专用砌筑砂浆范文（精选7篇）
专用砌筑砂浆 第1篇
根据墙体材料改革“十五”规划的具体安排, 我国经贸委2001年10月12日发布“有排放粉煤灰火力发电厂的地区, 应积极发展高强度、高孔洞率、高废渣掺量、高保温隔热性能的煤矸石烧结空心砖和烧结粉煤灰空心砖、粉煤灰加气混凝土、粉煤灰蒸压砖以及其它利废产品;页岩和灰砂原料丰富的地区, 应积极发展烧结页岩和蒸压灰砂制品, 使这些产品成为当地新型墙体材料的主导产品”的墙体材料发展重点。采用新型墙体材料代替传统实心粘土砖是当前国内实行墙体材料改革的一个关键性的课题。
山东地区拥有很多火力发电厂和巨大的粉煤灰资源, 该地区人口密集, 相比之下土地资源呈现短缺的发展趋势。所以高强蒸压粉煤灰砖作为一种新型、优质的承重墙体材料, 具有广阔的市场前景。
蒸压承重墙体材料的应用对欧美建筑市场的发展起到了非常关键的作用, 在墙材市场中中, 德国和美国的蒸压灰砂砖占据了不小的比例, 分别为33%和20%, 而瑞士、荷兰、比利时等国也占有一定的市场比例。七、八十年代的中国也极为重视蒸压粉煤灰制品的发展。但由于当时尚未具备健全的技术、工艺流程, 产品质量往往出现这样那样的缺陷, 加之我国当时都是以资源为代价来换取社会经济的发展, 过量开采自然资源, 而未配备一定的保护措施, 购置实心粘土砖时一味的注重价格, 户数质量保证, 导致很多质次价廉的材料流入市场, 阻碍了粉煤灰砖生产的发展。如今的工艺流程已趋于成熟, 确保粉煤灰结构性能的成型、消解设备就位以后, 再进一步改进企业管理水平, 从而大幅度提升粉煤灰砖产品质量;同时, 现在蒸压建筑制品有了可参考的设计和施工规范, 拓展了粉煤灰产品的应用市场。
蒸压粉煤灰砖属于新型的建筑用材, 与其它新型砌体材料相同, 它在建筑市场的应用趋势已逐渐超过了我国限用的粘土砖。粉煤灰砖的抗压强度较高, 而且外形规整, 色泽光洁淡雅, 一方面可以满足结构承载的需要, 另一方面也能节省部分外装修和总的工程造价, 所以才广泛应用于建筑市场。但使用时仍存在墙体裂缝等质量问题。砌体发生收缩变形后会导致墙体出现裂缝。粉煤灰砖的自然收缩率主要集中在早期, 对于总收缩率来说, 出釜后5～7天的收缩率高达50%, 粉煤灰砖的干收缩值很大, 根据我国建筑行业规范将其存放3天才允许出厂。为确保上墙砌筑前的砖体收缩量达到一半以上, 施工现场所用的砖必须提前存放10天。但施工单位往往在施工时因为急于用砖, 出釜砖存放的时间并未达到时间要求就上墙砌筑, 砖本身具有较大的收缩量, 这会增大使砌体的干收缩值, 使砌体内部产生拉应力超过砌体的抗拉强度和抗剪强度, 最终引发裂缝问题。
防裂措施:粉煤灰砖的物理力学性能不同于粘土砖, 所以在粉煤灰砖混合结构房屋的防裂处理上, 必须根据砌体结构及其构造特点进行防裂处理, 一般都是在砌体抗拉和抗剪比较薄弱的部位配筋加强。这种办法的工程量大, 造价高, 而且会拖延工期进度。而使用粉煤灰砖砌筑砂浆, 则会有效增加砌体的抗折、抗拉和抗剪强度, 而且这种砌筑方法符合砌体结构设计规范, 它能根据粉煤灰砖的特点对其存放时间和上墙砖的含水率进行控制。出釜砖最好先存放10天, 保证砖能够完成一半以上的干收缩, 10天之后再用于墙体砌筑, 以免砌体的干收缩值过大。同时, 粉煤灰与粘土砖相比, 虽然粉煤灰的其吸水率较高, 但吸水速度慢, 含水率过高会增加其干收缩, 所以必须保证上墙砖的含水率不超过10%～15%。可预先12～24小时进行浇水湿润, 雨天可不浇水, 但要根据现场情况对砖垛遮盖保护, 进而最大限度的减少配筋, 甚至不配筋。下表为研制粉煤灰砖专用砌筑砂浆的具体情况。
在试验中, 我们主要测试了济南市附近的几家粉煤灰砖生产厂家的粉煤灰砖。粉煤灰砖强度等级在Mu10以上才能满足设计要求, 所以先要分析粉煤灰砖的力学性能, 表1是具体的试验数据:
对表1数据进行分析后我们发现, 试验所用砖产品在力学性能上都符合设计要求。我们参照《砌体基本力学性能试验方法标准》 (GBJ129-90) 进一步测试了粉煤灰砖产品砌体力学性能, 再按相关规定开始对砌体试件的砌筑与养护。专用砌筑砂浆必须达到M7.5的强度等级要求, 同时为改善砌筑砂浆的和易性能, 还要根据比例要求掺入掺和料及外加剂, 确保去灰缝饱满, 粘结率高。此外, 试验砌块的对比试验中, 普通砂浆与专用砂浆一组进行对比, 采用浇水后的粉煤灰砖砌筑与干砖砌筑进行对比。
结束砌体试件的养护后送至专用试验室检测其力学性能, 表2为具体的试验数据:
上表中生产厂家的上标1是采用普通砂浆并对粉煤灰砖浇水湿润后的砌筑方式;上标2是采用专用砂浆以及粉煤灰砖浇水湿润后的砌筑方式;上标3是采用专用砂浆、干砖砌筑方式。
从表2的数据分析中发现, 砌体试件都能满足《砌体结构设计规范》 (GB50003-2001) 中规定的0.14MPa的抗剪强度;专用砌筑砂浆与粉煤灰砖之间达到了很好的的粘结度, 部分试件粉煤灰砖存在裂缝迹象, 但专用砂浆与粉煤灰砖的界面没有裂缝, 采用普通砂浆砌筑的试件, 砂浆与粉煤灰砖的界面处没有被剪开。
根据上述试验我们可以确定, 煤灰砖专用砌筑砂浆完全符合设计要求, 而且具有良好的和易性及粘结性, 粉煤灰砖可作为一种新型节能墙体材料广泛运用在建筑施工中。
摘要：本文简要介绍了粉煤灰砖这种新型墙体材料对建筑施工的重要性, 并通过砌体试验对这种材料的可行性进行了具体的分析。
专用砌筑砂浆 第2篇
我国砖砌体建造的各类房屋占70%以上,砖、砌块等在建筑行业中发挥着重要的作用[1,2]。但是,传统的烧结黏土实心砖生产能耗高、破坏耕地、影响环境。近年来,各地相继出台限制、禁止使用黏土砖的政策,推广应用非黏土砖已进入大规模实施阶段。
蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰、石膏以及骨料为原料,经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护等工艺制成的实心砖[3]。蒸压粉煤灰砖具有节能、利废、节土等优点,已成为替代黏土砖的主要承重墙体材料之一。但是,蒸压粉煤灰砖经高压成型,表面较光滑,与普通砂浆粘结性较差,砌体抗剪切强度偏低,且对温湿度变化敏感,再沿用黏土砖使用的普通砂浆已难以满足要求[4]。因此,研究与之匹配的专用砌筑砂浆对推广这类墙材具有重要的意义。本文通过正交试验优化外加剂配比,配制了柔韧性好、自收缩小的专用砂浆,通过粘结强度试验和砌体通缝截面抗剪切试验,研究该砂浆与蒸压粉煤灰砖的粘结性能和砌体抗剪切性能,为蒸压粉煤灰砖和预拌砂浆的推广应用提供参考。
1 试验
1.1 原材料
水泥:中国水泥厂生产的海螺牌PO42.5水泥。
细骨料:河砂,细度模数2.4。
粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰,比表面积470 m2/kg。
