云南地区不同种类火山灰对聚羧酸减水剂及混凝土性能的影响研究.pdf

A u g 化肥设计C h e m i c a lF e r t i l i z e rD e s i g n第 卷第期 年月项目基金:垒知创新基金项目(L E T S G r p ).作者简介:李嘉佳(年),男,贵州遵义人,年毕业于南京工程学院复合材料与工程专业,现主要从事混凝土与外加剂研究.通讯作者:鲁圣军,贵州大学教授,博士生导师,研究方向为聚合物结构与性能.云南地区不同种类火山灰对聚羧酸减水剂及混凝土性能的影响研究李嘉佳,彭飞,王照能,邓磊,鲁圣军(科之杰新材料集团(云南)有限公司,云南 安宁 ;贵州大学材料与冶金学院,贵州 贵阳 )摘要:通过对云南不同种类火山灰进行烧失量、三氧化硫及粒度等性能测试,研究了不同种类火山灰对聚羧酸减水剂及混凝土性能的影响.研究结果表明:火山灰的粒度影响减水剂的减水性能,火山灰的烧失量影响减水剂的保坍性能.火山灰粒度越小,火山灰需水量越大,减水剂掺量越高.不同种类火山灰与外加剂之间的适应性不同,在减水剂相同掺量条件下,火山灰需水量比越高,混凝土状态越差;火山灰粒度越小,混凝土前期强度越低;火山灰烧失量越高,混凝土坍落度损失越快.关键词:火山灰;减水剂;混凝土d o i:/j i s s n 中图分类号:TU 文献标识码:B文章编号:()R e s e a r c ho nE f f e c t so fD i f f e r e n tK i n d so fV o l c a n i cA s ho nP o l y c a r b o x y l i cA c i dW a t e r r e d u c i n gA g e n t sa n dC o n c r e t eP r o p e r t i e s i nY u n n a nP r o v i n c eL I J i a j i a,P E N GF e i,WAN GZ h a o n e n g,D E N GL e i,L US h e n g J u n(K e z h i j i eN e w M a t e r i a l sG r o u p(Y u n n a n)C o,L t d,A n n i n gY u n n a n ,C h i n a;C o l l e g e o fM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g y,G u i z h o uU n i v e r s i t y,G u i y a n gG u i z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t k i n d s o f v o l c a n i c a s ho np o l y c a r b o x y l i c a c i dw a t e r r e d u c i n ga g e n t s a n d c o n c r e t ep r o p e r t i e sh a v eb e e ns t u d i e db yt e s t i n gt h e l o s so n i g n i t i o n(L O I),s u l f u r t r i o x i d ea n dp a r t i c l es i z e,e t c o fd i f f e r e n tk i n d so fv o l c a n i ca s hi nY u n n a n T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep a r t i c l e s i z e a n d t h eL O I o f v o l c a n i c a s ha f f e c t t h ew a t e r r e d u c t i o np e r f o r m a n c e a n d t h e s l u m p r e t e n t i o np e r f o r m a n c e o fw a t e r r e d u c i n ga g e n t s r e s p e c t i v e l y T h es m a l l e r t h ea s hp a r t i c l e s i z e,t h eg r e a t e r t h e a s hw a t e r r e q u i r e m e n t a n d t h eh i g h e r t h ew a t e r r e d u c i n ga g e n t c o n t e n t T h e a d a p t a b i l i t yb e t w e e nd i f f e r e n t k i n d s o f v o l c a n i c a s ha n da d m i x t u r e s i s d i f f e r e n t W i t h t h e a m o