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      消泡劑對鋼渣砂聚合物砂漿性能的影響

      2020-07-17 14:46:56
      綠色環(huán)保建材 2020年6期
      關(guān)鍵詞:消泡劑乳膠鋼渣

      楊 潔

      上海同濟檢測技術(shù)有限公司

      1 引言

      目前,減水劑、乳膠粉、纖維素醚等化學外加劑是干混砂漿常用的添加劑,可明顯改善砂漿流動性、保水性以及力學性能等。但這些化學外加劑在使用過程中常在砂漿中引入過多的氣泡,對砂漿強度不利,甚至使砂漿表面出現(xiàn)明顯缺陷,影響施工質(zhì)量。因此,消泡劑常用于干混砂漿制備中,以防止過量氣泡的產(chǎn)生,有利于砂漿粉料的潤濕。近些年,業(yè)內(nèi)人士已關(guān)注到消泡劑在聚合物砂漿中的作用效果存在差異,以及對砂漿性能的影響規(guī)律[1-2],并以此來作為消泡劑選擇的依據(jù)。

      建國以來,我國經(jīng)濟高速發(fā)展,鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為基礎產(chǎn)業(yè),發(fā)展迅猛,年產(chǎn)鋼量現(xiàn)居世界首位,鋼渣排放量也與日俱增,不容忽視。目前,我國鋼渣的綜合利用途徑主要集中在以下幾個方面:道路路基、回填材料、燒結(jié)配料、地面磚、建筑用墻體材料、鋼渣水泥、鋼渣粉作混凝土摻合料及鋼渣作細集料等。其中,鋼渣作細集料,代替天然砂制備砂漿可以大幅拓展鋼渣的綜合利用空間,解決自然砂石資源面臨枯竭的問題。很多學者也研究了鋼渣砂在抗裂砂漿、砌筑砂漿、地坪砂漿等干混砂漿中的應用,鋼渣砂作為細集料制備干混砂漿常存在級配不合理、需水量大,流動性差的問題,筆者也曾就此開展過相關(guān)研究,認為減水劑、乳膠粉等化學外加劑的使用可有明顯改善這些問題,但也帶來砂漿拌和物過量引氣的問題。因此,消泡劑在鋼渣砂類聚合物砂漿中的作用效果及對砂漿性能的影響,有待進一步探討。

      本文研究了消泡劑對鋼渣砂聚合物砂漿的流動性、含氣量、抗折強度和抗壓強度的影響,并分析了作用機理,以期對拓寬鋼渣應用領(lǐng)域起到一定的指導和借鑒作用。

      2 原材料與試驗方法

      2.1 原材料

      試驗中采用的水泥為52.5 級P·Ⅱ水泥,來自上海三航小野田水泥有限公司,比表面積為370m2/kg。細集料為鋼渣砂,經(jīng)熱悶法工藝處理的轉(zhuǎn)爐鋼渣,來自上海寶鋼集團,堆積密度為1910kg/m3,顆粒級配為:粒徑<0.315mm,占比25.0%;粒徑為0.315mm~0.63mm,占比22.5%;粒徑為0.63mm~1.25mm 占比10.5%;粒徑為1.25mm~2.5mm,占比12.6%;粒徑為2.5mm~5.0mm 占比29.4%。減水劑采用聚羧酸系減水劑,粉末狀,上海高鐵化工有限公司生產(chǎn)。乳膠粉采用瓦克化學(中國)有限公司生產(chǎn)的5010N;消泡劑來自德國明凌化工集團,白色粉狀,代號P803,密度為340g/L,灰度為34%(800℃),PH值為7.2(20°C DIN ISO 976,1%IN DIST,水);拌和水為自來水。

      2.2 試驗配比

      試驗所設計的鋼渣砂聚合物砂漿灰砂比(質(zhì)量比)為1:3,水灰比為0.39,聚羧酸系減水劑摻量為水泥質(zhì)量的0.25%,乳膠粉摻量為水泥質(zhì)量的2.0%。消泡劑摻量分別為水泥質(zhì)量的0,0.03%,0.05%,0.08%和0.10%,具體配合比如表1所示。

      表1 鋼渣砂聚合物砂漿配合比

      2.3 試驗方法

      砂漿擴展度測試根據(jù)標準GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》進行;含氣量測試參照標準JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》中的方法進行;砂漿抗壓強度和抗折強度測試依據(jù)標準GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗法(ISO法)》,測試齡期分別為3d、7d和28d。

      3 結(jié)果與討論

      3.1 消泡劑對鋼渣砂聚合物砂漿含氣量的影響

      圖1 消泡劑對鋼渣砂聚合物砂漿含氣量的影響

      圖1為不同消泡劑摻量下鋼渣砂聚合物砂漿的含氣量。由圖1可以看出,消泡劑摻量為0.03%時,砂漿的含氣量明顯降低,降低幅度高達45.7%;當消泡劑摻量繼續(xù)增加時,砂漿的含氣量雖隨之降低,但降低幅度有所減緩,當摻量由0.05%增至0.10%時,砂漿含氣量僅降低了2%。

      由于鋼渣砂聚合物砂漿中的所用的減水劑為聚羧酸系減水劑,可明顯降低漿體液—氣界面張力,易于在砂漿攪拌過程中形成許多微小氣泡,因而具有一定的引氣性;孫振平等[1]認為,消泡劑與減水劑互溶性較好時,消泡作用明顯,反之則效果不佳;再者,乳膠粉的摻加,除改善砂漿的流動性外,也具有一定的引氣作用。在圖1中可明顯看出,消泡劑在鋼渣砂聚合物砂漿中的作用明顯,顯著降低了砂漿的含氣量,說明消泡劑P803 與砂漿中的外加劑互溶性良好。