可再分散乳胶粉:固含量99%的5010N型可再分散醋酸乙烯酯-乙烯共聚胶粉,瓦克聚合物材料(上海)有限公司生产,用于改善砂浆柔韧性和粘结强度。
羟丙基甲基纤维素醚:具有增稠保水的作用,防止新拌砂浆分层离析,使其具有良好的工作性能。
减水剂:萘系高效减水剂,固含量93.2%,南京瑞迪高新技术公司产。
蒸压粉煤灰砖:规格为240 mm115 mm53 mm的MU25蒸压粉煤灰砖,符合JC 2392001《粉煤灰砖》标准规定的一等品要求。
1.2 试验方法
通过L9(34)正交试验优化外加剂配比,配制柔韧性好、自收缩小的专用砂浆。砂浆成型、养护及性能测试按照JGJ/T702009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》和DL/T 51262001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》的规定进行。
砌体通缝截面抗剪切试验依据GBJ 12990《砌体基本力学性能试验方法标准》进行,试件采用3层共9块砖组成的双剪试件,灰缝厚度控制在10 mm左右。
2 试验结果与分析
2.1 外加剂配比优化
正交试验采用胶砂比1∶5的砂浆,用水量以砂浆稠度控制在(80±10)mm为宜。基准砂浆未掺加任何外加剂,编号第0组;专用砌筑砂浆掺加的4种外加剂分别为:纤维素醚(A)、可再分散乳胶粉(B)、粉煤灰(C)、减水剂(D),按正交表依次编号为第1～9组。专用砂浆用粉煤灰等量取代水泥,各化学外加剂掺量均为胶凝材料总量的质量百分数,具体掺量及测试结果见表1。
试验过程中发现,专用砂浆在相同稠度(80±10)mm下的用水量比基准砂浆少20%～30%,分层度均小于20 mm,说明外加剂具有明显的增稠保水作用,可以改善砂浆拌和物的和易性,赋予砂浆良好的工作性能。此外,由表1可以看出,外加剂对硬化砂浆性能的影响:(1)外加剂的掺入使专用砂浆的弹性模量比基准砂浆小7.7%～54.6%,56 d收缩率比基准砂浆减小27.0%～47.9%,具有改善砂浆柔韧性和自收缩的作用;(2)外加剂使砂浆的抗压强度有一定损失。可见,外加剂对浆有正负两方面的影响,需在降低砂浆弹性模量和收缩率的同时尽量保持较高的抗压强度。
纤维素醚属于增稠保水剂,主要作用是减小砂浆分层离析,改善砂浆的施工性能。从表2的极差R可以看出,纤维素醚是影响砂浆强度的主要因素。砂浆的抗折强度和抗压强度随纤维素醚掺量的增加而明显减小,因此,需控制纤维素醚的掺量以保证砂浆强度。从表3可以看出,在纤维素醚掺量为0.1%时,专用砂浆的弹性模量平均值和56 d收缩率平均值分别0.954104 MPa、8.8910-4,分别比基准砂浆的低18%、35%左右。因此,考虑柔韧性、收缩性与强度间的平衡及成本控制,纤维素醚掺量选择0.1%。
可再分散乳胶粉对改善砂浆韧性的作用见图1。
从图1可以看出,乳胶粉掺量为2%和8%时,砂浆的弹性模量均小于乳胶粉掺量为5%的砂浆。此外,乳胶粉掺量为2%的砂浆56 d收缩率平均值最小。因此,可再分散乳胶粉的掺量选择2%,这样既可以满足低弹性模量和低收缩率的要求,又有利于成本控制。
粉煤灰的加入对砂浆的早期强度不利,但随着水化反应的进行和粉煤灰中活性火山灰成分的水化,可以提高砂浆的后期强度。表3的数据表明:(1)砂浆的弹性模量随着粉煤灰掺量的增加而降低;(2)粉煤灰掺量为15%时,砂浆的56 d收缩率最小;(3)粉煤灰掺量在20%和25%时的砂浆收缩率相差不大,比基准砂浆低30%左右。因此,粉煤灰等量取代25%水泥时,既可以降低砂浆弹性模量,又能有效减小砂浆收缩。
减水剂对砂浆的弹性模量影响不大,但对其收缩影响较大。从表3可以看出,减水剂掺量的增加会加大砂浆的收缩值,因此,减水剂掺量不宜过大。减水剂作为补偿砂浆强度损失的组分,掺量选0.6%为宜。
通过上述正交试验及结果分析,专用砂浆中各外加剂组分较佳掺量为:Ⅱ级粉煤灰等量取代25%的水泥,纤维素醚、可再分散乳胶粉和萘系高效减水剂依次按胶凝材料总质量的0.1%、2%和0.6%掺加。
2.2 砂浆粘结性能与砌体抗剪切性能
用于蒸压粉煤灰砖的砂浆不仅需要良好的韧性和较小的收缩,还应具有较高的粘结强度。按以上确定的外加剂掺量配制胶砂比1∶5的专用砌筑砂浆,采用相同胶砂比的普通水泥砂浆为基准砂浆,研究专用砂浆与蒸压粉煤灰砖的粘结性能和砌体抗剪切性能。
2种砂浆与蒸压粉煤灰砖的粘结强度和砌体抗剪强度试验结果见表4。
由表4可见,胶砂比1∶5的专用砂浆与蒸压粉煤灰砖的28d粘结抗拉强度为0.58 MPa,约为普通砂浆的2.1倍。对于表面光洁滑的蒸压粉煤灰砖,普通砂浆难满足粘结性能要求,因此,有必要采用粘结性能良好的专用砂浆。从砌体抗剪强度可知,专用砂浆砌筑的蒸压粉煤灰砖砌体抗剪强度高达0.51 MPa,是普通砂浆的3.6倍。粘结强度和砌体抗剪强度试验说明专用砂浆与蒸压粉煤灰砖具有良好的粘结性能,不仅可以提高砌体的防裂、抗渗性能,还有利于延长使用寿命、改善抗震性能。
2.3 破坏形态
2.3.1 拉伸粘结面破坏形态
在拉伸粘结强度试验过程中同时观察砂浆与蒸压粉煤砖的粘结面破坏形态,发现破坏界面可分为3类:剥离破坏的粘结界面、砂浆断裂面、粉煤灰砖断裂面(见图2)。
从图2可以看出,2种砂浆与蒸压粉煤灰砖的粘结破坏存在明显的差异:普通砂浆与蒸压粉煤灰砖粘结面的破坏以粘结界面剥离破坏和砂浆断裂破坏为主,而专用砂浆与粉煤灰砖粘结面的破坏以砂浆断裂破坏和粉煤灰砖断裂破坏为主。一般情况下,砂浆断裂和砖断裂都比粘结面剥离破坏需要更大的应力和较多的能量。这在一定程度上解释了专用砂浆与蒸压粉煤灰砖粘结强度明显高于普通砂浆的现象。较高的粘结强度可以保证砂浆与粉煤灰砖结合良好,有利于改善砌体的抗剪切性能。
2.3.2 砌体剪切面破坏形态
砌体抗剪切试验完毕后,对试件的剥离观察发现,剪切试件的破坏形态因砂浆不同而存在明显差异。普通砂浆蒸压粉煤灰砖剪切试件在砂浆与砖的粘结面上发生剥离破坏,破坏面较平整,砂浆与砖基本上是整体剥离[见图3(a)]。这种剥离破坏多源于砂浆与粉煤灰砖之间的粘结强度不足。而专用砂浆蒸压粉煤灰砖剪切试件的剪切面破坏主要是砂浆层被剪坏,破坏面呈凹凸状[见图3(b)]。砂浆层断裂破坏比粘结面剥离破坏需要更多的能量,这在一定程度上解释了专用砂浆粉煤灰砖砌体抗剪强度较高的现象。
3 结语
(1)专用砂浆中各外加剂组分的较佳掺量为:Ⅱ级粉煤灰等量取代25%的水泥,纤维素醚、5010N型可再分散醋酸乙烯酯-乙烯共聚胶粉和萘系高效减水剂依次按胶凝材料总质量的0.1%、2%和0.6%掺加。
(2)胶砂比1∶5的专用砌筑砂浆与蒸压粉煤灰砖的粘结强度为0.58 MPa,双剪砌体试件的平均抗剪强度为0.51 MPa,分别为普通砂浆的2.1倍和3.6倍,表现出良好的粘结性能。
参考文献
[1]宋永红,王向东,何向玲,等.新型墙体材料——混凝土多孔砖[J].西部探矿工程,2006(5):223-224.
