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不同种类减水剂对流态固化土性能影响的研究

2024-09-10 33 上传者：管理员

摘要：流态固化土具有高流动性，可以有效消纳建筑固废和工业固废，是一种性价比高、环境友好型低碳建筑材料，近年来得到了广泛的应用。然而，由于土质的特殊性，流态固化土往往需要很高的水料比才能保证其高流动性，较高的水料比给流态固化土的性能带来不良影响，本文研究了聚羧酸减水剂(PCE)、萘系减水剂(FDN)、氨基磺酸盐减水剂（ASP）、木质素磺酸钠（LS）对流态固化土性能的影响。

关键词：
低碳建筑材料
减水剂
建筑固废
建设工程
流态固化土
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随着我国建设工程的持续展开，大量的建筑固废也随之产生，其中工程渣土占比最大，但处置方式较单一，资源化利用率较低[1-2]。随着环保政策的进一步收紧和国家对建筑固废资源化利用率的进一步提高，工程渣土的资源化利用技术的发展也日益重要。

流态固化土是以渣土为主要原料，通过固定式或移动式搅拌设备进行生产，然后通过混凝土搅拌车、泵车、泵管或简易溜槽输送到浇筑部位，施工快捷，对原材料宽容度较高，流动性大，一般应用在基坑、管廊、溶洞等地下空间回填，也可应用在非承重道路基层[3]，可大量消纳渣土等建筑固废。

然而在工程施工中发现，由于渣土离散性较大，为了达到流态固化土的大流动性，往往需要添加大量的水，对流态固化土的凝结时间、收缩率、强度等造成不良影响。

研究和试验表明，在保证流动性能的前提下，掺入减水剂可以有效降低流态固化土的水料比。谭正日等[2]研究了了聚羧酸减水剂(PCE)、脂肪族减水剂(SAF)、萘系减水剂(FDN)、三聚氰胺减水剂(PMS)四种减水剂对流态固化土性能的影响。结果表明：在保持相同流动度下，四种减水剂的减水效果从高到低依次为PCE>SAF>PMS>FDN；在经时流动度方面，FDN体系较其他减水剂体系在1h内具有更好的流动性，四种减水剂体系的流动度保持性从优到劣依次为FDN>PCE>PMS>SAF：四种减水剂均能降低渣土基高流态回填材料的泌水率，缩短渣土基高流态回填材料的凝结时间。郭晨[4]对PCE改良疏浚淤泥流态固化土的工程特性进行了研究，发现PCE的掺加能够相对地提高新拌淤泥固化土的流动性，其掺量存在阈值。PCE在最佳掺量下，使得淤泥固化土的强度得以提升。张凤锟[5]等研究了木钙减水剂对淤泥固化土流动度的影响规律。结果表明，木钙减水剂掺量对淤泥固化土流动度的影响存在阈值，水泥掺量为5%时，木钙减水剂掺量阈值为0.8%；当木钙减水剂掺量大于阈值时，随着掺量的增大，淤泥固化土流动度呈“阶梯式”增加。

1、试验

1.1原材料

渣土取自深圳某工地，风干后过10mm筛留用，具体物理性能指标如表1，颗粒分析结果如表2。固化剂取自深圳港创建材股份有限公司，具体物理性能指标如表3。减水剂采用聚羧酸减水剂(PCE)、萘系减水剂(FDN)、氨基磺酸盐减水剂（ASP）、木质素磺酸钠（LS），其中氨基磺酸盐减水剂（ASP）购自江苏苏博特新材料股份有限公司，其他三种减水剂取自港创建材外加剂厂。

1.2试验方案

流态固化土由固化剂、渣土、水组成。本文研究了四种减水剂及其掺量对流态固化土性能的影响。在保持相同流动度((240±20)mm)下，比较了四种减水剂与未掺减水剂的流态固化土在水料比、容重、凝结时间、收缩率、抗压强度等方面的差异。试验配比如表4。

表1渣土基本物理性能

表2渣土颗粒分析结果

表3固化剂基本性能

表4试验配比及部分试验结果

注：固化剂、减水剂掺量均为与渣土质量的百分比，水料比为水与渣土质量的百分比。

1.3试验方法

流动度试验参考《Standard Test Method for Flow Consistency of Controlled Low Strength Material(CLSM)》ASTM D6103与《预拌流态固化土工程应用技术标准》(DBJ51/T 188—2022)，采用流动度测试筒(上下开口内径75mm，高150mm)测试流态固化土的流动度。容重按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T70-2009)测定，测试筒为1L容量筒。凝结时间按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T 1346-2011)测定，测试仪器为标准法维卡仪。收缩率按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T70-2009)测定，收缩率为试块龄期7d时条状试块纵向收缩量与试块长度（160mm）的百分比。抗压强度试验参照《预拌流态固化土工程应用技术标准》(DBJ51/T 188-2022)，在7d、28d测试成型试块的抗压强度。

2、结果与讨论

按照1.3试验方法，配比试验结果见表4和表5。

表5不同种类减水剂及掺量对流态固化土性能影响试验结果

2.1水料比

水料比是影响流态固化土性能的重要指标之一。当固化剂掺量为8%，流动度保持在(240±20)mm时，不同种类减水剂（PCE、FDN、ASP、LS）及掺量（0、0.3%、0.6%）对流态固化土水料比的影响规律如图1。由图1可知，不同种类减水剂对水料比的影响规律不同，其中，PCE、FDN、ASP的掺入明显降低流态固化土水料比，LS的掺入对流态固化土水料比的影响不明显。ASP减水效果最好，与空白组相比，0.3%的掺量减水28.0%,0.6%的掺量减水38.6%。随着减水剂掺量的增加，PCE、FDN、ASP的减水效果也呈增加趋势。四种减水剂对流态固化土水料比的降低效果依次为：ASP>PCE>FDN>LS。