u n t o fw a t e r r e d u c i n ga g e n t u n c h a n g e d,t h eh i g h e r t h ew a t e r r e q u i r e m e n t r a t i oo f a s h,t h ew o r s e t h e s t a t eo f c o n c r e t e;t h e s m a l l e r t h e a s hp a r t i c l e s i z e,t h e l o w e r t h e e a r l ys t r e n g t ho f c o n c r e t e T h eh i g h e rt h ea s hL O I,t h e f a s t e r t h ec o n c r e t es l u m p l o s s K e y w o r d s:v o l c a n i ca s h;w a t e r r e d u c i n ga g e n t;c o n c r e t ed o i:/j i s s n 随着混凝土技术的不断发展,混凝土已成为现代建筑工程结构最重要的材料之一.相较其他建筑结构材料,混凝土材料耐久性及耐火性较好、可塑造性强、生产过程“排碳”少、施工方式简便,这些特点使得混凝土材料在中国今后实现“碳达峰、碳中和”过程中必将扮演重要的角色.近十年来,粉煤灰与矿渣粉已得到广泛应用,价格也持续上涨.火山岩是岩浆经火山喷发到地表快速冷凝而成的岩石.我国火山岩储量丰富且广泛,大量试验及研究表明,火山灰具有胶凝材料的特性,在常温状态下,可与水发生反应,生成具有水硬性胶凝能力的水化物,火山岩为富含S i O和A lO的玻璃体结构,而且具有一定的火山灰活性,在掺入水泥和混凝土的情况下,其内部活性组分S i O和A lO与水泥熟料水化产生氢氧化钙和高碱性水化硅酸钙,进行二次水化反应(火山灰效应),生成质量更优的低碱性水化硅酸钙和水化铝酸钙.因此,火山岩是一种可用在水泥基材料中,部分取代水泥的矿物掺合料火山渣.作为一种绿色环保的矿物质颗粒,其具有轻质、导热系数小等优点,常被用于混凝土轻骨料及墙体中;其主要成分为活性氧化物,因此,粉磨后同样可以作为水泥活性混合材料应用于工程建设中,具有一定的经济效益和社会效益.火山灰产量充足、价格低廉,作为矿物掺合料用于混凝土中,在保证工程质量的同时,可有效降低工程成本、缓解资源消耗、减少环境污染等.1 1试验原材料及试验方案 试验原材料本试验所用原材料的具体信息见表,所用主要仪器的详细信息见表.表试验原材料试验原材料规格来源减水剂母液(S )含固:科之杰新材料集团(云南)有限公司保坍剂母液(S )含固:科之杰新材料集团(云南)有限公司白糖(H)食用级山东凯翔生物科技有限公司葡萄糖酸钠(H)食用级山东凯翔生物科技有限公司水泥(C)P 刘总旗水泥有限公司火山灰(K)级云南筑业建材有限公司火山灰(K)级云南宏建建材有限公司火山灰(K)级云南绿能建材有限公司火山灰(K)级云南佰鑫建材有限公司火山灰(K)级云南金桥建材有限公司标准砂(S)I S O厦门艾斯欧标准砂有限公司机制砂(S)MB:,MX:云南磐亿建材有限公司碎石(G)粒度:mm云南磐亿建材有限公司水(W)自来水自制表试验设备实验仪器型号主要技术参数强制式单卧轴混凝土搅拌机S J D 型额度搅拌量:L数控水泥砼标准养护箱S H B Y B型温湿度控制仪误差:;箱内温差;控制湿度 恒加载压力试验机T S Y 型最大载荷:k N混凝土含气量测定仪AHC L容积:L;测量范围:聚羧酸减水剂的制备为保证实验结果的可靠性,复配均采用同一聚羧酸减水剂,母液为科之杰新材料集团(云南)有限公司生产,其复配配方见表.表聚羧酸减水剂配方单位/k gS S H H W 分别在相对应的反应釜中加入定量的水,然后加入配方定量的缓凝剂H、H,搅拌溶解,再分别加入所需用量的聚羧酸减水母液与保坍母液,并同时搅拌混合均 匀,制得所 需 聚 羧 酸 减 水 剂,入 库待用.不同品种火山灰性能指标种火山灰烧失量测试结果见图.图种火山灰烧失量测试结果火山 灰 烧 失 量 测 定 方 法 按 照G B/T 用于水泥中的火山灰混合材料 检测.由图可知,种火山灰烧失量均小于 ,符合国家标准.火山灰三氧化硫含量测试结果见图.图种火山灰三氧化硫含量测试结果火山灰S O测定方法按照G B/T 用于水泥中的火山灰混合材料 检测.由图可第期李嘉佳,彭飞,王照能,等云南地区不同种类火山灰对聚羧酸减水剂及混凝土性能的影响研究知,种火山灰三氧化硫含量均小于,符合国家标准.火山灰细度测定方法按照G B/T 水泥粒度检验方法 检测,火山磷矿粒度测试结果见图.由图可知,种火山灰粒度为 m,筛余均小于,符合国家标准.号火山灰的粒度为 m,筛余占比大致相同,号和号火山灰粒度为 m,筛余占比略少.总体来说,云南地区火山灰质量相对稳定.图火山灰粒度测试结果 火山灰需水量比测试方法火山 灰 需 水 量 比 性 能 测 定 方 法 按 照G B/T 水泥胶砂强度试验(I S O法)检测,掺合料需水量比配比见表.