一种可降低干燥收缩和塑性开裂的碱激发矿渣砂浆

摘要

本发明公开了一种可降低干燥收缩和塑性开裂的碱激发矿渣砂浆，按照重量份数，该碱激发矿渣砂浆由以下组分组成：矿粉：100份，水渣：100-300份，碱激发剂：4-15份，水：30-60份，橡胶：1-15份，所述的橡胶为橡胶颗粒或橡胶粉。该组分的碱激发矿渣砂浆的力学强度保持现有水平，并可明显降低干燥收缩和塑性开裂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，具体来说，涉及一种可降低干燥收缩 和塑性开裂的碱激发矿渣砂浆。

背景技术

国外学者对碱激发矿渣砂浆的干燥收缩问题进行研究，在碱激发 矿渣砂浆基体中加入减缩剂、二水石膏、引气剂等措施降低碱激发矿 渣砂浆的干燥收缩值，结果发现：在碱激发矿渣砂浆中加入引气剂能 够明显减少砂浆的干燥收缩，砂浆的强度下降较低，在碱激发矿渣砂 浆中加入引气剂是减少干燥收缩的最佳方式，但存在成本过高问题。 在碱激发矿渣砂浆中加入二水石膏能减少砂浆的干燥收缩，但减少的 幅度有限，其机理是早期水化生成钙矾石类物质，后期随着钙矾石的 分解干燥收缩增加，加入石膏同时能降低碱激发矿渣砂浆的凝结时间， 碱激发矿渣砂浆本就存在凝结时间较短的问题，加入石膏会使这一问 题更加突出。在碱激发矿渣砂浆中加入减缩剂能够减少砂浆的干燥收 缩，但存在成本高和减缩剂与碱激发矿渣砂浆浆体之间相容性问题。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种可降低干 燥收缩和塑性开裂的碱激发矿渣砂浆，该碱激发矿渣砂浆的强度保持 现有水平，并可明显降低干燥收缩和塑性开裂。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种可降低干燥收缩和塑性开裂的碱激发矿渣砂浆，按照重量份 数，该碱激发矿渣砂浆由以下组分组成：

矿粉        100份，

水渣        100-300份，

碱激发剂    4-15份，

水          30-60份，

橡胶        1-15份，

所述的橡胶为橡胶颗粒或橡胶粉。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.该碱激发矿渣砂浆的强度保持现有水平，并可明显降低干燥 收缩和塑性开裂。将橡胶颗粒或者橡胶粉加入到普通水泥砂浆中能够 起到引气的作用，将橡胶颗粒或者橡胶粉加入普通水泥砂浆中存在相 容性问题，橡胶颗粒或橡胶粉是有机材料，砂浆浆体是无机材料，两 者粘结差导致强度下降。通过橡胶颗粒或橡胶粉的表面改性能够改善 橡胶颗粒或者橡胶粉与浆体之间的粘结性能，通常采用的表面改性剂 为NaOH等强碱性物质，将橡胶颗粒或橡胶粉表面粗糙，增加与浆体 之间的粘结力。碱激发矿渣砂浆中含有大量的碱，具有对橡胶颗粒或 橡胶粉表面改性的作用，在碱激发矿渣砂浆中加入橡胶颗粒或橡胶粉 能够引气，改善砂浆的孔结构和孔分布比例，达到减少干燥收缩和塑 性开裂的效果，同时，掺入橡胶颗粒的碱激发矿渣砂浆与普通碱激发 矿渣砂浆强度相似，当橡胶颗粒掺量达到一定高度时，碱激发矿渣砂 浆的强度会出现下降。而在这一过程中，本发明的碱激发矿渣砂浆的 强度保持现有水平或略有下降。

2.提高废物利用率。本发明提供的碱激发矿渣砂浆中，水渣选择 粒化高炉矿渣，来源于工业废料；矿粉也是由粒化高炉矿渣制成，也 是来源于工业废料；橡胶可以由废旧橡胶轮胎制成。也就是说，水渣、 矿粉和橡胶都是来源于工业废料。同时，水渣、矿粉和橡胶的重量份 数占该碱激发矿渣砂浆总的重量份数大于70％，也就是说，本发明提 供的碱激发矿渣砂浆的主要成分都是源于工业废料。与现有的普通碱 激发矿渣砂浆相比，本发明提供的碱激发矿渣砂浆提高了废物利用率， 有利于节约资源和环境保护。

3.简化了制备工艺。在普通水泥砂浆中，为了增加橡胶颗粒或 橡胶粉与水泥浆体之间的粘结力，通常是先制备表面改性的橡胶颗粒 或橡胶粉，再将橡胶颗粒或橡胶粉加入到水泥砂浆中。本发明碱激发 矿渣砂浆，直接将橡胶颗粒或橡胶粉加入到碱激发矿渣砂浆中，简化 了工艺，提高生产效率。

具体实施实例

本发明的一种可降低干燥收缩和塑性开裂的碱激发矿渣砂浆，按 照重量份数，该碱激发矿渣砂浆由以下组分组成：

矿粉        100份，

水渣        100-300份，

碱激发剂    4-15份，

水      30-60份，

橡胶    1-15份，

所述的橡胶为橡胶颗粒或橡胶粉。

所述的矿粉为细度大于350m²/Kg的磨细粒化高炉矿渣。制备时， 将粒化高炉矿渣磨细，使粒化高炉矿渣的细度大于350m²/Kg，即可得 到矿粉。水渣为未磨细粒化高炉矿渣，粒径小于4.75mm。制备时， 将粒化高炉矿渣通过4.75mm筛，筛余部分即为本发明所需的细骨料。 碱激发剂由水玻璃和氢氧化钠混合组成。制备时，将水玻璃和氢氧化 钠加水混合并搅拌均匀，即可制得碱激发剂溶液。橡胶由废旧橡胶轮 胎制成，橡胶可以是橡胶颗粒的形式，也可以是橡胶粉的形式。若以 橡胶颗粒形式存在，则橡胶颗粒的粒径小于5mm。

