admin
0 前言
掺钢渣微粉的干粉砂浆是采用工业废渣磨细粉和其他外加剂一起作为掺合料和矿物增稠剂, 取代石灰膏及部分水泥制得的干粉砂浆, 在保证砂浆性能的同时, 节约了成本, 保护了环境, 使干粉砂浆成为一定意义上的绿色建材[1]。钢渣是钢铁工业的废渣之一, 与粉煤灰、矿渣等工业废渣相比, 其矿物晶体生长发育较大, 晶格稳定, 因此, 其活性相对较低[2]。掺钢渣微粉的干粉砂浆虽然具有足够的强度, 但是其早期强度发展较慢, 在掺钢渣微粉的干粉砂浆中加入适宜的早强激发剂, 可以提高砂浆的早期强度, 并有利于后期强度的增长[3]。常用的早强激发剂有石膏、水泥熟料和碱金属的硅酸盐、碳酸盐等。本文对掺钢渣微粉的干粉砂浆早强激发剂的选用和掺量进行了研究。
1 原材料及试验方法
1.1 试验用原材料
钢渣微粉: 本研究中所用的钢渣微粉是钢渣经磁选、剔除块状钢块、破碎、再次磁选回收钢和铁粒子后磨细制成的粉状物料, 本文中简称为G 粉, 主要物理性能、化学成分列于表1、表2 中, 其主要矿物成分是硅酸二钙和RO 相。
水泥: P·O32.5 级普通硅酸盐水泥。
砂: 中砂, Mx=2.3, 全部过5mm 筛。
外加剂: 增稠剂JA; 石膏、氯化钙、硫酸钠等、明矾石。
1.2 试验方法
砂浆的配合比按《砌筑砂浆的配合比设计规程》( JGJ98- 2000) 设计; 砂浆拌和时的用水量按稠度进行控制, 并按《建筑砂浆基本性能试验方法》(JGJ70)的规定测定稠度、成型试件、测定力学性能。
2 试验结果与讨论
2.1 石膏的激发作用
本文设计了6 组M7.5 的干粉砂浆, 比较石膏对其抗压强度的影响, 实验结果列于表3 和图1 中。
注: 石膏掺量按G 粉的用量计。
表3 列出了G 粉掺量不同的砂浆, 其掺石膏与不掺石膏时的各龄期抗压强度。试验结果表明, G 粉掺量不同的各组砂浆强度随龄期增长, 且28d 以后强度增长趋势特别强劲, 说明掺钢渣微粉的砂浆, 其后期强度发展空间较大, 使用过程中的强度富余系数较大, 安全系数较高; 另外通过对比可以看出, 掺石膏的各组砂浆7d、28d、90d 抗压强度均大于相应的不掺石膏者, 以28d 强度对比更为显著; 通过将第一组与第三组对比可以看出, 在有硫酸钠存在的条件下, 石膏的激发作用更好。说明除石膏外, 还需其他早强激发剂的共同作用, 才能更好地激发钢渣微粉的活性, 既能提高掺钢渣粉微粉的干粉砂浆的性能, 又能节约成本。钢渣微粉生产常采用硬石膏或二水石膏。一部分二水石膏在粉磨过程中, 当磨机温度超过107℃时, 会脱水成为半水石膏, 造成粘球, 影响钢粉的粉磨细度。因此, 可以考虑使用无水石膏。
2.2 其他早强激发剂的选用
按M7.5 干粉砂浆的配合比配制砂浆, 分别掺入明矾石、CaCl2 和Na2SO4 作早强激发剂, 抗压强度的试验结果列于表4 中。
由表4 可以看出:
( 1) 各种早强激发剂对钢渣微粉都具有一定的激发效果, 7d 强度可提高20%左右, 28d 强度可提高10%以上。所制的干粉砂浆性能均满足相关标准的要求[4]。
( 2) Na2SO4 掺量为0.5%时, 早强激发效果好, 7d强度可提高21%, 28d 强度可提高17%。
( 3) CaCl2 掺量的变化对干粉砂浆的各龄期的强度影响不大, 可以放弃选用。
( 4) 明矾石的掺量在5%以下时, 干粉砂浆的强度随掺量的增加而增加, 当明矾石掺量为5%, 早强激发效果最好, 7d 强度可提高27%, 28d 强度可提高18%。明矾石和Na2SO4 都是较好的硫酸盐激发剂, 但是, 经过现场试用证实, Na2SO4 掺量大时砂浆表面会出现“泛霜”现象, 影响工程的外观形象。
2.3 复掺早强激发剂对干粉砂浆的增强效果试验
由于明矾石的早强激发效果最好, 为了激发G 粉的活性, 考虑用双掺明矾石和Na2SO4 两种早强激发剂的方案, 并与单掺明矾石进行比较。其试验结果列于表5 中。
由表5 可以看出, 各组28d 的抗压强度都达到了强度等级值, 与单掺早强激发剂的砂浆相比, 采用复掺方案的砂浆, 早期强度基本上都比较高, 尤其是G 粉掺量较多的低强度等级的干粉砂浆, 说明此种方案的早强激发效果是最佳的。
2.4 正交试验
2.4.1 正交试验的设计与安排
明矾石和Na2SO4 复掺技术使掺矿物增稠剂的干粉砂浆早期强度得到保证, 而且避免了“泛霜”现象。为验证早强激发剂选用的合理性和最佳掺量的准确性,用正交试验法研究三种因素(三种不同的硫酸盐激发剂)在三种不同水平(不同掺量)下, 对DM7.5 干粉砂浆的早期强度的影响。砂浆拌和时, 根据测定砂浆的稠度( 稠度60~80mm) 确定各组的用水量。采用三因素三水平的正交表, 具体的因素和水平、试验方案见表6。
2.4.2 试验结果与分析
按表6 设计的正交试验的结果与分析见表7、图2。
从表7 和图2 可以看出:
( 1) 干粉砂浆的7d 抗压强度随着Ns 掺量的增加而增长, 且7d 抗压强度与Ns 的掺量近乎呈线形相关关系。Ns 掺量对干粉砂浆的28d 抗压强度影响不大。
( 2) 干粉砂浆的7d 抗压强度随着明矾石掺量的增加而增长, 且当明矾石掺量大于2%时, 强度增长很快,当掺量小于2%时, 强度增长较小。明矾石的掺量对干粉砂浆的28d 抗压强度影响最大, 砂浆的28d 抗压强度随着明矾石掺量的增加而增长, 且当明矾石掺量大于2%时, 强度增长很快, 当掺量小于2%时, 强度增长较小。
( 3) 石膏掺量对干粉砂浆的7d 抗压强度影响最大, 随着石膏掺量的增加砂浆的7d 抗压强度先增加后降低, 当石膏掺量为2%时, 强度最大。石膏掺量对砂浆的28d 抗压强度影响不大。
3 结论
( 1) 石膏的掺入使干粉砂浆的7d、28d、90d 抗压强度均提高, 但是单掺石膏不能充分激发钢渣微粉的活性, 除石膏外, 应考虑同时掺加其它早强激发剂。
( 2) 试验证明矾石和Na2SO4 复掺技术的应用使干粉砂浆的早期强度得到保证, 而且避免了单掺Na2SO4时“泛霜”现象, 早期强度提高幅度较大。
( 3) 由于采用复掺技术时, 三种硫酸盐早强激发剂之间存在相互影响, 各种早强激发剂的最佳掺量与单掺时用量不一致, 而且还与干粉砂浆中G 粉的含量有关, 因此, 不同强度等级的砂浆应根据胶凝材料的实际用量来确定早强激发剂的最佳掺量。