表掺合料需水量比配比单位/g试验编号CKS WJ J J 混凝土测试方法混凝土性能测定方法按照G B/T 普通混凝土拌合物性能试验方法、G B/T 普通混凝土力学性能试验方法 两个标准检测,混凝土强度测定根据G B 混凝土强度评定标准 判定.混凝土性能测定采用C 混凝土等级配合比,分别测试不同种类火山灰对混凝土和易性、坍落度损失、含气量、抗压强度的影响,试验配合比见表.表混凝土性能测定试验配合比单位/(k gm)试验编号CKS GW减水剂C C C 2 2试验结果与分析 火山灰需水量比测定掺合料需水量比试验数据见表.由表可知,以上掺合料都符合G B/T 水泥胶砂强度试验(I S O法)检测标准.按照基准配合比,选用云南地区个常用厂家的火山灰,在用水量和外加剂掺量相同的情况下,进行了适应性试验.对掺加不同厂家掺合料的需水量进行对比试验,结果显示,号掺合料需水量基本一致,号和号掺合料需水量较小.可得出粒度筛余越小,掺合料需水量越大的结论.表掺合料需水量比试验数据试验编号初始流动度/mm用水量/g需水量比/J J J J J J 混凝土和易性、含气量、坍落度损失试验为了研究火山灰与聚羧酸减水剂的适应性,采用C 强度等级配合比进行混凝土实验.实验时除了胶材发生变化外,其余配合比保持不变,分别测试同种聚羧酸减水剂对混凝土火山灰初始坍落度、倒筒排空时间、含气量、坍落度损失的影响(见表).由表可得,C、C 的坍落度较小,其中C 的倒筒时间最慢为 s,含气量最小为,混凝土的和易性较差;C 的倒筒时间最慢为 s,含气量最小为,混凝土的和易性较差.C 的含气量最多为,倒筒时间为 s,混凝土的和易性比较好;C、C 的混凝土和易性良好.可得出如下结论:火山灰需水量越高,混凝土坍落度越低,其和易性越差.表混凝土倒筒时间、含气量、坍落度损失对比试验数据试验编号减水剂掺量/初始坍落度/mm初始扩展度/mm倒筒排空时间/s含气量/h坍落度/mmh扩展度/mmC C C C C C 化肥设计 年第 卷 混凝土强度实验混凝土 抗 压 强 度 在 数 控 水 泥 砼 标 准 养 护 箱 、湿度 条件下,测定其d、d、d抗压 强 度,成 型 试 模 采 用 mm mm mm,具体实验数据见图.图混凝土抗压强度由图可知,使用控制变量法考察云南地区不同种类火山灰与聚羧酸减水剂的适应性,所得到的结果如下:C 的试块强度最高;C C 的试块早期强度较高,其d强度已达到 以上,d强度已达到 以上,d已达到 以上;C 和C 试块前期强度较低,其d强度已达到 以上,后期强度增长快.可得出如下结论:火山灰对混凝土试块强度影响很大,火山灰粒度越小,混凝土试块前期强度越低,后期强度增长速度快.3 3结语()云南地区同种火山灰的物理性能基本一致,不同种类火山灰物理性能略有差别,整体趋向稳定.()不同厂家的火山灰在同种外加剂下对比,火山灰粒度主要影响减水剂的减水性能,火山灰粒度越小,火山灰需水量越大,减水剂掺量越高,早期强度越小.()不同厂家的火山灰在同种外加剂下对比,火山灰烧失量主要影响减水剂的保坍性能,火山灰烧失量越大,混凝土损失越大,后期强度越低.参考文献:李立,关青锋,刘金国,等肯尼亚天然火山灰质材料对水泥水化性能的影响J混凝土,():元强,杨珍珍,史才军,等天然火山灰在水泥基材料中的应用基础J硅酸盐通报,():王倩倩天然火山灰质材料在高性能混凝土中的应用技术 评 天然火山灰质材料与火山灰高性能混凝土 J混凝土与水泥制品,():修改稿日期:(上接第 页)有机耦合和共存为主,将对化工行业C O减排贡献巨大.另外,现有煤化工项目基本都配置了C O变换装置.为了减少C O的排放,可以不变换或少变换,后续可考虑多配置需要利用C O来羰基化的产品,如羰基化生产醋酸、碳酸二甲酯、丁辛醇、甲酸甲酯、甲酰胺、丁二烯双羰基化生产己二酸等.以上研究主要从原子经济和减碳角度来分析,未考虑各种能源及产品的价格以及各种不同原料配比下项目的盈利性和竞争力.表不同技术路线的吨产品工艺过程C O排放不同技术路线煤基路线(干煤粉)天然气路线备注吨氨C O排放/t 吨尿素C O排放/t 吨甲醇C O排放/t 未计入动力使用环节的C O排放吨碳酸氢氨C O排放/t 4 4结语在东部沿海地区大力发展轻烃化工,副产大量氢气,但由于政策不允许用煤,因此,沿海地区氢气只能用于生产液氨或作为燃料.为了充分地利用氢气生产多碳醇类产品,建议根据副产氢气量适度审批少量煤气化项目,实现碳氢平衡.在西北地区有大量的电石尾气和焦炉气资源,要鼓励不同企业间进行电石气、焦炉气互换耦合,实现所需的碳氢平衡,或通过少量煤气化项目,与焦炉气的富氢进行配比,生产多碳醇等化工产品.在新疆、重庆天然气资源富裕的地方可建设部分天然气与煤气化耦合的项目,实现碳氢的平衡.西北现有煤化工企业要实现与绿电制氢的耦合调节氢碳比,取消空分、变换,同时尽量生产多消耗C O的化学品,如醋酸、碳酸二甲酯、丁辛醇、甲酸甲酯、甲酰胺等.参考文献:每 经 网 年 中 央 经 济 工 作 会 议 专 题 E B/O L h t t p:w w w n b d c o m c n/a p p_f e a t u r e s/修改稿日期:第期李嘉佳,彭飞,王照能,等云南地区不同种类火山灰对聚羧酸减水剂及混凝土性能的影响研究