[2]于秋波.免烧高掺量粉煤灰砖砌体的可靠度分析[J].河南科学,2003,21(3):323-325.
[3]刘立新,田高燕,蔡秀兰.表面带凸凹槽的蒸压粉煤灰砖砌体抗剪性能的试验研究[J].新型建筑材料,2009(1):10-12.
浅谈粉煤灰对砌筑砂浆性能的影响 第3篇
1 粉煤灰简介
粉煤灰是从电厂煤粉烟道气体中收集的粉末, 由大量的球状玻璃珠和少量的莫来石、石英等结晶物质组成, 实际上它也属于火山灰质混合材料, 其水硬性原理与火山灰质混合材料基本相同。根据煤种分为F类粉煤灰和C类粉煤灰, 按照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 (GB/T 1596-2005) 规定, 将用于拌制砼和砂浆的粉煤灰分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级, 其主要技术要求见表1。
%
Ⅲ级粉煤灰主要用于无筋砼和砂浆。
2 粉煤灰砂浆的性能特点
砂浆中掺入适量粉煤灰可改善砂浆的和易性、提高强度及耐久性。首先, 由于粉煤灰的形态效应和微集料效应, 使其在砂浆中具有调节凝胶量和凝胶过程的功能、填充砂浆孔隙和堵截毛细孔功能、与水泥整体的协调功能等, 使粉煤灰砂浆物理化学作用达到动态平衡, 起到了改善砂浆和易性和提高砂浆质量的作用。其次, 由于粉煤灰的活性效应, 能与水泥水化过程中析出的氢氧化钙缓慢进行“二次反应”, 在表面生成具有胶凝性能的水化铝酸钙, 它与水泥浆硬化体晶格坚固地结合起来, 进而增长砂浆后期强度, 提高砂浆的耐久性。
3 砂浆王及其作用
砂浆王是一种俗称, 有人也叫它岩石精, 水泥塑化剂等。它是一种作用于胶结料 (水泥) 中, 用以改善水泥砂浆性能的物质, 属于砼外加剂范畴。主要作用是改善砂浆的和易性、保水性, 提高砌抹效率, 减少落地灰, 在砂浆中主要起到扩散水泥、乳化发泡等作用。可克服起壳、开裂等通病, 在充气砼、普通砼的地面, 打底或面层使用最佳。
4 试验原材料、配合比与试验方法
试验使用的主要原材料包括:红狮P.C 32.5R水泥;堆积密度γ=1320kg/m3, 细度模数Mx=2.3的天然河砂;嵩能Ⅲ级粉煤灰。配合比的设计及试验方法分别按照《砌筑砂浆配合比设计规程》JGJ 98-2000、《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》JGJ 28-86及《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ/T 70-2009等执行。
对水泥砂浆、水泥粉煤灰砂浆、掺砂浆王水泥砂浆进行对比试验, 各砂浆配合比见表2, 其中粉煤灰取代水泥率βm=15%;超量系数δm=1.5, 砂浆王掺量为水泥用量的0.2%, 选取单位体积砂浆所用水泥、砂、粉煤灰、外加剂和水进行试配、调整, 直到砂浆的稠度控制在50~70 mm之间。
kg/m3
5 试验结果与分析
对各组砂浆拌合物分别进行稠度、分层度、密度、抗压强度、密度及收缩性试验, 试验结果见表3, 其中稠度、分层度分别测两次。
主要原因: (1) 粉煤灰是由大小不等的球状颗粒的玻璃体组成, 表面光滑致密, 在砂浆拌和物中能起该球状颗粒作用。 (2) 砂浆拌制过程中水泥颗粒易聚集成团, 粉煤灰的掺入可有效分散水泥颗粒, 释放更多的浆体来润滑骨料, 使水泥水化
5.1 稠度
从表3稠度测试值中可以看出, 随着水泥用量的增加, A1、A2、A3两次稠度测试值相差分别为7mm、5mm、5mm, B1、B2、B3两次稠度测试值相差分别为2mm、2mm、3mm, C1、C2、C3两次稠度测试值相差分别为1mm、1mm、0mm, 说明掺粉煤灰和砂浆王的砂浆保水性能较稳定。
5.2 分层度
从表3分层度测试值中可以看出, 随着水泥用量的增加, A1、A2、A3两次分层度测试值相差分别为5mm、6mm、6mm, B1、B2、B3两次分层度测试值相差分别为2mm、3mm、2mm, C1、C2、C3两次分层度测试值相差分别为2mm、2mm、1mm, 说明粉煤灰砂浆和掺砂浆王的砂浆的保水性能比水泥砂浆稳定。
图1给出了水泥砂浆、粉煤灰砂浆和掺砂浆王砂浆的分层度, 可以看出, 随水泥掺量的增加, A1、A2、A3的分层度分别为32mm、29mm、25mm, B1、B2、B3的分层度分别为23mm、21mm、19mm, C1、C2、C3的分层度分别为20mm、18mm、16mm。随着砂浆等级的增大, 灰砂比的增大, 粉煤灰砂浆和水泥砂浆的分层度相差分别为9mm、8mm、6mm, 掺砂浆王砂浆和水泥砂浆的分层度相差分别为12mm、11mm、9mm, 呈逐渐减小态势。同等级粉煤灰砂浆和掺砂浆王砂浆的分层度明显低于水泥砂浆, 说明粉煤灰和砂浆王能明显改善砂浆的和易性, 且砂浆等级越低, 其改善砂浆和易性的作用越明显。
更充分, 提高砂浆的密实度, 减少泌水和离析现象, 从而使砂浆具有良好的保水性。 (3) 砂浆王的掺入, 使砂浆减少用水量约40%, 其特有的组成成分使砂浆产生大量气泡, 提高了砂浆的流动性与保水性, 减少泌水和离析现象。
5.3 抗压强度
从图2和图3可以看出, 随水泥掺量的增加, 粉煤灰砂浆的7d抗压强度分别是同龄期水泥砂浆抗压强度的91%、92%、94%, 28d抗压强度分别是同龄期水泥砂浆抗压强度的107%、110%、113%;而掺砂浆王的砂浆7d抗压强度只达到同龄期水泥砂浆抗压强度的55%、62%、67%, 28d抗压强度只达同龄期水泥砂浆抗压强度的59%、60%、64%。说明在7d龄期内, 粉煤灰砂浆强度的增长比水泥砂浆缓慢, 而28d以后粉煤灰砂浆强度的增长可超过水泥砂浆, 而砂浆王对砂浆强度的贡献却不尽人意, 大大降低了砂浆的强度。
从图4和图5可知, 随水泥掺量的增加, 水泥砂浆的60d抗压强度分别为6.9MPa、10.6MPa、13.0MPa, 粉煤灰砂浆的60d抗压强度分别为8.0MPa、11.7MPa、15.5MPa, 高于水泥砂浆的60d抗压强度;掺砂浆王砂浆的60d抗压强度仅为4.1MPa、6.3MPa、8.0MPa, 低于水泥砂浆的60d抗压强度;粉煤灰砂浆 (B1、B2、B3) 的60d、180d抗压强度分别比28d抗压强度增长23%和38%、18%和36%、21%和33%, 水泥砂浆 (A1、A2、A3) 的60d、180d抗压强度分别比28d抗压强度增长13%和23%、18%和28%、15%和22%, 掺砂浆王砂浆 (C1、C2、C3) 的60d、180d抗压强度分别比28d抗压强度增长14%和25%、17%和28%、11%和19%。说明随着28d以后龄期的增加, 粉煤灰砂浆抗压强度的增长优势比水泥砂浆和掺砂浆王砂浆明显。
这是因为粉煤灰中所含的SiO2和Al2O3具有化学活性, 能与水泥水化产生的Ca (OH) 2反应, 生成类似水泥水化产物中的水化硅酸钙和水化铝酸钙, 可作为一部分胶凝材料而起增强作用。由于粉煤灰的活性比水泥小, 在28d龄期内, 粉煤灰砂浆的强度增长相对较缓, 掺量越大越明显, 而随着28d以后龄期的增长, 粉煤灰与Ca (OH) 2反应生成的水化硅酸钙不断增多, 使砂浆强度不断增长, 甚至超过水泥砂浆强度的增长。说明粉煤灰砂浆具有良好的增强性能。而掺了砂浆王后导致砂浆含气量增加, 砂浆体积膨胀, 从而降低了强度。