图1不同种类减水剂及掺量对水料比的影响

2.2容重

容重是评价新拌流态固化土性能的重要指标。当固化剂掺量为8%，流动度保持在(240±20)mm时，不同种类减水剂（PCE、FDN、ASP、LS）及掺量（0、0.3%、0.6%）对流态固化土容重的影响规律如图2。由图2可知，不同种类减水剂对容重的影响规律不同，其中，PCE、FDN、ASP的掺入明显增加了流态固化土容重，ASP效果最好，LS的掺入对流态固化土的容重影响不明显。随着减水剂掺量的增加，PCE、FDN、ASP对流态固化土容重的影响也呈增加趋势。四种减水剂对流态固化土容重的增加效果依次为：ASP>PCE>FDN>LS。

图2不同种类减水剂及掺量对容重的影响

2.3凝结时间

凝结时间是评价流态固化土施工性能的重要指标，较短的凝结时间有利于工程施工。当固化剂掺量为8%、流动度保持在(240±20)mm时，不同种类减水剂（PCE、FDN、ASP、LS）及掺量（0、0.3%、0.6%）对流态固化土凝结时间（终凝）的影响规律如图3。由图3可知，不同种类减水剂对容重的影响规律不同，其中，PCE、FDN、ASP的掺入明显降低了流态固化土的终凝时间，ASP效果最好，LS的掺入对流态固化土的凝结时间影响不明显。随着减水剂掺量的增加，PCE、FDN、ASP对流态固化土凝结时间的影响也呈增加趋势。四种减水剂对流态固化土凝结时间（终凝）的降低效果依次为：ASP>PCE>FDN>LS。

图3不同种类减水剂及掺量对凝结时间的影响

2.4收缩率

收缩率是影响流态固化土填充性能的重要指标。当固化剂掺量为8%、流动度保持在(240±20)mm时，不同种类减水剂（PCE、FDN、ASP、LS）及掺量（0、0.3%、0.6%）对流态固化土收缩率的影响规律如图4。由图4可知，不同种类减水剂对收缩率的影响规律不同，其中，PCE、FDN、ASP的掺入降低了流态固化土的收缩率，LS的掺入对流态固化土的收缩率影响不明显。ASP效果最好，与空白组相比，0.3%的掺量收缩率减少32%,0.6%的掺量收缩率减少42%。随着减水剂掺量的增加，PCE、FDN、ASP对流态固化土收缩率的影响也呈增加趋势。四种减水剂在0.3%的掺量时，对流态固化土收缩率的降低效果依次为：ASP>LS>PCE=FDN，在0.6%的掺量时，对流态固化土收缩率的降低效果依次为：ASP>PCE>FDN>LS。

图4不同种类减水剂及掺量对收缩率的影响

2.5抗压强度

抗压强度是评价流态固化土性能的关键性指标。当固化剂掺量为8%、流动度保持在(240±20)mm时，不同种类减水剂（PCE、FDN、ASP、LS）及掺量（0、0.3%、0.6%）对流态固化土抗压强度的影响规律如图5。由图5可知，不同种类减水剂对抗压强度的影响规律不同，其中，PCE、FDN、ASP的掺入明显增大了流态固化土的强度，ASP和PCE对强度的增强效果明显，LS的掺入对流态固化土的强度影响不明显。随着减水剂掺量的增加，PCE、FDN、ASP对流态固化土强度的影响也呈增加趋势。四种减水剂对流态固化土抗压强度的增加效果依次为：ASP>PCE>FDN>LS。

3、结论

针对本次试验选用渣土，当固化剂掺量为8%、流动度保持在(240±20)mm时：

⑴除LS外，ASP、PCE、FDN三种减水剂均能改良流态固化土水料比、容重、凝结时间（终凝）性能，改良效果依次为：ASP>PCE>FDN，且随着掺量的增加，改良效果增加。

图5不同种类减水剂及掺量对抗压强度的影响

⑵四种减水剂在0.3%的掺量时，对流态固化土收缩率的降低效果依次为：ASP>LS>PCE=FDN，在0.6%的掺量时，对流态固化土收缩率的降低效果依次为：ASP>PCE>FDN>LS。

⑶四种减水剂对流态固化土抗压强度的增加效果依次为：ASP>PCE>FDN>LS。

参考文献:

[1]肖建庄,沈剑羽,段珍华,等.工程渣土资源化基础问题与低碳技术路径[J].科学通报,2023,68(21):2722-2736.

[2]谭正日,谭洪波,吕周岭,等.不同类型减水剂对渣土基高流态回填材料性能的影响[J].硅酸盐通报,2022,41(09):3227-3233.

[3]马孟超,陈文.基于大宗固废的固化土技术及其应用进展[J].广东建材,2023,39(09):144-147.

[4]郭晨.基于PCE改良疏浚泥流动固化土的工程特性试验研究[D].东南大学,2022.

[5]张凤锟,尹崧宇,陈浩.木钙减水剂对淤泥固化土流动度影响规律的试验[J].水运工程,2019,(S2):13-17.