特定外加剂在生物质灰渣自燃煤矸石复合集料砂浆的应用研究

王 辉

（黑龙江省建筑材料工业规划设计研究院，黑龙江 哈尔滨 150001）

1 引言

本试验研究所称的复合集料砂浆是为降低砂浆成本，在砂浆中掺入粉煤灰等掺合料、利用粉煤灰等掺合料的火山灰活性降低水泥用量，并通过生物质灰渣强碱性、活性成分与粉煤灰协同作用，进一步提高砂浆拌和物的强度和耐久性等。为优化砂浆性能，在生物质灰渣自燃煤矸石复合集料砂浆中掺入外加剂，通过加入含减水组分外加剂，利用其很强的亲水性带来的分散作用、润滑作用，有效降低各材料颗粒间的滑动阻力，从而改善砂浆的工作性能；通过加入保水增稠组分外加剂，利用其在溶解后吸附水分固化成膜并放出水分的能力，提高砂浆的保水性能；加入引气组分外加剂，通过在砂浆中引入大量均匀、稳定的微小气泡来改善砂浆的耐久性能。反复调整外加剂的品种、各组分比例和掺量，研究外加剂对砂浆性能的影响规律。

2 外加剂的选取原则

特定外加剂的选取要以砂浆基础性能需求为原则。本试验选取三种砂浆作为基础砂浆，在没有使用外加剂的情况下，用水量随集料的变化而不同，其中天然砂浆用水量最少，复合集料砂浆用水量最多，煤矸石砂浆用水量居中。从力学性能指标看，三种砂浆抗压强度均达到试验要求，复合集料砂浆强度低于煤矸石砂浆，与天然砂浆持平。从拌和物指标看，三种砂浆稠度损失均不能满足目标要求，复合集料砂浆的稠度损失和保水率指标略好于前两者，说明生物质灰渣的掺加对砂浆的持水性有一定帮助。因此，引入外加剂时，应从减水、降稠损、增保水、保强等方面调整功能。

3 不同外加剂单一作用的研究

预拌砂浆的外加剂种类很多，按化学成分可分为纤维素醚、淀粉醚、可再分散乳胶粉、膨润土等；按使用功能可分为引气剂、稳定剂、抗裂纤维、缓凝剂、速凝剂、减水剂、分散剂等。以下研究不同外加剂单独对煤矸石砂浆的作用。

3.1 保水剂对砂浆的作用研究

常用的保水剂有纤维素醚、乳胶粉、淀粉醚等。

本研究选取羟甲基纤维素醚、可再分散性乳胶粉、淀粉醚三种保水剂分别进行煤矸石砂浆试验，结果见表1。

表1 保水剂对煤矸石砂浆的性能影响

纤维素醚在拌和物指标的贡献上整体好于其他两类，但对抗压强度有负面影响。同样，淀粉醚虽然对稠度损失贡献大，但对强度的副作用更大。而胶粉对强度贡献好于前两类，尤其是早期强度优势明显，但砂浆的稠度损失增大很多。

3.2 减水剂对砂浆的作用研究

本试验选取了聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂分别进行试配。以自燃煤矸石细集料掺量80%（细粉含量14%）、天然砂细集料20%比例制备砂浆，结果见表2。

表2 减水剂对煤矸石砂浆性能的影响

三类五种外加剂对砂浆均有不同程度的减水作用，提高了水泥的利用效率，达到了提高砂浆抗压强度的目的，且效果明显。但从拌和物指标看，稠度损失和保水率处于标准值附近，改善效果不明显。

3.3 引气剂对砂浆的作用研究

本试验选取四种不同方案的煤矸石砂浆进行引气剂对比分析，结果均显示引气剂的引入对抗压强度有负面效应，引气剂的气泡效应在这里未能有效发挥，对抗压强度有负面效应，如图1所示。

图1 引气剂对抗压强度的影响

4 复合外加剂试验效果研究

4.1 复合外加剂的选取

单独使用一种功能性的外加剂，尚不能完全满足砂浆工作性能和抗压强度的要求，需要联合使用不同的外加剂，利用减水剂对煤矸石砂浆抗压强度贡献作用、纤维素醚和乳胶粉对拌和物和易性的改善作用，结合考虑煤矸石集料细粉具有活性作用的特殊性，辅以少量缓凝剂进行复合搭配，以改善砂浆相应性能，以减水、增强、改善和易性为出发点，选取七个组合方式复配外加剂（即A：纤维素醚+胶粉、B：聚羧酸+纤维素醚、C：萘系+纤维素醚、D：聚羧酸+纤维素醚+缓凝剂、E：聚羧酸+纤维素醚+胶粉、F：萘系+纤维素醚+缓凝剂、G：萘系+纤维素醚+胶粉），分别对煤矸石砂浆和复合集料砂浆进行试验，结果见表3。

表3 外加剂配料表

4.2 复合外加剂试验效果

取细粉含量为16%的煤矸石分别进行煤矸石100%替代掺量砂浆和复合集料100%替代掺量砂浆试验，研究在此极限情况下，引进不同复合方式的外加剂对砂浆拌和物抗压强度等指标的综合效果。

试验结果表明，未掺加外加剂的砂浆主要存在用水量大、稠度损失大等问题。由两种外加剂复合的A、B、C剂对煤矸石砂浆和复合集料砂浆综合作用均不能达到满意效果， A剂对两种砂浆稠度损失的降低作用最明显，但用水量明显增多、强度下降，仅达到课题目标值边缘；B和C剂采用不同减水剂，后者对稠度损失的降低效果好于前者，但减水效果不佳，且砂浆强度值下降；由三种外加剂复合的D、E剂对两种砂浆的稠度损失改善明显，减水效果和砂浆抗压强度好于F、G。

5 复合集料砂浆配合比的优化及试验结果验证

根据上述分析结果，对外加剂用量进行微量调整：D减少聚羧酸减水剂用量，E减少胶粉用量，F、G增加萘系减水剂用量。外加剂比例见表4，试验结果见表5。

表4 外加剂比例

表5 试验结果

根据外加剂选取结果，结合抹灰砂浆对拉伸黏接指标的要求，对复合集料砂浆进行验证试验，结果均符合《预拌砂浆》（GB/T 25181-2019）要求。特定外加剂比例及试验指标见表6。

表6 特定外加剂比例及试验指标

6 结语

复合集料砂浆与传统的预拌砂浆不同。复合集料对砂浆抗压强度的贡献作用好于天然砂，但其物理结构上的特殊性和活性性能也是外加剂选取的难点。通过对市售外加剂的复配，找到比较适宜的成分和比例，并以试验结果验证配比方案，证明三种复配效果最佳。

在相同的条件下，不同的缓凝材料具有各自不同的特点，但在砂浆强度上有着共同的特征：掺用缓凝材料的情况下，早期的强度不如未加缓凝材料的强度，这是因为掺入缓凝材料后有效延缓了水泥早期水化，阻碍了浆体初始结构的形成与发展，使砂浆3d抗压强度比较低，随着水泥的充分水化，水化产物之间得到充分地穿插、搭接和填充，结构密实，使得砂浆后期龄期的抗压强度均高于基准砂浆。