5.4 密度
从表3可以看出, 在水泥掺量相同的情况下, 粉煤灰砂浆的密度分别比水泥砂浆密度大10kg/m3, 而掺砂浆王砂浆的密度却比水泥砂浆密度分别小10kg/m3, 10kg/m3, 20kg/m3, 这也说明了粉煤灰砂浆因具有较好的密实度而增加强度, 掺砂浆王砂浆因使砂浆膨松而降低强度。
5.5 收缩性
从图6水泥掺量为275kg/m3时水泥砂浆和粉煤灰砂浆7d、14d、21d、28d、56d的收缩值可以看出, 粉煤灰砂浆在各龄期的收缩值均低于水泥砂浆的收缩值, 原因是粉煤灰在水化早期不参与水化并填充孔隙而减少收缩, 在后期因其二次水化反应生成更多固相成分而弥补收缩。说明粉煤灰的掺入不论是在水化早期还是后期, 都能很好地抑制化学收缩的发展。由于砂浆在砌体中的弹性模量比砌体的弹性模量低, 因此砂浆对砌体的收缩性能影响不大。
6 结论
粉煤灰应用于砌筑砂浆中具有以下优点: (1) 能明显改善砂浆的和易性; (2) 能显著提高砂浆的后期抗压强度; (3) 与水泥砂浆相比, 粉煤灰砂浆具有较小的收缩性; (4) 能充分利用粉煤灰潜在活性, 减少水泥用量, 降低砂浆生产成本; (5) 能变废为宝, 化害为利, 节约堆放粉煤灰的大量宝贵土地;因此, 推广使用粉煤灰砂浆具有显著的技术、经济和社会效益。
砂浆王虽然对砂浆拌合物也有改善和易性的作用, 但考虑在相同水泥用量的情况下会较大程度降低砂浆强度, 在满足稠度和强度的情况下, 反而要增加水泥用量, 不利于节约成本, 因此在有强度要求的砂浆中不建议加入。
摘要：通过对砌筑用水泥砂浆与掺粉煤灰砂浆和掺砂浆王砂浆的强度、稠度、分层度、密度、收缩值进行比较分析, 总结出粉煤灰能有效改善砂浆和易性, 减少干缩, 提高砂浆后期强度及耐久性。
关键词：粉煤灰砂浆,水泥砂浆,稠度,分层度
参考文献
[1]JGJ98-2000, 砌筑砂浆配合比设计规程
[2]JGJ/T70-2009, 建筑砂浆基本性能试验方法
[3]JGJ28-86, 粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程
钠基膨润土对砌筑砂浆性能的影响 第4篇
砌筑砂浆是将胶凝材料、细骨料和水按一定比例混合均匀搅拌形成的砂浆,主要用于砌筑墙体、基础、烟囱以及地面构筑物,起粘结砌块和传递载荷的作用,是墙体结构的重要组成部分[1]。
膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿,其主要成分为二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)和水等化学组分组成。其中所含的Na2O和CaO含量对膨润土的物理化学性能和工艺技术性能影响颇大。按蒙脱石所含可交换阳离子种类、含量和结晶化学性质等,可将膨润土划分为钠基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱土性土)和天然漂白土(酸性土或酸性白土)三种。钠基膨润土是指其主要矿物蒙脱石层间主要交换阳离子Na+,碱性系数≥1的一种碱性土。其主要特性为:吸水速度慢,但吸水率和膨胀倍数大;阳离子交换量高;在水介质中分散高,胶质价高,具有很高的使用价值和经济价值[2,3,4]。
建筑砂浆设计强度等级通常较低,普通砂浆强度较易满足其要求[5,6],但在和易性、保水性和施工性等方面存在缺陷,涂抹后容易开裂甚至剥落,不利于商品砂浆的推广及大规模使用。为了保证砂浆的和易性及保水性,需要加入必要的外加剂进行改善。钠基膨润土本身具有很好的吸水和保水性能,可将膨润土应用于增稠保水材料的配制[7,8]。
2 原材料与实验方案
2.1 原材料
水泥:采用武汉华新水泥生产的P.O.42.5普通硅酸盐水泥,其物理性能见表1,化学成分分析见表2。
粉煤灰:采用武汉阳逻电厂的Ⅱ级粉煤灰,主要成分为SiO2和Al1.272Si0.728O4.864,物理性能见表3。
硅灰:采用武汉钢铁股份有限公司生产密致硅灰,SiO2含量>85%;
灰钙粉:采用湖北黄石玉清矿粉厂生产的工业级灰钙粉,纯度90%以上,主要成分为CaCO3和Ca(OH)2;
钠基膨润土:采用上海试四赫维化工有限公司产的化学纯CP膨润土,技术指标见表3。
砂:标准砂。
拌合水:自来水。
2.2 实验方案
试验通过在普通砂浆配合比的基础上,掺入不同掺量(0-3%)的钠基膨润土,水胶比0.45,胶砂比2:3,进行胶砂试验。其中胶凝材料为水泥:粉煤灰:硅灰:灰钙粉=9:8:2:1。实验过程中采用砂浆程控搅拌机进行搅拌,搅拌过程为先慢搅60s,在后30s时间同时加砂,稳停90s后快搅90s,整个过程持续240s。取得到的砂浆拌合物做湿密度、保水性和流动度测试,将剩余的砂浆倒入40mm×40mm×160mm试模成型,在标准条件(温度20±3℃,湿度大于90%以上)下养护至相应龄期做抗折抗压强度试验,以蒸压加气混凝土砌块为基体,测试28d拉伸粘结强度。
3 试验结果及分析
3.1 钠基膨润土对新拌砂浆流变性能的影响规律
不同掺量膨润土对砂浆流变性能的影响如图1所示。
图1为不同掺量膨润土-水泥砂浆剪切应力和表观粘度与剪切速率的关系曲线,取剪切速率由0s-1增大到200s-1阶段时的数据得到剪切应力和表观粘度与剪切速率之间的关系曲线。由图1 (b)可知,在膨润土掺量为0%到3%范围时,其最大粘度大体随掺量的增加呈现出增大的趋势,且在掺量为0.5%、1%、2%和3%时粘度最大值相对于未掺加纤膨润土时增幅分别为147%、87%、194%和300%。表明膨润土在对水泥砂浆的早期粘度起到了增强的作用。可能的原因是膨润土具有吸湿性,吸水后膨胀可达原体积的30余倍,在水介质中能分散呈胶体悬浮液,这种悬浮液具有一定的粘滞性、触变性和润滑性,加上自身具备的吸附能力,表现为砂浆的表观粘度的增加。
3.2 钠基膨润土对新拌砂浆物理性能的影响规律
如图2所示,随着膨润土掺量的增加,砂浆拌合物湿密度略有所下降,这表明,膨润土溶入浆体后,浆体的体积略有膨胀。如图3所示,砂浆拌合物的保水性随膨润土掺量的增加表现出先增加后趋于稳定,但增加幅度并不明显;未掺膨润土时,砂浆的保水率为97.8%,膨润土掺量为1.0%时,砂浆的保水率为98.5%,仅提高0.7%。但由于随着膨润土的掺入,提高了砂浆的用水量,同样质量砂浆中保持的水分增加,这不仅有利于砂浆保持良好的工作性,而且使得砂浆中有足够的水进行后期水化。
图4为砂浆流动度随钠基膨润土掺量的变化,如图所示,砂浆流动度随膨润土掺量的增加而显著降低;这是由于膨润土的加入,在水中溶解会形成高度分散的网状结构,吸收自由水为网状结构中的结合水。当有外力作用时,网状结构被破坏,凝胶物变为低粘滞性的悬浮液。
3.3 钠基膨润土对新拌砂浆力学性能的影响规律
