海绵城市高强轻质透水干粉砂浆的应用与探索

2018-07-31汤薇

新型建筑材料 2018年6期

汤薇

（浙江省通用砂浆研究院，浙江绍兴 312000）

0 引言

海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。提升城市生态系统功能和减少城市洪涝灾害的发生。

干粉砂浆，又称干混干粉砂浆、干拌干粉砂浆，是将水泥、砂、矿物掺混料和功能性添加剂按一定比例，在生产工厂于干燥状态下均匀拌制，混合而成的一种颗粒状或粉状的混合物，建筑用时只要按规定比例加水拌合后即可直接使用。但是目前常用的干粉砂浆透水性能差、抗压抗弯强度不够，限制了其在海绵城市中的推广应用[1-4]。为了解决这一问题，本文通过在砂浆中掺加适量的超轻陶粒、明矾石粉以及植物蛋白发泡剂，并合理调节各组分的用量，改善砂浆的强度和透水性能。

1 实验

1.1 实验材料

（1）建筑垃圾再生粗骨料：来自破碎的混凝土块、砂浆块和砖瓦等建筑垃圾，其主要化学成分为：SiO259.50%、Al2O314.70%、CaO 7.69%、Fe2O34.15%、MgO 2.25%，其余为杂质；粒径 10～25mm，堆积密度 1000～1300kg/m3，表观密度 2215～2465 kg/m3，压碎指标为4.5%。

（2）水泥：P·O42.5R 水泥，符合 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》的要求。

（3）特细砂：细度模数为 1.5～0.7，粒径 2～5 μm。

（4）粉煤灰：孔隙率 50%～80%，粒径 10～20 μm，28 d 活性指数88.5%，符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求。

（5）叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910：厦门爱珂玛化工有限公司生产。

（6）羟丙基甲基纤维素醚：天津东晟光建筑材料有限公司生产。

（7）聚天门冬氨酸：淄博润聚生物科技有限公司生产。

（8）超轻陶粒：由粉煤灰、木质素磺酸钙、锯木粉、炭粉，经混合、成球、高温焙烧制得，粒径1～20μm，堆积密度200kg/m3。

（9）明矾石粉：粒径 300～600 nm。

（10）十二烷基硫酸钠：郑州中润化工产品有限公司生产。

（11）植物蛋白发泡剂：东莞深海节能建材科技有限公司生产。

1.2 透水干粉砂浆的制备

试验配比为：普通硅酸盐水泥30份、粉煤灰10份、特细砂120份、建筑垃圾粗骨料15份、羟丙基甲基纤维素醚2份、聚天门冬氨酸1份、松香酸钠3份、植物源复合蛋白发泡剂2份，通过调节醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、超轻陶粒、明矾石粉的掺量，制得不同配方的干粉砂浆，并对其性能进行测试。

制备方法为：将建筑垃圾再生粗骨料、水泥、特细砂、粉煤灰、超轻陶粒、明矾石粉加入到强制式混合机中混合搅拌5 min，然后依次加入叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910、羟丙基甲基纤维素醚、聚天门冬氨酸、十二烷基硫酸钠和植物蛋白发泡剂，继续搅拌3 min，最后进行干燥、破碎处理，制得透水干粉砂浆。

1.3 性能测试方法

将上述制得的干粉砂浆加入一定量的水搅拌混合，测试其稠度，然后制备成50 mm×50 mm×50 mm的试样，标准条件下养护7 d和28 d，参照JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行性能测试。

2 结果与讨论

2.1 超轻陶粒掺量对干粉砂浆性能的影响

在胶砂比为1∶3、水料比为0.15的基础上，研究超轻陶粒掺量（按占水泥质量计）对干粉砂浆稠度和强度的影响，超轻陶粒粒径为2 μm，实验结果如表1所示。

表1 超轻陶粒掺量对干粉砂浆性能的影响

从表1可以看出，随着超轻陶粒掺量的增加，砂浆的稠度逐渐增大，但强度先提高后降低。本文采用的超轻陶粒是以粉煤灰为主要原料，添加木质素磺酸钙、锯木粉、炭粉，经混合、成球、高温焙烧而制得，超轻陶粒的加入会有效改善砂浆的流动性，陶粒中的粉煤灰、炭粉起到轴承作用，从而使得砂浆的需水量减少。而且本节采用的超轻陶粒粒径为2 μm，颗粒之间的聚集度小，其在砂浆中也可以起到润滑的作用。超轻陶粒中粉煤灰还起到一定的保水效果，其与明矾石粉复配加入到砂浆中，在适宜掺量时可有效改善砂浆的保水性能和力学性能。

2.2 超轻陶粒粒径对干粉砂浆性能的影响

在胶砂比为1∶3、水料比为0.15的基础上，掺加占水泥质量 5.0%的超轻陶粒，粒径分别为 1、5、10、20 μm，通过砂浆的稠度和强度来表征粒径大小对干粉砂浆性能的影响，实验结果如表2所示。

表2 超轻陶粒粒径对干粉砂浆性能的影响

从表2可以看出，随着超轻陶粒粒径的减小，比表面积增大，活性越大，内部缺陷和孔隙减少，同时，砂浆的匀质性更好，砂浆硬化后更均匀，强度更高。

2.3 明矾石粉掺量对干粉砂浆性能的影响

固定超轻陶粒粒径为1 μm、掺量为5.0%，胶砂比为1∶3，水料比为0.15，研究明矾石粉掺量（按占水泥质量计）对干粉砂浆性能的影响，结果如表3所示。

从表3可以看出，掺加适量明矾石粉可以有效改善砂浆的保水率和流动性，且可提高砂浆的抗压强度。随着明矾石粉掺量的增加，砂浆的抗压强度先提高后降低，当其掺量为5%时，砂浆的分层度最小，抗压强度最高，稠度和保水率均较好。

表3 明矾石粉掺量对干粉砂浆性能的影响

2.4 叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910对砂浆性能的影响

固定超轻陶粒粒径为1 μm、掺量为5.0%，胶砂比为1∶3，水料比为0.15，明矾石粉掺量为5%，研究叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910掺量（按占水泥质量计）对砂浆性能的影响，结果如表4所示。

表4 叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910掺量对砂浆性能的影响

从表4可以看出，随着叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910掺量的增加，砂浆的稠度增大，抗折强度逐渐提高，抗压强度有所降低。这是因为叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910的弹性模量比胶凝材料的弹性模量小太多，当其在胶凝材料中聚合后会成为胶凝材料的组成相，这种组成相为交织的网状胶膜结构，该结构为典型的柔性结构，可以有效降低水泥砂浆的弹性模量，从而大大提高砂浆的抗折强度。但是叔碳酸乙烯/醋酸乙烯共聚物DP910加入到砂浆中会有效提高砂浆的含气量，从而使砂浆的抗压强度降低。