改性凹土对掺微晶防水剂砂浆性能的影响

0 前言
凹凸棒土简称凹土(attapulgite), 是一种层链状过渡结构的以含水富镁铝硅酸盐为主的粘土矿, 其化学分子式为Mg5(H2O)4(Si4O10)2(OH)2。凹土因特殊结构而具有良好的吸附性能和粘结性能, 用途广泛。在砂浆领域开发应用凹土, 关键是改性。目前较常用的改性处理方法有高温焙烧法、超声波处理、偶联剂处理、表面活性剂处理和酸化处理[1]。大量资料表明, 某些粘土矿物经高温煅烧后能够生成大量的活性氧化硅和活性氧化铝类玻璃体物质, 具有良好的火山灰活性[2]。研究发现[3],高温煅烧使得凹土晶格发生破坏, 在凹土原矿粉中生成大量具有火山灰活性的活性氧化硅和活性氧化铝,这些物质与砂浆中水泥水化产物里的氢氧化钙反应,生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙填充了砂浆内部的孔隙, 可以改善砂浆某些性能, 尤其是抗渗性。

微晶防水剂是近年来开发成功的一种防裂、抗渗外加剂, 其主要化学成分是非结晶硅酸铝。与水泥拌合后, 非结晶硅酸铝成分和水泥水化产生的活性氢氧化钙结合生成硅酸钙凝胶。该凝胶具有填充、切断毛细孔隙的作用, 填塞由微细孔与毛细孔等引起的渗漏途径[4]。本文将煅烧凹土掺入到微晶防水砂浆中后, 研究其对防水砂浆的抗压、粘结, 尤其是抗渗性能的影响,探索凹土应用于防水砂浆的可行性。

1 原材料及试验方法
1.1 原材料
( 1) 水泥: 江南水泥厂生产的金宁羊牌P·Ⅱ42.5R硅酸盐水泥,水泥性能数据如表1 所示。

( 2) 砂:中砂, 产地为长江上游湖北地区, 细度模数为2.4, 堆积密度为1773kg/m3, 表观密度为2602kg/m3,含泥量为2.12%.
( 3) 粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰(南京大厂区聚力粉煤灰厂), 粉煤灰性能数据如表2 所示。

( 4) 纤维素醚: 羟丙基甲基纤维素醚(HPMC), 四川某化工厂生产。
( 5) 外加剂: VC- ⅡA 型微晶水泥外加剂, 浙江某公司提供。
( 6) 凹土: 江苏盱眙某公司提供。

1.2 试验方法
防水砂浆的稠度试验和抗压强度试验均按照《建筑砂浆基本性能试验方法》( JCJ 70- 90) 中规定的试验方法进行。关于防水砂浆试验方法和性能评价标准, 有广东省工程建设标准《干粉砂浆应用技术规程》DBJ 15- 36-2004 和建设部标准《预拌砂浆》JG/T 230- 2007, 但广东标准对防水砂浆性能指标要求比部颁标准高, 故本文采用广东标准。砂浆保水率、抗渗压力和粘结强度试验按DBJ 15- 36- 2004 中规定的试验方法进行。

1.3 试验内容
试验所用防水砂浆的配合比见表3。
表3 煅烧凹土对防水砂浆性能影响的试验配合比

( 1) 将原矿凹土在马弗炉中分别进行420℃和850℃两个温度段的煅烧, 煅烧时间均为2h。这两个煅烧温度对凹土表观密度和比表面积的影响见表4。

( 2) 在无机防水砂浆中分别掺入占水泥质量5%的420℃和850℃煅烧原矿凹土, 进行系列性能测试, 与不掺煅烧凹土的防水砂浆性能对比, 分析其对防水砂浆的性能影响。
( 3) 探索煅烧凹土对掺防水剂的无机防水砂浆性能的影响, 尤其是对抗渗性能的影响。如果改善效果显著, 则说明煅烧凹土应用在防水砂浆中是可行的, 从而可以通过减少防水剂掺量来降低防水砂浆成本。
2 试验结果与分析
煅烧凹土对防水砂浆性能影响见表5 和图1。


2.1 煅烧凹土对防水砂浆稠度的影响
由表5 可以看出, 将两个煅烧温度的凹土掺入防水砂浆中后, 新拌砂浆的稠度都有下降。这是因为掺入煅烧凹土后, 凹土的吸附性好, 消耗了一部分拌合水, 从而使砂浆稠度下降。由表4 可知, 420℃煅烧凹土比表面积比850℃煅烧凹土比表面积大得多, 吸附性能优越, 故掺420℃煅烧凹土的新拌砂浆稠度下降幅度较大。