图5、图6分别为砂浆7d、28d抗折、抗压强度随钠基膨润土掺量的变化曲线。由图可以看出,随着膨润土掺量的增加,砂浆7d、28d抗折抗压强度均表现出减小的趋势,具体表现为当膨润土掺量从0.5%增加到3%时,7d抗折强度分别降低了15.6%、22.2%、37.8%、53.3%,抗压强度分别降低了29.3%、38.8%、44.2%、63.7%;28d抗折强度分别降低了6.3%、25.4%、33.3%、39.7%,抗压强度分别降低了29.3%、38.8%、44.2%、47.5%。图7和图8分别为砂浆拉伸粘结强度、线性收缩率随钠基膨润土掺量的变化曲线。由图可知,砂浆的拉伸粘结强度、线性收缩值随着膨润土掺量的增加逐步增大。最大砂浆拉伸粘结强度约为空白砂浆的1.6倍,最大线性收缩为空白砂浆的1.4倍。
实验表明:膨润土对砂浆粘结强度有一定的增强,但是相对抗压强度的下降,粘结强度增强的效果被削弱了,同时造成了砂浆线性收缩率的增大,不利于抵抗砂浆开裂和内部空腔的形成。
4 微观性能与水化速率
4.1 XRD分析
图9由上至下分别为膨润土掺量为0%、0.5%、1%、2%、3%的砂浆28d图谱。图谱中主要检测到SiO2、CaCO3和钙矾石的衍射峰。由图可以看出,膨润土的掺入并没有改变水化产物的种类。随着膨润土掺量的增加,SiO2峰强减弱的幅度相对最大,而CaCO3峰强相对于SiO-1峰强有了大的增强,表明28d水化产物中由一定量的CaCO3产生,甚至超过了本身具有的SiO-1晶体。而钙矾石的衍射峰强没有明显变化,说明膨润土并没有促进钙矾石的生成。
4.2 SEM分析
图10为砂浆28d水化SEM图谱。由图10(a)中水泥砂浆×5000倍SEM扫描可以看出,砂浆中存在大量的水化硅酸钙C-S-H凝胶、呈针状的钙矾石和呈六方板块的Ca(OH)2等物质。在水泥砂浆×10000倍SEM扫描看出少量细小的针状钙矾石水泥未水化物质颗粒表面和之间,相互联结成网状结构,水化硅酸钙C-S-H凝胶填充于水泥颗粒之间,形成结构致密的复合体。可以随着水泥水化作用的进行,水分减少留下孔隙。表面孔隙较少,受到破坏时相应能够吸收更大的应力,表现出较高的强度。
由图10(b)中膨润土×5000倍SEM扫描可以看出,掺量为0.5%时,产生的聚合物与水泥水化产物形成膜状物,附着在水泥水化产物表面构成网状结构,在应力作用下可以吸收能量抑制微裂纹的产生,从而有效控制砂浆的开裂、空腔。聚合物膜自身的拉伸粘结强度高,对水泥砂浆的拉伸粘结强度有较大改善。
5 结语
在新拌砂浆中掺入一定量的钠基膨润土,对其物理性能、力学性能、流变性能及微观形貌上均会出现不同程度的变化:
1)随着膨润土掺量的增加,砂浆拌合物湿密度略有所下降;保水性表现出先增加后趋于稳定,但增加幅度并不明显;砂浆流动度显著降低。由于膨润土的加入,在水中溶解会形成高度分散的网状结构,吸收自由水为网状结构中的结合水。当有外力作用时,网状结构被破坏,凝胶物变为低粘滞性的悬浮液。
2)随着膨润土掺量的增加,砂浆7d、28d抗折抗压强度均表现出减小的趋势,掺量为3.0%时,7d抗折强度降低53.3%、抗压强度降低63.7%,28d抗折强度降低39.7%,抗压强度降低47.5%;砂浆的拉伸粘结强度、线性收缩值逐步增大。最大砂浆拉伸粘结强度约为空白砂浆的1.6倍,最大线性收缩为空白砂浆的1.4倍。
3)随着膨润土掺量的增加,新拌砂浆最大粘度随掺量的增加呈现出增大的趋势,掺量为3.0%时,相对于未掺加纤膨润土时增幅300%,这表明膨润土在对水泥砂浆的早期粘度起到了增强的作用。
(4)当膨润土掺量为0.5%时,观察砂浆硬化体微观形貌图,产生的聚合物与水泥水化产物形成膜状物,附着在水泥水化产物表面构成网状结构,从而可以有效控制砂浆的开裂、空腔,可以改善砌筑砂浆的拉伸粘结强度。
摘要：针对钠基膨润土的不同掺量对砌筑砂浆的物理性能以及砂浆硬化后的力学性能和微观形貌的影响进行研究。结果表明:在水泥砂浆中,随着掺入钠基膨润土掺量的增加,新拌砂浆的湿密度、流动性能有所降低,但其保水性能逐渐增加并趋于稳定;同时,砂浆7d、28d抗折抗压强度均表现出减小的趋势,当其掺量为3.0%时,7d抗压强度降低63.7%,28d抗压强度降低47.5%;砂浆的拉伸粘结强度、线性收缩值随着膨润土掺量的增加逐步增大。
关键词：钠基膨润土,砌筑砂浆,力学性能,微观形貌
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专用砌筑砂浆 第5篇
关键词：功能性外加剂,膨胀剂,聚合物胶粉
1 前言
砼小型空心砌块砌体结构具有节土、节能、利废、自重轻、施工速度快等特点, 是替代粘土砌砖体结构的一种主要结构体系。但因砼小型空心砌块是薄壁大孔构件, 空心率在45%左右, 水平灰缝结合面小且呈条状、砂浆受压面不到砌块毛面积的一半, 加之竖向灰缝高 (190mm) , 是砖竖缝的3倍多, 易收缩开裂, 故砌块的灰缝砂浆饱满度及均匀性差, 砌体抗拉、抗剪强度低。若采用普通砌筑砂浆砌筑时, 相同砂浆强度等级下砼小型空心砌块砌体的抗剪强度仅为砖砌体的50%～55%, 而且普通砌筑砂浆在砌块端部难以挂灰, 不易保证竖向灰缝的饱满度, 很难满足砼小型空心砌块对砌筑砂浆提出的高和易性和高粘结性的要求, 容易导致墙体开裂、渗漏等质量问题。要解决砼小型空心砌块砌体开裂的问题, 有必要探讨影响砂浆性能的成因, 改善砂浆的和易性和与砌块的粘结强度, 提高砌体的抗裂能力, 从而达到控制裂缝的目的。
2 试验用主要原材料
2.1 胶凝材料
本实验采用安徽海螺水泥股份有限公司生产的PO42.5普通硅酸盐水泥, 化学组成和力学性能指标见表2-1和2-2。
2.2 骨料
普通河沙:过2.5mm筛, 砂子级配符合《建筑用砂》 (GB/T14684-2001) [1]Ⅱ区颗粒级配的要求, 细度模数Mx=2.4。
2.3 矿物掺合料
本实验矿物掺合料采用南京热电厂的Ⅱ级粉煤灰, 细度为13.8% (45μm方孔筛筛余) , 需水量比为98.6%, 其化学成分见表2-3。
2.4 外加剂
(1) 聚合物胶粉
选用两种聚合物胶粉, 分别是polymer80和polymer60。
(2) 纤维素醚
试验选取了国内五个品种规格的纤维素醚 (HPMC) , 具体见表2-4。
(3) 膨胀剂
选取EA-1和EA-2两种。
(4) 纤维
试验选用PP纤维, 这种纤维耐碱耐酸性好, 且有较好的使用温度。
3 试验研究方案及方法
3.1 试验研究方案
根据文献资料, 按照标准《砌筑砂浆配合比设计规程》 (JGJ98-2000) [2]设计可能的配合比试拌砂浆, 综合《混凝土小型空心砌块和混凝土砖砌筑砂浆》 (JC860-2008) [3]和江苏省标准《预拌砂浆生产与应用技术规程》 (DGJ32/J13-2005) [4]的要求, 采用实际使用的原材料和功能性外加剂 (保水剂、增稠剂、膨胀剂、分散剂等) , 探索在砂浆要求的标准稠度下, 能提高砂浆各方面技术性能指标要求 (保水率、凝结时间、收缩率、抗压强度、粘结强度、抗渗性等) 的功能外加剂适宜掺量。
3.2 试验研究方法
