水泥-磷渣-膨胀剂复合胶凝材料灌浆砂浆的配制
2015-10-25李海涛吴芳周代军华腾飞
李海涛，吴芳，周代军，华腾飞
（1重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015；2重庆大学材料科学与工程学院，重庆400045）
水泥-磷渣-膨胀剂复合胶凝材料灌浆砂浆的配制
李海涛1，吴芳2，周代军2，华腾飞2
（1重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015；2重庆大学材料科学与工程学院，重庆400045）
通过正交试验对水泥—磷渣—膨胀剂复合胶凝材料灌浆砂浆的配合比进行了优化研究。试验结果表明：磷渣掺量为25%所得灌浆砂浆的各项性能不仅符合《水泥基灌浆材料》（JC/T 986-2005）规定的技术要求，而且可以有效降低灌浆砂浆的生产成本。
磷渣；膨胀剂；复合胶凝材料；灌浆砂浆
0 引言
磷渣是在采用电炉制取黄磷后得到的废渣，通常每生产1t黄磷大约产生8～10t磷渣。我国黄磷生产企业每年排放大量的磷渣，仅贵州省磷渣年排放量就约200多万吨，历年堆存达1000多万吨［1］。大量磷渣简单堆放及污染环境而且占用了大量的土地资源。目前，磷渣锂渣的资源化利用主要用在生产水泥、陶粒等，但使用数量都不大。多方面拓展磷渣的利用途径，提高利用率，具有迫切的现实意义。
水泥基灌浆砂浆以水泥为基材，配以适量的细骨料并加入少量的超塑化剂等外加剂混合而成，具有耐久性好、强度高、无毒、无污染、价格便宜等优点［2］，广泛应用于机械设备安装以及建筑、道路、桥梁、边坡的加固修补工程。将磷渣作为掺合料，取代部分水泥用于配制水泥基灌浆砂浆，为磷渣利用提供了一种新的途径，预期具有一定的市场前景。本文采用正交试验方法对水泥—磷渣—膨胀剂复合胶凝材料灌浆砂浆的配合比优化进行了探讨。
1 试验
1.1原材料
水泥：重庆小南海水泥厂生产的52.5早强普通硅酸盐水泥，其化学成分见表1。
磷渣：四川川辅新材料有限公司生产，密度2.67g/cm3，平均粒径30.122μm，比表面积239.66m2/kg，其化学成分见表1。
表1 原材料化学成分（%）
砂：岳阳产天然中砂。
膨胀剂：重庆三圣公司产ZY（1）型混凝土膨胀剂，其组成成分见表1，性能参数见表2。
表2 膨胀剂的性能参数
高效减水剂：重庆科之杰公司产聚羧酸高效减水剂，固含量为22.9%。
消泡剂：P818型有机硅类消泡剂。
早强剂：分析纯Na2SO4、三乙醇胺。
增稠剂：山东华伟生产羟丙基甲基纤维素醚，粘度值为100000mPa·s。
1.2试验方法
灌浆砂浆性能测试按《水泥基灌浆材料》（JC/T 896-2005）标准规定进行。
2 结果与讨论
正交设计是一种科学的安排试验方案和分析试验结果的方法，采用正交试验可以在减小试验工作量的前提下保证测试结果的可靠性，因此，正交设计在实验方案设计中得到广泛采用［3］。本文也将通过正交试验优化灌浆砂浆配合比，得到灌浆砂浆的最佳配合比，从而提高灌浆砂浆的性能。
2.1水平因素
从灌浆砂浆各组成材料对其性能影响效果来看，磷渣掺量对砂浆的流动性、凝结时间和强度有重要影响，膨胀剂掺量对砂浆的流动性、凝结时间、早期强度以及钢筋握裹力影响显著。课题选取了这两个因素结合水胶比作为正交试验的影响因素，水平选取见表3，试验配合比见表4。
表3 正交试验因素水平表
表4 试验配比
2.2结果分析
正交试验结果见表5。进行结果分析时，分别计算每个因素在各个水平上的考察指标和K及平均值E，并计算各因素的极差R，计算结果见表6。
通过正交试验极差分析可以看出：影响砂浆初始流动度因素的显著性排序依次为A＞C＞B，因素A最佳水平为A3或A2，因素C为C1或C2，因素B各水平对流动度结果影响不大。30min后流动度的影响因素显著性排序为C＞A＞B，因素C最佳水平为C1或C2，因素A最佳水平为A3或A2，因素B各水平对流动度结果影响较小。砂浆1d强度影响因素显著性排序为B＞A＞C，因素B最佳水平为B1或B2，因素A最佳水平为A1或A2，因素C各水平对1d强度影响较小。砂浆3d强度影响因素显著性排序为A＞B＞C，因素A最佳水平为A1或A2，因素B最佳水平为B1或B2，因素C各水平对3d强度影响不大。砂浆28d强度影响因素显著性排序为A=B＞C，因素A最佳水平为A1或A2，因素B最佳水平为B1或B2，因素C的各水平对28d强度影响不大。
表5 正交试验设计与结果
影响钢筋握裹力因素的显著性排序依次为B＞A＞C，因素B最佳水平为B1或B2，因素A最佳水平为A1或A2，因素C影响较小。灌浆料初凝时间的影响因素显著性排序依次为B＞A＞C，因素B最佳水平为B3或B2，因素A最佳水平为A3或A2，因素C影响较小。对砂浆竖向限制膨胀率影响最为显著的因素为C即膨胀剂掺量，最佳水平为C3或者C2，另外两个因素对灌浆料竖向限制膨胀率测试结果影响较小。影响灌浆砂浆泌水率因素的显著性排序依次为是A＞C＞B，因素A最佳水平为A1或A2，因素C最佳水平为C3或C2，因素B中三个水平对灌浆砂浆泌水率测试结果无明显影响。
