废弃物制作砂浆稠化粉运用

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2007年，国家六部委下发了《关于在部分城市限期禁止现场搅拌砂浆工作的通知》，目前全国已有127个城市开展砂浆“禁现”工作，这给预拌砂浆的发展带来了前所未有的机遇。与现场搅拌砂浆相比较，干混砂浆的核心技术在于添加砂浆外加剂和大量使用工业废弃物。科学合理使用优质砂浆外加剂是保证干混砂浆高品质、高性能和低成本的重要手段。目前国内生产普通干混砂浆的企业所使用的外加剂主要包括纤维素醚、可再分散乳胶粉和以膨润土及镁质黏土为载体的保水增稠材料等[1]。纤维素醚保水增稠效果好，但其掺量低给计量和生产控制带来困难，而且生产成本高。以膨润土及镁质黏土为载体的保水增稠材料保水效果较差，掺量大对强度有影响，市售产品保水率多数不达标，而且膨润土和镁质黏土属不可再生资源。利用具有高吸湿性和潜在活性工业废弃物粉体作为载体，辅以有机材料配制有机-无机复合砂浆稠化粉成为广泛推广普通干混砂浆的技术亮点。本研究利用经特殊工艺处理的金属镁渣粉作为载体配制砂浆稠化粉，用于普通干粉砂浆中，可明显改善砂浆的和易性和保水性，提高砂浆的耐久性，降低生产成本。

1试验

1.1原材料

太原狮头水泥厂生产的P•O42.5水泥；筛去5mm以上的烘干河砂；经特殊工艺处理的金属镁渣粉，比表面积为340m2/kg；Ⅱ级粉煤灰；市售的羟丙基甲基纤维素，黏度为12000mPa•s；市售的可再分散乳胶粉。

1.2试验方法

根据JGJ/T70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》和JG/T230—2007《预拌砂浆》进行试样制备和性能测试；采用日本S-4800型扫描电镜进行微观结构分析。

2稠化粉配方及试验方案

2.1稠化粉配方

通过大量试验研究，对稠化粉各组分比例进行优化组合，得出综合性能和生产成本最佳的稠化粉配方，具体配方见表1。

2.2试验方案

本试验对加入不同稠化粉和不加稠化粉的普通干混抹面砂浆的性能进行较系统的研究，并从微观角度分析其成因。稠化粉中可再分散乳胶粉掺量为10kg/t，羟丙基甲基纤维素醚掺量为13kg/t，用水量为165kg/（t外加），普通干混抹面砂浆配方保持胶凝材料总量一致，具体配方如表2所示。

3试验结果及分析

3.1试验结果及分析

按表2配方研究掺与不掺稠化粉普通干混抹面砂浆的性能差异，以及不同载体配制的稠化粉对普通干混抹面砂浆性能的影响和单掺经特殊工艺处理的金属镁渣粉对普通干混抹面砂浆性能的影响。经测试4组干混砂浆的性能见表3。表3不同配方干混砂浆的性能由表3可以看出，0号不掺稠化粉的砂浆密度最大，保水率最低，拌合物严重泌水，工作性差；1号、2号掺有机-无机复合稠化粉的砂浆密度较小，保水率大，拌合物不泌水，工作性好，与不掺稠化粉的砂浆比较，28d抗压强度略有降低，粘接强度提高1倍左右；单掺镁渣粉的3号砂浆较不掺稠化粉的砂浆密度略有降低，保水率刚好符合JG/T230—2007要求，28d抗压强度略有降低，工作性较好。通过比较可以看出，以镁渣粉为载体配制的稠化粉各项性能最好，以粉煤灰为载体配制的稠化粉较前者差，单独使用镁渣粉作稠化粉其性能也能达到JG/T230—2007要求，不掺稠化粉的砂浆和易性差，保水率不符合JG/T230—2007要求。因此，单独和复合使用经特殊工艺处理的金属镁渣粉作稠化粉生产普通干混砂浆具有很大优势。采用1号稠化粉生产1t普通干混砂浆只需增加6~10元的成本，而目前市场上生产1t普通干混砂浆所需添加剂费用在20元以上。经实践，1号稠化粉性能好、成本较低，值得推广使用。建议各科研生产单位不要盲目追求高保水率，普通干混砂浆保水率不宜超过95%。