3.2.1 砂浆基本性能
砂浆的稠度、凝结时间和强度均采用《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 (JGJ/T70-2009) [5]规定的方法测试。
3.2.2 保水率
保水率试验按照江苏省标准《预拌砂浆生产与应用技术规程》 (DGJ32/J13-
2005) 中的砂浆保水率试验方法进行。
3.2.3 收缩和膨胀
(1) 早期阶段的塑性膨胀
它是用竖向膨胀率表示, 实质是体积膨胀百分数, 测定方法用“水泥基灌浆材料应用技术规范”GB/T50448-2008附录A检验方法A0.5[6]。
(2) 后期的收缩
收缩试验按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 (JGJ/T70-2009) 规定的收缩试验方法进行。
3.2.4 粘结强度
按照江苏省标准《预拌砂浆生产与应用技术规程》 (DGJ32/J13-2005) 中规定的砂浆粘结强度试验方法用拉拔法测量砂浆的28d粘结强度。
4 结论及分析
4.1 砂浆强度影响因素分析
4.1.1 胶砂比对砂浆强度的影响
水泥用量是影响砂浆强度的主要因素, 选定胶砂比为1∶2、1∶3、1∶4、1∶5, 控制稠度为90～100mm, 测定其28d强度, 试验结果如表4-1所示。
由表4-1可以看出, 控制稠度在一定的条件下, 随着胶砂比的增加, 加水量逐渐增加, 从而砂浆的28d强度逐渐减小。
4.1.2 粉煤灰掺量对砂浆强度的影响
选定粉煤灰对水泥的取代率为10%、20%、30%, 考察胶砂比为1∶4, 稠度控制在90～100mm条件下, 粉煤灰不同取代率对砂浆强度的影响。表4-2和图4-1是不同粉煤灰掺量下砂浆的7d及28d抗压强度值。
由表4-1及图4-1可知, 粉煤灰等量取代掺入法配制砂浆, 7d、28d龄期的强度均达不到基准砂浆的强度, 且7d强度降低更多。比较得出, 掺入粉煤灰10%时, 7d强度降低了30.7%, 28d强度降低了17.1%, 当掺量增加时, 7d强度的降低值亦比28d强度的降低值要多。
当原材料和环境条件一定时, 掺粉煤灰砂浆的强度增长主要取决于粉煤灰的火山灰效应, 即粉煤灰中玻璃态的活性氧化硅、氧化铝与水泥浆体中的Ca (OH) 2作用生成碱度较小的二次水化硅酸钙、水化铝酸钙的速度和数量。粉煤灰在砂浆中, 当Ca (OH) 2薄膜覆盖在粉煤灰颗粒表面上时, 就开始发生火山灰效应。但由于Ca (OH) 2薄膜与粉煤灰颗粒表面之间存在着水解层, 钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性组分反应, 反应产物在层内逐级聚集, 水解层未被火山灰反应产物充满到某种程度时, 不会使强度有较大增长。随着水解层被反应物充满, 粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系, 从而导致砂浆强度、不透水性和耐磨性的增长, 这就是掺粉煤灰砂浆早期强度 (28d以前) 较低、后期强度增长较高的主要原因。
4.2 HPMC对砂浆性能的影响
4.2.1 不同品种规格的HPMC对砂浆性能的影响
选取胶砂比为1∶4、粉煤灰掺量为30%, 控制稠度90～100mm, 考察HPMC粘度为50000、掺量为0.3%时不同品种规格的HPMC对砂浆保水率及28d强度的影响。试验结果如图4-2、4-3所示。
从图4-2可以看出, 在掺量和粘度相同的条件下, 不同品种规格的HPMC对砂浆的保水率影响差别不大, 但与不加HPMC的砂浆相比, 其保水率是提高了, 从88%提高到了98.1%;由图4-3可知, 不同品种规格的HPMC对砂浆的强度均有降低的作用, 其降低程度稍有差异。综合这两个图来看, HPMC-D对砂浆有较高的保水率并且对其强度的降低较小。
HPMC由于分子间的作用力 (范德华力) , 具有良好的保水能力, 可以保证胶凝材料水化作用的均匀性和完全性, 因为它与水有大致相同的蒸发热和毛细管扩散作用。同时, HPMC加入到水泥砂浆中后, 会形成许多微气泡, 这些气泡起着如滚珠轴承般的作用, 使新拌砂浆和易性得以改善。但纤维素醚会增加砂浆的气孔率, 使砂浆密度降低、强度性能有所下降。
4.2.2 HPMC掺量对砂浆性能的影响
选取胶砂比为1∶4、粉煤灰掺量为30%, 稠度在90～100mm时, 考察HPMC-D不同掺量对砂浆保水率及28d强度的影响。试验结果如图4-4、4-5所示。
从图4-4可以看出, 随着HPMC掺量的增加, 砂浆的保水率也逐渐增加, 当保水剂的掺量为6‰时, 砂浆的保水率可达99%, 保水剂的保水效果显著。但由图4-5可知, 随着HPMC-D掺量的增加, 砂浆的强度逐渐降低, 当掺量为6‰时砂浆的强度降低值接近45%。这是因为HPMC-D的掺量越多, 在砂浆中形成的气泡会越多, 砂浆的密实度会因此而降低, 造成了强度的下降。
4.3 EA-1对砂浆塑性膨胀性能的影响
塑性膨胀是指干粉砂浆加水搅拌成浆体后到砂浆终凝前的塑性阶段, 具有一定的膨胀率 (一般要0.1%～3%) 。砂浆上墙后, 由于基材吸水, 水泥水化和向空气中蒸发三方面失去砂浆的自由水, 体积收缩较大。对砌筑砂浆的竖缝一定开裂, 粘结强度下降;抹面砂浆如收缩过大亦会出现塑性开裂。为了抵消这部分塑性收缩, 新拌砂浆应具有一定膨胀才能保障砌筑竖缝的饱满。由于EA-1颗粒细小而分散, 在砂浆 (或加气砼) 中形成大量细小而均匀的气泡, 使塑性状态的砂浆体积产生膨胀。影响砂浆塑性膨胀效果的因素包括EA-1掺量、颗粒细度及使用时的温度。试验中考察了EA-1不同掺量0.05%、0.1%、0.2%对砂浆塑性膨胀性能的影响, 结果如图4-6所示。
从图4-6可以看出, EA-1掺量越多膨胀率越大。当掺量为0.2%时膨胀率为5.15%, 我们对砂浆的塑性膨胀率要求在1%～3%, 膨胀率过大, 会引起开裂, 因此EA-1的掺量控制在0.01～0.05%为宜。
4.4 聚合物胶粉对砂浆粘结强度的影响
资料表明, 胶粉对无机和有机材料都具有较好的粘结性。在砂浆中掺入胶粉可以明显改善砂浆的粘结强度。我们试验选取了胶砂比为1∶4、粉煤灰掺量为30%的砂浆在聚合物胶粉不同掺量下对砂浆粘结强度的影响情况, 试验的基体是混凝土板, 其结果如图4-7所示。
由图4-7可知, 随着聚合物胶粉掺量的增加, 砂浆的粘结强度亦逐渐增加, 与不加胶粉的砂浆的粘结强度值相比, 当掺量为7%时, 砂浆的粘结强度提高了3倍多, 其值接近2.0MPa, 但聚合物胶粉掺量再增加时砂浆的粘结强度值增加不明显, 曲线趋势较平稳, 这也就说明聚合物胶粉的掺量对砂浆的粘结强度影响有个最佳值, 此外从经济分析角度出发胶粉的掺量也不宜过多。本试验中聚合物胶粉的掺量为7%时可达到我们的预期效果。
参考文献
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[2]砌筑砂浆配合比设计规程, JGJ98-2000, 北京, 中国建筑工业出版社, 2000.