      3.2 消泡劑對鋼渣砂聚合物砂漿流動度的影響

      圖2 消泡劑對鋼渣砂聚合砂漿流動度的影響

      不同消泡劑摻量下鋼渣砂聚合物砂漿流動度如圖2 所示。由圖2可以看出,消泡劑摻量為0.03%時,砂漿流動度顯著降低,由原來的220mm 將至160mm;之后,隨消泡劑摻量的增加,砂漿的流動度逐漸緩慢增加,消泡劑摻量增至0.1%時,砂漿流動度為180mm。

      聚羧酸系減水劑在砂漿攪拌過程中引入的微小氣泡,處于水泥顆粒之間有助于水泥顆粒的分散,起到一定的減水的作用,由于消泡劑摻入,尤其摻量0.03%時大幅降低了砂漿中的含氣量,在一定程度上削弱了微小氣泡的減水作用,從而致使砂漿流動度大幅降低;雖乳膠粉也有一定引氣和改善砂漿流動度的作用,但在韓冬冬等[5]的研究中,發(fā)現(xiàn)乳膠粉摻量不大于4%時,砂漿含氣量明顯增加,但砂漿流動度變化不明顯;還有研究表明,消泡劑的摻加,可明顯改善摻乳膠粉的自流平砂漿的流動度。本文中消泡劑少量摻加時對砂漿流動度不利,主要是因為消除了具有減水作用的微小氣泡,之后增加摻量后,由于和乳膠粉的協(xié)同作用,在一定程度上改善了砂漿流動度。

      3.3 消泡劑摻量對鋼渣砂聚合物砂漿強度的影響

      圖3 消泡劑對鋼渣砂聚合物砂漿抗折強度的影響

      圖3為消泡劑對鋼渣砂聚合物砂漿抗折強度的影響。由圖3可以看出,消泡劑摻量為0.03%時,不論早期強度(3d和7d),或后期強度(28d)都明顯增加,其中28d 抗折強度由12.8MPa 增至15.5MPa;當消泡劑摻量不斷增加至0.10%時,3d、7d 和28d 抗折強度變化規(guī)律有所不同,其中3d的抗折強度隨消泡劑摻量的增加而緩慢增長,但當摻量增加至0.10%時,抗折強度略有降低;7d 的抗折強度隨消泡劑摻量的增加而不斷增長,當摻量為0.10%時,增至12.8MPa;28d的抗折強度則隨消泡劑摻量的增加而不斷降低,當摻量為0.10%時,降至14.3MPa,仍略高于未摻者。

      圖4 消泡劑對鋼渣砂聚合物砂漿抗壓強度的影響

      圖4為消泡劑對鋼渣砂聚合物砂漿抗壓強度的影響見。由圖4可以看出,消泡劑摻量為0.03%時,不論早期強度(3d和7d),或后期強度(28d)都有明顯增長,分別提高了34.4%、22%和50.8%;之后隨消泡劑摻量的增加,鋼渣砂漿的抗壓強度增長緩慢,相對于摻量0.03%時,當摻量增至0.10%,砂漿3d、7d 和28d抗壓強度分別增長了9.2%、11.4%和7.1%。

      結(jié)合以上內(nèi)容分析,消泡劑摻量為0.03%時,大幅降低了砂漿含氣量,增加砂漿的密實度,因此砂漿強度出現(xiàn)大幅增長的現(xiàn)象。究其根本,消泡劑是一種表面張力低的活性表面劑,其作用在于抑制砂漿中氣泡的產(chǎn)生,或者降低砂漿液相的黏度,促使氣泡液膜失去彈性,從而加速液體滲出,致使氣泡液膜破裂。

      消泡劑的加入,由于液膜結(jié)構(gòu)遭到破壞,故漿體含氣量降低,鋼渣顆粒和水泥漿體相互搭接,因而流動度減??;隨消泡劑摻量的增加,聚合物顆粒發(fā)揮滾珠效應[22],使得漿體流動性得到改善。在一定摻量范圍內(nèi),消泡劑降低含氣量,使得砂漿密實程度提高,孔結(jié)構(gòu)得到改善,因而抗壓和抗折強度大幅度增加。而消泡劑摻量過多時,其達到臨界膠團濃度之后消泡能力受到影響[6],故抗壓強度和抗折強度會不再增加甚至略微下降。

      4 結(jié)論

      本文研究了消泡劑對鋼渣砂聚合物砂漿含氣量、流動度以及強度的影響,分析了消泡劑與聚合物砂漿中化學外加劑的協(xié)調(diào)作用機理,以及對強度的影響規(guī)律,得到如下結(jié)論:消泡劑摻量(0.03%)適當時,可使砂漿含氣量顯著降低,同時砂漿強度大幅提高,但砂漿流動度也有一定程度的降低;當消泡劑摻量高于0.03%時,隨其摻量的增加,砂漿含氣量卻隨之降低,但降低幅度減小,砂漿流動度隨之有所增長,砂漿強度除28d抗折強度有所下降,其他齡期不論抗折或抗壓(3d、7d和28d)都有不同程度的增加;鋼渣砂聚合物砂漿中消泡劑的使用,需考慮與其他化學外加劑(減水劑、乳膠粉)的協(xié)同效應。

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