3.2微观分析

试件标养28d进行抗压强度试验后，从试件中部取出部分样品，用无水乙醇浸泡终止水化，然后在带鼓风装置的烘箱中烘干镀金，用扫描电镜观察砂浆硬化后的形貌，对不同种类砂浆的水化物种类、微观结构进行分析研究。4组配方干混抹面砂浆的扫描电镜照片见图1。由图1可以看出，没有掺加稠化粉的试样内部结构凌乱，骨料和水泥、粉煤灰等胶凝材料成自然硬化，形成的砂浆晶体之间空隙较大，且分布不均匀。掺稠化粉的砂浆断裂面无微小的裂纹，形成了大量微小均匀的气孔，结晶物之间布满大量均匀的花纹状晶须，冗长的晶须将附近的结晶物相互连接，形成了类似于蜂巢状的网状结构。这种结晶完好、均匀的多空隙、长晶须、气孔细小均匀的网状结构，使得砂浆的内部布满大量水分，使得保水性大大提高，稠度增加，密度相对减小。又因为砂浆中微小气孔的作用，相对地降低了砂浆的抗压强度。水泥水化产物和聚合物膜形成的复合胶凝相，在有应力时起到架桥作用，有效吸收和传递能量，从而抑制裂缝形成和扩展。砂浆硬化产物表面都布满了细致均匀的花纹状晶须物质，形成了毛细管状的细小空隙，结晶较完整，结晶物之间无较大空腔，结构比较致密。从1号和2号配方的SEM微观形貌可以看出，砂浆的硬化产物表面布满了细微均匀的晶须，而且1号结晶更完整，晶须分布更均匀。3号晶须分布较均匀，但晶须相对较粗壮，整体结构较1号差些。这主要是因为纤维素醚和胶粉延缓了胶凝材料的水化[2-3]，使晶须的生长速度放缓的缘故。从1号和3号配方的SEM微观形貌可以看出，胶凝材料的水化更完全，2号较差一些。这主要是由于镁渣活性系数低，粉煤灰碱性系数小，镁渣与粉煤灰复合料的活性系数和碱性系数可处在较为合理的水平上，镁渣和粉煤灰相互促进、互为补充，镁渣水解产生的Ca（OH）2是粉煤灰水化反应的活化剂和物质来源。Ca（OH）2增加了浆液中OH-和Ca2+离子的浓度，粉煤灰颗粒受浆液中OH-离子的作用，表面电离出SiO44-和AlO2-离子；SiO44-和AlO2-离子进一步与浆液中的Ca2+反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。粉煤灰消耗了浆液中的Ca2+离子，反过来加速和诱导了镁渣的水解反应。这也解释了1号和3号配方的强度较2号砂浆高的原因。

4结论与建议

（1）采用有机-无机复合砂浆稠化粉配制的普通干混砂浆密度较小，保水性好，拌合物不泌水，工作性好，粘接强度大幅度提高。其中以镁渣粉为载体的稠化粉各项性能最好，单独使用镁渣粉配制普通干混砂浆成本最低。

（2）未掺加稠化粉的试样内部结构凌乱，晶体间空隙较大，且分布不均匀；掺稠化粉的试样在结晶物之间布满大量均匀的花纹状晶须，形成了类似于蜂巢状的网状结构。进一步验证了镁渣和粉煤灰相互促进、互为补充的作用。经实践，1号稠化粉性能好、成本较低，值得推广使用。建议各科研生产单位不要盲目追求高保水率，普通干混砂浆保水率不宜超过95%。