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[4]预拌砂浆生产与应用技术规程, DGJ32/J13-2005, 南京, 东南大学出版社, 2005.
[5]建筑砂浆基本性能试验方法标准, JGJ/T70-2009, 北京, 中国建筑工业出版社, 2009.
专用砌筑砂浆 第6篇
1 原料及试验方法
1.1 原料的选择
考虑水泥的性能和价格等多方面原因, 本实验采用PS32.5级矿渣硅酸盐水泥。粉煤灰采用热电厂生产的Ⅱ级干排粉煤灰。松散密度为570kg/m3, 比表面积为280m2/kg, 化学成份见表1。砂子采用细砂, 其干燥堆积密度为1450kg/m3, 表观密度为2650kg/m3, 砂的具体技术指标见表2。添加剂选用市面常见的一种可再分散乳胶。
1.2 试验设计步骤
采用正交设计[3,4]进行配合比设计, 选用L9 (34) 正交实验表安排实验, 根据常用砂浆的强度等级, 本实验以M10为例做实验, 实验因素水平见表3。
2 实验结果数据分析
2.1 抗压强度及数据分析
各组试验配比砂浆立方体的7d、28d抗压强度值见表4。
由方差分析可得, 胶砂比和粉煤灰掺量对砂浆的抗压强度影响效果显著, 而乳胶掺量对其影响并不明显, 为次要因素。
2.2 粘结强度及数据分析
28d的粘结抗剪强度见表5。
通过对砂浆28d粘结抗剪强度试验的分析可得出胶砂比和乳胶对砂浆粘结抗剪强度的影响比较显著, 而往该专用高性能砂浆中加入乳胶可在固化砂浆中形成由无机与有机粘结剂构成的体系, 即水硬性材料构成脆硬性骨架, 以及乳胶在间隙与固体表面成膜构成的柔性网络, 从而明显提高砂浆的粘结抗剪强度。
3 结语
通过以上的试验和分析, 可以得出以下结论。
(1) 在普通砂浆中掺入适量粉煤灰和外加剂可以明显提高砂浆抗压强度、粘结强度、耐久性、减少收缩和泌水等性能。经过上述研究得出砌筑蒸压粉煤灰砖专用高性能砂浆最佳配制方案为胶砂比为1∶4, 粉煤灰掺量为20%, 乳胶掺量为3%。
(2) 在相同的环境条件下用同等的材料, 胶砂比为1∶4的比例配制出的普通M10砂浆的抗压强度和抗剪强度分别为12Mpa、0.24Mpa, 而加入粉煤灰和乳胶的砂浆最佳配制方案所配制出的抗压强度和抗剪强度分别为17.1Mpa、0.88Mpa, 与普通砂浆相比抗压强度提高42%, 抗剪强度提高267%, 这说明加入粉煤灰和乳胶可显著提高砂浆的应用性能。
(3) 由于粉煤灰为一种工业废品, 虽然现在以加强对粉煤灰综合利用的研究, 但利用量仍远远赶不上排放量的增长, 致使粉煤灰堆积量越来越大, 不仅占用了大量宝贵的可耕地资源, 而且严重污染了环境。本文中专用高性能砂浆的研制将有利于蒸压粉煤灰砖的推广, 从而有益于粉煤灰的回收利用和减小粉煤灰对环境的污染。
参考文献
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应用改性的氟石膏制备专用砌筑材料 第7篇
山东某公司每年排放的氟石膏约1 Mt,主要供给水泥厂用作缓凝剂,但由于相关产业产能及其他因素的限制,排放的氟石膏很难销售;如果作为固体废弃物堆存,不仅占用大量土地,还直接污染土壤和地下水环境,给人类的生活带来极大的危害。因此,为了尽快消化掉该公司氢氟酸生产过程中排放的氟石膏,开展氟石膏综合利用研究势在必行。利用氟石膏制备胶结材料或专用砌筑材料是氟石膏的利用方向之一。现有文献对此也有报道,但氟石膏的利用率基本在80%以下[8,9,10,11,12,13,14],主要是氟石膏的水化和凝结硬化能力没有得到充分发挥。为了提高氟石膏水化和凝结硬化的能力,目前常采用物理改性或化学改性的方法激发氟石膏的活性[15,16,17,18,19]。因此,本文在前人研究的基础上,分别考察了物理改性、化学改性、物理与化学同时改性对其活性激发效果的影响。其中,物理改性采用粉磨处理的方法,研究了不同粉磨时间对凝结时间和标准稠度用水量以及强度的影响;化学改性中研究了不同的激发剂对氟石膏不同龄期强度、凝结时间以及标准稠度用水量的影响,并在进行一系列的各激发剂掺量单一试验后,利用正交表进行正交试验;物理与化学同时改性中研究了激发剂对其凝结时间、标准稠度用水量以及强度的影响。
1 试验
2.1 试验原料
氟石膏:取自山东某氟化工厂,灰白色颗粒。由负压筛分仪筛分得其0.2 mm的筛余量为≤15%。氟石膏的化学成分、X射线衍射分析以及基本性能分别见表1、表2和图1。
明矾、硫酸钠:分析纯,购于济南化工市场。
β型半水石膏、熟石灰、标准砂等均购于济南化工市场。
水泥为山东山水水泥集团有限公司生产的P·O 42.5水泥;拌和水为自来水。
2.1 试验与测试方法
试验分如下几个阶段进行:首先,进行氟石膏中和试验,确定熟石灰的掺量;然后,分别进行物理改性与化学改性试验,确定最佳改性参数,得出性能较好的改性氟石膏;最后,为了得到性能较好的氟石膏砌筑材料,满足砌筑材料要求,考虑加入少量水泥并确定较佳用量。
各项性能测试参照《砌筑水泥》(GB/T 3183-2003)标准,测定氟石膏胶结材凝结时间、标准稠度用水量、抗折强度及抗压强度等基本性能。试块采用自然养护,试验条件为室温。
标准稠度用水量和凝结时间的测定均按照GB/T 1346-2011标准进行测试。
按氟石膏砌筑材料配方制备一组试件,按照GB/T 1346-2011标准用雷氏夹法进行安定性试验。
3 结果与分析
3.1 氟石膏中和试验
为了氟石膏后续应用过程中添加的掺合料(如水泥、矿渣、粉煤灰等)能够有一个被激发的环境条件,确定中和剂较佳掺量应保证氟石膏呈碱性,以便掺合料活性被充分激发[5,6]。确定较佳p H值选取在9~10之间。
用熟石灰对其进行中和试验,1 h、8 h、24 h的p H值差别不是很大,随熟石灰掺量增加,p H值逐渐增大,熟石灰掺量大于4.0%时增幅明显增大。从而熟石灰的掺量范围为4.0%~4.5%,较佳掺量宜为4.2%。以此最佳掺量中和后的氟石膏进行后续试验。
3.2 物理改性试验
氟石膏的水化过程是由外向内进行的,所以水化速度慢,活性很低。通过粉磨提高氟石膏细度使其颗粒细化,可以增加硬石膏与水接触的比表面积,提高硬石膏的溶解速度,使浆体中Ca2+溶出率增大,从而有效激发硬石膏的活性。粉磨过程中,氟石膏致密的结晶结构也会受到一定程度的破坏,使其与水作用能力增强[4,12]。试验分别以球磨方式粉磨5min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min,考察其标准稠度用水量、凝结时间(初凝、终凝)、7 d和28d强度。粉磨改性试验结果见图2。
