響最大。SHP50有表面張力低、疏水的特點,同時又能夠填充砂漿體系中的部分孔隙,摻入后能提高砂漿體系的憎水、防水效果。

為了與工程實際相契合,在制備砂漿的試驗過程中,保持砂漿拌合物稠度控制在規定范圍內,調整用水量。膠砂比為1∶4,稠度控制在(75±5)mm范圍內,各化學外加劑以外摻的形式加入到混合物中,按照膠凝材料的質量百分數計算。

總體來看,SHP50摻量對強度影響最不明顯,減水劑、VAE與HPMC對于強度有一定影響,且這三者之間影響程度差距很小。摻加外加劑之后,14 d粘結強度的改變顯著大于抗壓、抗折強度,如H1試驗組14 d粘結強度較基準組提高204%,但對于抗壓、抗折強度改變不到10%。

將保水率和28 d滲透深度作為主要控制指標,力學性能和其他物理性能為次要指標,抗滲性能和保水率的最優因素水平組合分別為A2B1C3D3、A2(或A3)B2(或B3)C3D3,由于B因素對砂漿保水效果影響最小,故經綜合分析考慮選擇A2B1C3D3作為最佳因素水平組合,即聚羧酸粉體減水劑、VAE、HPMC、SHP50的用量分別為膠凝材料質量的0.20%、1.0%、0.25%、0.6%。按照上述各類外加劑的最佳摻量并加入0.2%的消泡劑配制出機制砂干混防水砂漿,命名為YH組,其試驗結果見表8。

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對比表8和表9可知,在摻入最佳因素水平組合的化學外加劑之后,所配制的干混防水砂漿滿足規范要求。對比表8和表5可知,砂漿的物理性能得以明顯改善,保水率提高11.7%,稠度損失率下降7.4%,砂漿的抗折、抗壓強度雖輕微下降,但14 d拉伸粘結強度大幅提高,達到278.3%,抗滲性能和收縮性能也顯著提高。

表8 干混防水砂漿試驗結果

表9 干混防水砂漿性能指標

因此，只有隨著認識和實踐的不斷進步，充分估計前進道路上的困難和曲折，正確認識當前甚至今后一個時期高效節水灌溉發展的進展，在辯證唯物主義認識論的指導下，依靠正確的認識論和方法論，才能有力促進高效節水灌溉的發展。必須站在新的歷史高度，在馬克思辯證唯物主義及其認識論的指導下，依靠新的認識指導新的實踐，通過實踐認識再實踐再認識過程不斷開拓進取，充分認識發展高效節水灌溉的艱巨性，增強發展高效節水灌溉的自覺性、支撐力和自信心，創造條件，因地制宜加快推進高效節水灌溉的健康發展。

2.2 微觀分析

2.2.1XRD分析

選取養護齡期為28 d的基準組與YH組砂漿,利用XRD技術分析兩組砂漿中所含主要水化產物,如圖1和圖2所示。

圖1 基準組砂漿XRD

圖2 YH組砂漿XRD

采用JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》測試機制砂干混防水砂漿的物理性能和力學性能。

2.2.2SEM分析

選取養護齡期為28 d的基準組與YH組砂漿,利用SEM技術研究兩組砂漿中主要水化產物的形貌特征,如圖3和圖4所示。

圖3 基準組砂漿微觀形貌

圖4 YH組砂漿微觀形貌

對比圖3和圖4發現,基準組砂漿微觀形貌呈疏松、多孔狀態,能觀察到呈絮狀的C-S-H、針狀的AFt以及片狀的Ca(OH)2。YH組砂漿呈致密狀態,孔隙較基準組相比明顯減少,砂漿內部形成了大量聚合物空間膜結構,其包裹了砂漿體系中的幾乎所有無機相,只能觀察到少量的AFt穿插其中。聚合物膜的形成以及其在砂漿體系孔隙中的填充作用明顯減少了砂漿內部的孔隙,顯著提高了砂漿內部的密實程度,砂漿微觀結構得到明顯改善[11-13]。因此,YH組砂漿在宏觀性質上表現出了粘結強度、柔韌性、抗滲性能以及抗收縮能力的提高。

3 結論

1) 對水膠比、稠度損失率與含氣量影響最大的因素為減水劑摻量;對砂漿拌合物的表觀密度和保水率影響最大的因素為HPMC摻量;28 d抗滲性能作為防水砂漿最重要性能之一,研究發現在所有因素中,SHP50摻量對其影響最大;SHP50摻量對強度影響最不明顯,減水劑、VAE與HPMC對于強度有一定影響,且這三者之間影響程度差距很小。

2) 在摻入最佳因素水平組合的化學外加劑之后,所配制的干混防水砂漿滿足規范要求,物理性能明顯改善,保水率提高11.7%,稠度損失率下降7.4%,砂漿的抗折、抗壓雖輕微下降,但14 d拉伸粘結強度大幅提高,達到278.3%,抗滲性能和收縮性能也顯著提高。

3) 通過XRD、SEM技術分析最優配比砂漿與不摻外加劑的基準砂漿的成分和微觀結構,發現前者水化產物生成量較后者減少,但微觀結構大幅改善。

4) 最優配比砂漿所用原材料屬于市面常見原料,且機制砂的采用有利于生態環境的保護,故配制出的砂漿很適合用于實際生產。