通过对选取的因素水平对实验结果影响的显著性分析来看：水灰比（因素A）对灌浆砂浆泌水率、初始流动性以及强度的影响最为显著，从泌水性和强度性能来看，选取A1、A2水平最佳，从初始流动性来看，最佳水平为A3、A2；磷渣掺量（因素B）对灌浆砂浆的初凝时间、早期强度以及钢筋握裹力有显著影响。从早期强度以及钢筋握裹力这两个性能指标来看，磷渣掺量的适宜水平为B1、B2，对砂浆凝结时间影响较为显著的水平为B3、B2，磷渣掺量越大初凝时间越长；膨胀剂掺量（因素C）会对灌浆砂浆30min流动性以及竖向限制膨胀率产生显著影响，从灌浆砂浆30min流动性来看，最佳水平宜选用C1、C2，从竖向限制膨胀率来看，最佳水平宜选用C3、C2。结合以上分析结果，综合考虑各因素水平对各个性能指标的影响，本文推荐最佳试验因素水平为A1B2C2。通过正交试验确定灌浆砂浆的优化后配合比见表7。
表6 极差分析
图1 电极电位-时间曲线
表7 砂浆优化配合比
表8 优化配合比砂浆各指标值
2.3优化配合比灌浆砂浆性能测试
通过3.2节进行的正交试验结论，按照如表7所示的优化配合比生产灌浆砂浆，并通过建材行业标准《水泥基灌浆材料》（JC/T 986-2005）的相关规定对实验配制的灌浆砂浆性能进行检验，测试灌浆砂浆的各项性能指标。具体试验结果如表8所示。
采用国标《混凝土外加剂》（GB8076-1997）附录B中规定的新拌砂浆法来测试灌浆砂浆对钢筋的锈蚀作用。结果见图1。由图中电位与时间关系曲线可知，电极初始通电后，阳极钢筋电位迅速上升，很快达到析氧电位值，表明钢筋表面形成了良好的钝化膜。60min后，电位值保持稳定。这表明钝化膜保持完整，即不会损伤钢筋钝化膜，也就是说实验得到的灌浆砂浆不会使钢筋产生锈蚀。
2.4灌浆砂浆的成本估算
参考原材料的实际出售价格，集合试验得到的砂浆配合比可以得出生产磷渣基水泥灌浆砂浆的生产陈本，具体见表9。
试验得到的灌浆砂浆的生产成本约为345.21元/t，而目前工程当中使用的水泥基灌浆砂浆材料的出售价格约为840～2100元/t，由此可见，经过试验优化后的灌浆砂浆可大幅降低生产成本。
表9 灌浆砂浆价格估算
3 结论
（1）经分析试验，确定了灌浆砂浆的优化配合比，其中：硅酸盐水泥占胶凝材料69%，磷渣25%，膨胀剂6%；减水剂1.0%，消泡剂0.4%，纤维素醚0.025%；水胶比0.26，胶砂比1/1。
（2）灌浆砂浆按优化配合比配制的各性能均满足行业标准《水泥基灌浆材料》（JC/T 986-2005）的规定，且成本价格较低。
［1］万军，甘四洋，闫亚楠，等.贵州省大宗工业固体废弃物现状及在建材行业中的应用［A］.中国建材产业转型升级创新发展研究论文集［C］.2013：467-471.
［2］冷达，张雄，沈中林，等.水泥基灌浆材料主要成分对其新拌及硬化性能的影响［J］.混凝土与水泥制品，2008（5）：12-16.
［3］刘数华，冷发光，罗季英.建筑材料试验研究的数学方法［M］.北京：中国建材工业出版社，2006.
责任编辑：孙苏
Preparation and Creation of Grouting MortarofCement-Phosphorous Slag-Expanding Adm ixture Composite
Optimization of themix proportion of groutingmortarof cement-phosphorous slag-expanding admixture composite cementitiousmaterial is studied through an orthogonal test.The results show that the performance of groutingmortar couldmeet technical requirementsof standard specified by cementitiousgrout（JC/T 986-2005）w ith low groutingmortar costwhen the contentof phosphorousslag in the compositematerial is25%.
phosphorus slag；expanding admixture；composite cementitiousmaterial；groutingmortar
TU446
A
1671-9107（2015）01-0057-04
10.3969/j.issn.1671-9107.2015.01.057
2014-09-10
李海涛（1968-），男，重庆人，本科，高级工程师，主要从事建筑施工质量技术管理工作。