从图2可以看出,随粉磨时间增加,初凝时间和终凝时间缩短;抗压强度增大,但是增速放缓。综合考虑,粉磨20 min时,初凝时间50 min,终凝时间2h,7 d抗压强度10.71 MPa,28 d抗压强度13.67MPa。
3.3 化学改性试验
在氟石膏的改性研究中,硫酸盐是常用的盐类激发剂。硫酸盐激发剂的加入,会使得体系出现大量针状钙矾石(C-S-H)凝胶,与以石膏为主的结晶结构网交叉共存。填充在石膏晶体间隙中,形成紧密交织的晶体结构,使氟石膏制品的耐水性和强度有较大提高[4,13]。砌筑水泥中还需要添加一定量的半水石膏,目的是为了调节砌筑水泥的凝结时间,还能增强胶材的水化能力,提高强度[7]。
分别选取β型半水石膏、硫酸钠、明矾等作为激发剂,考察其单掺对氟石膏性能的影响,测其凝结时间(初凝、终凝)、3 d和7 d强度。试验结果见图3~5。
从图3可以看出,随β型半水石膏掺量增加,初凝时间和终凝时间逐渐缩短;加入少量的β型半水石膏之后,氟石膏胶材的抗压强度略有增加,但是,掺量大于2.0%时28 d抗压强度明显增加。故β型半水石膏的掺量范围为2.0%~4.0%。
从图5可以看出,随硫酸钠掺量增加,初凝时间和终凝时间逐渐缩短;加入少量的硫酸钠之后,氟石膏胶材的7 d抗压强度明显增加,掺量大于0.6%时增幅变小;但是28 d抗压强度出现强度倒缩现象,且随硫酸钠掺量增加强度倒缩现象越明显。
试验发现,掺硫酸钠会出现泛霜现象,而且随掺量增加,泛霜现象逐渐严重。因此,推荐硫酸钠掺量范围0.4%~1.0%。
从图5可以看出,随明矾掺量增加,初凝时间和终凝时间逐渐缩短;加入少量的明矾之后,氟石膏胶材的抗压强度没有明显变化。故推荐明矾的掺量范围0.4%~1.0%。
根据前述单因素试验结果,确定试验水平数值范围。复掺时的试验按正交试验进行,试验选用正交表L9(33),其结果见表3。
由表3可知:
1)对凝结时间的影响因素的主次顺序为:硫酸钠>β型半水石膏>明矾;
2)对7 d抗压强度的影响因素的主次顺序为:硫酸钠>明矾>β型半水石膏;
3)对28 d抗压强度的影响因素的主次顺序为:β型半水石膏>明矾>硫酸钠。
在凝结时间、7 d抗压强度和28 d抗压强度这三个质量指标中,选择以7 d抗压强度作为主要参照指标,以其他两个为辅助指标。所以,通过正交试验选出来的最优方案是A1B3C3,即β型半水石膏2%,硫酸钠0.8%和明矾0.8%。
3.4 物理改性与化学改性同时进行
将激发剂掺入中和氟石膏中进行粉磨,考察其标准稠度用水量、凝结时间(初凝、终凝)、7 d和28d强度的变化。试验结果见图6。
从图6可以看出,随粉磨时间延长,初凝时间和终凝时间逐渐缩短;抗压强度平缓增大。综合考虑,粉磨20 min时,初凝时间34 min,终凝时间68 min,7 d抗压强度11.90 MPa,28 d抗压强度14.64MPa。试验发现物理与化学同时改性,其效果好于物理或化学单独改性。
3.5 水泥掺量对氟石膏砌筑材料的影响
在氟石膏砌筑材料中加入水泥,主要是为了提高氟石膏的水化活性,使试件的耐水性及强度都有大幅度的提高。
水泥掺量(按总质量百分数%计)以5、10、15、20、25、30进行试验,分别测其7 d、28 d强度。试验结果见图7。
从图7可以看出,掺入水泥以后,明显提高了氟石膏砌筑材料各龄期强度,水泥掺量5%时强度增幅较大,水泥掺量大于5%时水泥掺量增加,强度变化不明显。试验中还发现掺入水泥可有效解决试块泛霜问题,随水泥掺量的增加泛霜减少,掺5%水泥时试块已经不泛霜。氟石膏砌筑水泥各龄期的强度并不是随着水泥掺量的增多而增大;掺15%水泥的早期强度较好,而掺5%水泥的28 d强度最高。考虑到生产成本和经济效益,并综合试验结果,本试验选择水泥掺量5%。
3.6 氟石膏砌筑材料的性能测试
通过上述试验,可以确定氟石膏砌筑材料的较佳配方为:5%水泥,95%改性氟石膏(其中2%β型半水石膏,1%硫酸钠,1%明矾,4%熟石灰,92%氟石膏),改性氟石膏进行粉磨20 min处理,但是该砌筑材料能否应用于具体的工程实际中,还要进一步考察其标准稠度用水量、凝结时间、安定性、保水率等一系列的性能是否也能够符合相关的行业标准,因此,需要对该新型砌筑材料进行以下的性能测试。测试结果见表4。
由表4可以看出,改性后的氟石膏砌筑材料能够达到22.5砌筑水泥的技术要求,即改性后的氟石膏砌筑材料可以替代22.5砌筑水泥来使用,并且具有耗能低的优点,具有明显的社会经济效益。
4 结论
(1)为了氟石膏后续应用过程中能够有一个被激发的碱性环境,熟石灰的掺量范围为4.0%~4.5%,较佳掺量宜为4.2%。
(2)对凝结时间的影响因素的主次顺序为:硫酸钠>β型半水石膏>明矾;对7 d抗压强度的影响因素的主次顺序为:硫酸钠>明矾>β型半水石膏;对28 d抗压强度的影响因素的主次顺序为:β型半水石膏>明矾>硫酸钠。
(3)掺入水泥以后,明显提高了氟石膏砌筑材料各龄期强度。掺入水泥可有效解决泛霜问题,随水泥掺量的增加泛霜减少,掺5%水泥时试块已经不泛霜。
(4)确定了氟石膏砌筑材料的最佳配方为:5%水泥,95%改性氟石膏。其中改性最佳参数为:2%β型半水石膏、1%硫酸钠、1%明矾、4%熟石灰、92%氟石膏、粉磨时间为20 min。
(5)研制出的氟石膏砌筑材料,其各项性能指标符合《砌筑水泥》(GB/T 3183-2003)要求;强度等级达到了22.5级水泥的标准,完全可以代替传统的砌筑用硅酸盐水泥,并且具有耗能低的优点,具有明显的社会经济效益。
摘要：利用物理改性、化学改性、物理与化学共同改性对氟石膏进行改性处理,考察其不同改性方式对氟石膏性能的影响。物理改性方法采用粉磨方式,研究了不同粉磨时间对氟石膏粒度和标准稠度用水量的影响;化学改性选取β型半水石膏、硫酸钠、明矾作为氟石膏的化学激发剂,分别研究其对氟石膏凝结时间、强度等的影响;选择物理和化学单独改性取得的最佳参数进行同时改性;为了达到砌筑水泥的性能要求,选择加入少量水泥并确定其最佳掺量。研究结果表明,化学改性和物理改性均能改善氟石膏的水化活性,但物理与化学同时改性效果更好;氟石膏砌筑材料的最佳配方为:5%水泥,95%改性氟石膏(其中2%β型半水石膏、1%硫酸钠、1%明矾、4%熟石灰、92%氟石膏和粉磨时间为20 min);氟石膏砌筑材料各项性能指标符合《砌筑水泥》(GB/T 3183-2003)要求。
