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干粉砂浆于19世纪末出现在奥地利,中国20世纪末才开始发展干粉砂浆,世界范围内的干粉砂浆年产量近亿吨. 在中国短暂的10 a发展过程中,干粉砂浆在品质、效率、经济和环保等方面的优越性已日益显示出来[ 122 ] .干粉砂浆由胶凝材料、矿物掺合料、细骨料、外加剂等按一定比例混合而成[ 3 ] ,使用前在施工现场搅拌时加入一定量的水. 干粉砂浆品质由配料精确度和混合均匀度来保障,确保干粉砂浆的物理和化学性能的发挥[ 425 ] .
在20世纪90年代中后期,我国建筑节能的大力推进与发展,保温材料配套的干粉砂浆具有巨大的市场需求. 在干粉砂浆基础上不断地衍生出外墙保温用新型水泥基保温隔热材料和无机复合型保温隔热砂浆及配套防护材料[ 627 ] . 在1990年以前关于干粉砂浆的研究工作较少且不系统[ 8 ] ,现有文献大多是关于饲料的混合特性研究[ 9210 ] . 外墙保温用新型水泥基保温隔热材料和无机复合型保温隔热砂浆,其研究结果将会对混合设备的改进及工艺参数的确定提供重要依据,因此本文以滚筒式混合设备进行了混合的因素及其影响规律研究.
1 实验原理及方法
111 实验原理
采用甲基紫法测定干粉砂浆的混合度[ 11212 ] ,即以甲基紫为示踪剂,测定物料体系中不同点的吸光度值求平均值和标准偏差,最终用混合度来表征物料混合均匀程度,也就是干粉砂浆整体的混合效果.
(1)
式中,M 为混合度(% ) ;σ为标准偏差; x为平均值.
112 实验原料及设备
原料:河北省唐山市丰润县普通硅酸盐水泥325# (简称P. O 3215) ;北京市房山区长沟镇河砂;无水乙醇;甲基紫.
设备:滚筒式混合机,容积18 L; UV – 2000紫外分光光度计.
113 实验步骤
将P. O 3215和河砂按质量比1∶215称量相应的物料,放入滚筒式混合机中,并加入质量为物料总量的十万分之一甲基紫作示踪剂.通过调频器设定滚筒式混合机转速,启动混合机,每间隔特定时间停机取样,每次取样在设备不同部位随机取样7～8个,每个样品质量约为10 g.把取好的样品采用UV22000紫外分光光度计在590 nm的波长下进行吸光度的测定,并把同次停机所取样品的吸光度值求平均值和标准偏差,按照式(1)计算该时刻的物料混合度.
2 结果与讨论
211 混合时间
将311 kg的P. O 3215, 914 kg细度模数为1157的河砂加入滚筒式混合机中混合,采用甲基紫做示踪剂. 每隔2 min取一次样,每次取8个样品,所测数据如表1所示.
表1 混合度与混合时间的关系
为了更直观的展示混合度随时间变化的规律,把表1中散点数据进行曲线拟合,其拟合曲线如图1所示.从图1可以看出,物料的混合均匀度并非时间越长越好. 混合度具有周期性的震荡特点,并且表征出第1峰值(在6min时)和第2峰值(在1015min时) ,在图1中最大混合度即第1峰值处的混合度,由于固体物料的混合同时存在混合作用和离析作用[ 13 ] . 在混合初期,其混合作用占主导,经过6～8 min体系混合度达到较大的值,此时混合作用减弱,离析作用占据主导,此时物料的混合度反而出现减小的趋势,经过一段时间两者趋于动态平衡. 之后混合作用开始占主导,混合度开始增大,混合度震荡周期约为6 min.
212 转速
在装载系数、物料体系、砂子的细度模数恒定条件下,在滚筒式混合机中改变转速,得到混合度随时间的变化规律. 图2为改变滚筒混合机的转速,第1峰值处的混合度变化规律,实验表明,转速对混合度影响较大. 转速对最大混合度的影响呈抛物线形状,基本在25 r /min时达到最大值.
213 砂子细度模数
采用0155的装载系数, 32 r/min的转速进行混合,改变砂子的细度模数,得出不同细度模数的砂子对混合度(从峰值和峰值时间角度分析)的影响,如图3所示.
图3 ( a)显示第1峰值和最大峰值重合,也就是说,混合度达到的第1峰值就是最大峰值,这对工程应用非常有利. 图3 ( b)显示出砂子细度模数约为214时,在较短时间内实现最大混合度. 第1峰值时间仅需2 min左右,并且混合均匀度大于90%. 图3 ( c)显示出细度模数大于214的中砂对混合度提高有利.因此,在干粉砂浆制备过程中,宜采用细度模数在大于214中砂,这样有利于节省时间,提高效率,降低
能耗.
214 装载系数
在32 r/min固定转速条件下,采用细度模数为1157的河砂和P. O 3215,改变装载量获得不同装载系数条件下混合度随时间的变化规律. 如图4所示.
由图4 ( a)可见,在装载系数范围内,第1、第2峰值随着装载系数的变化存在1个最大值,且都出现在装载系数为0125附近. 由于装载系数过小时物料间相互的碰撞分散作用较小且不容易保持既有混合效果,而装载系数过大时固体颗粒的运动受阻,使混合效果变差,需要延长时间才能更好混合. 因此合适的装载系数使得物料分散较好且能较好地保持既有的混合效果. 从4 ( b)中可以得出装载系数对第1峰值时间的影响存在1个最小值,即装载系数在013附近时峰值时间最小,有利于尽快达到较大混合度.
3 结论
干粉砂浆的混合过程中,受混合和离析双重作用,干粉砂浆的混合度随混合时间呈周期衰减,震荡周期约为6～8 min.对于混合机械的转速、装载系数、砂子细度模数的变化对干粉砂浆混合度及峰值时间有明显影响. 转速取25 r /min,细度模数取214,装载系数取013,混合时间取6 min时,干粉砂浆混合效果最好.