2.2 煅烧凹土对防水砂浆保水率的影响
表5 显示, 掺入煅烧凹土后防水砂浆的保水率均有所下降, 但都满足DBJ 15- 36- 2004 的要求。VC- 微晶水泥外加剂中呈球状的微晶掺入到水泥砂浆中,微晶的微细粒子均匀分布到砂浆中,类似粉煤灰的“形态效应”可以改善砂浆的和易性[5]。煅烧凹土呈杂乱堆积的针棒团状, 掺入后不利于微晶的均匀分布, 从而使这种“形态效应”受到影响, 保水率有所下降。研究表明,420℃煅烧凹土比表面积最大, 保水增稠效果最好, 将其取代纤维素醚后, 试验结果如表5 中b 组所示, 保水性、抗压、抗渗及粘结性能均满足DBJ 15- 36- 2004 的要求。

2.3 煅烧凹土对防水砂浆抗压强度的影响
试验结果显示, 煅烧凹土的掺入对防水砂浆的抗压强度均有不同程度的提高, 见表5。这是因为煅烧处理后的凹土内产生了大量的活性氧化硅和活性氧化铝, 具有很高的火山灰活性, 因此对砂浆产生了很大的增强作用。其中, 420℃煅烧凹土对防水砂浆的增强效果优于850℃煅烧凹土, 这是因为煅烧温度的升高, 使砂浆中水泥水化产物里的Ca(OH)2 因与煅烧凹土中的活性氧化硅与活性氧化铝作用而大大减少, 这样就没有足够的Ca(OH)2 与微晶防水剂中硅酸铝作用, 未反应的非晶态硅酸铝对砂浆强度起到了增强作用[5]。420℃煅烧凹土取代纤维素醚后, 砂浆抗压强度增强幅度最大。因为纤维素醚加入到水泥砂浆中后, 会引入许多微气泡, 使砂浆体积密度降低, 从而使砂浆抗压强度有所下降。

2.4 煅烧凹土对防水砂浆抗渗性能的影响
由表5 的抗渗压力看不出煅烧凹土的掺入对防水砂浆的抗渗性的影响。为了探明这种影响, 在抗渗试验后取出试件,沿圆台体试件中心轴垂直劈开,量得10 点的渗水高度,并取其平均值,用平均渗透高度来比较抗渗性。结果见图1。
由图1 可以看出, 掺入煅烧凹土后, 防水砂浆的平均渗透高度均降低, 也就说明抗渗性都有提高。微晶粒子内部具有蜂巢状均匀小泡穴结构与水泥拌合后,可与水泥水化产生的活性氢氧化钙结合生成硅酸钙胶体, 填充切断了毛细孔隙的作用, 填塞由微细孔隙与毛细孔等引起的渗漏途径[6]。而高温煅烧使得凹土晶格发生破坏, 在凹土原矿粉中生成了大量具有火山灰活性的活性氧化硅和活性氧化铝, 这些物质与砂浆中水泥水化产物里的氢氧化钙反应, 生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙填充了砂浆内部的孔隙, 煅烧凹土与微晶外加剂复合后的所起的作用是加强了这种填充作用, 因此, 提高了防水砂浆的抗渗性能。其中850℃煅烧凹土对砂浆抗渗性的提高效果优于420℃煅烧凹土, 综合效果是850℃煅烧凹土的好。这是因为凹土在850℃下煅烧2h 后, 凹凸棒石晶格塌陷, 生成了顽辉石、透辉石、CaO、MgO 和玻璃体类物质, 结晶性很不稳定, 具有很高的活性, 填充了砂浆内部的毛细孔从而降低了砂浆孔隙率, 使得砂浆内部孔隙更加细小化, 因此抗渗性能高。

2.5 煅烧凹土对防水砂浆粘结强度的影响
试验结果显示, 煅烧凹土对防水砂浆的粘结强度没有提高反而有所降低, DBJ 15- 36- 2004 中要求防水砂浆的28d 粘结强度≥0.60MPa, abcd 四组试验都符合要求。850℃煅烧凹土对防水砂浆粘结强度的降低幅度比420℃煅烧凹土的要小。

3 结论
( 1) 煅烧凹土的掺入对无机防水砂浆的稠度、保水率和粘结强度均有所降低。其中850℃煅烧凹土的降低幅度较小, 但都满足广东省《干粉砂浆应用技术规程》DBJ 15- 36- 2004 的要求。
( 2) 掺入煅烧凹土后, 无机防水砂浆的抗压强度和抗渗性都提高。其中850℃煅烧凹土的抗渗性提高幅度最大。
( 3) 850℃煅烧凹土对无机防水砂浆的抗压强度和抗渗性能均有提高, 且对抗渗性有显著提高, 其他性能都满足广东省《干粉砂浆应用技术规程》DBJ 15- 36-2004 的要求。综合比较, 850℃煅烧凹土对无机防水砂浆的改善效果最好。

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