制备本发明的碱激发矿渣砂浆，先按照重量份数，称取矿粉、水 渣、橡胶、碱激发剂和水；然后碱激发剂溶于水中，形成碱激发剂溶 液，接着将橡胶加入碱激发剂溶液中搅拌进行表面处理；随后将矿粉 和水渣先干混，再加入带有橡胶的碱激发剂溶液中搅拌均匀，即形成 本发明的碱激发矿渣砂浆。

本发明的碱激发矿渣砂浆的组分中，矿粉具有潜在活性，通过碱 激发剂激发矿粉就能得到碱激发矿渣胶凝材料；水渣是未磨细的粒化 高炉矿渣，在砂浆中起到细骨料作用，同时，水渣的多孔性和表面粗 糙增加了与碱激发矿渣浆体之间的粘结力。通过橡胶颗粒或橡胶粉的 表面改性能够改善橡胶颗粒或者橡胶粉与浆体之间的粘结性能，通常 采用的表面改性剂为NaOH等强碱性物质使橡胶颗粒或橡胶粉表面 粗糙，增加与浆体之间的粘结力。碱激发矿渣砂浆中含有大量的碱， 具有对橡胶颗粒或橡胶粉表面改性的作用，在碱激发矿渣砂浆中加入 橡胶颗粒或橡胶粉能够引气，改善砂浆的孔结构和孔分布比例，达到 减少干燥收缩和塑性开裂的效果。

下面通过试验，来阐述本发明的碱激发矿渣砂浆具有的优良性能。 采用抗折强度和抗压强度表示碱激发矿渣砂浆的强度。抗折强度表示 进行抗折强度试验时，砂浆单位面积承受弯矩时的极限折断应力，单 位Mpa。抗压强度表示砂浆单向受压力作用破坏时，单向面积上所承 受的荷载，单位Mpa。抗折强度值和抗压强度值越大，说明碱激发矿 渣砂浆的强度越大。采用干燥收缩值表示碱激发矿渣砂浆的干燥收缩 性能，单位是mm。干燥收缩值越小，说明碱激发矿渣砂浆的抗干燥 收缩性能越佳。采用开裂指数碱激发矿渣砂浆的塑性开裂，单位是 mm。开裂指数值越小，说明碱激发矿渣砂浆的塑性开裂越低。

试验原料

水渣采用圣戈班公司生产的未经磨细处理的粒化高炉矿渣，粒径 小于4.75mm。矿粉采用将圣戈班公司生产的粒化高炉矿渣磨细，使 粒化高炉矿渣的细度大于350m²/Kg。橡胶由普通的废旧橡胶轮胎制成 的橡胶颗粒，且橡胶颗粒的粒径为1.40mm-2.36mm之间。碱激发剂由 质量比为5.3∶1的分析纯级固态水玻璃和分析纯级固态氢氧化钠混 合而成，或由质量比为2∶1的工业级液态水玻璃和工业级固态氢氧 化钠混合而成，液态水玻璃含水率50％，密度为1.34g/cm³。

试样样品

按照本发明提供的制备方法，以表1中的组分，制备本发明的碱 激发矿渣砂浆，即试验样品1、试样样品3和试验样品5。

试验样品2、试样样品4和试验样品6中均没有加入橡胶颗粒或 者橡胶粉。试验样品2、试样样品4和试验样品6的制备方法是：按 照重量份数，称取各组分；然后制备碱激发剂溶液，接着将矿粉和水 渣添加到容器中并混合均匀，最后加入碱激发剂溶液，并再次搅拌均 匀即可。

表1试验配合比

以上六个试样样品组中，由于试验样品1和试样样品2的组分重 量份数相同，试验样品3和试样样品4的组分重量份数相同，试验样 品5和试样样品6的组分重量份数相同，所以在下面的试验中，将试 验样品1和试样样品2的试验结果相比较，将试验样品3和试样样品 4的试验结果相比较，将试验样品5和试样样品6的试验结果相比较。

实施例1

进行砂浆的强度性能试验：对试验样品1至试验样品6制备的碱 激发矿渣砂浆，按照《水泥胶砂强度检验方法》标准GB/T 17671-1999 进行砂浆的强度性能测试。试验结果见表2。

表2碱激发矿渣砂浆的抗折强度和抗压强度

由表2可知，对比试验样品1和试样样品2，在3天时，试验样 品1的抗折强度小于试样样品2的抗折强度，但也仅仅差1.19Mpa， 试验样品1的抗压强度大于试样样品2的抗压强度，差值仅为0.3Mpa； 在28天时，试验样品1的抗折强度等于试样样品2的抗折强度，试 验样品1的抗压强度大于试样样品2的抗压强度。由于试验样品3中 掺入了15重量份的橡胶颗粒，掺量较大，导致试验样品3的强度出 现了下降。在3天和28天时，试验样品3的抗折强度和试验样品4 的抗折强度相差不多，但在3天时，试验样品3的抗压强度是试验样 品4的77.7％，在28天时，试验样品3的抗压强度是试验样品4的 79.5％，说明试验样品3抗压强度出现了下降。对比试验样品5和试 样样品6，无论在3天还是28天，试验样品5的抗折强度和抗压强 度都要优于试样样品6，但是最大差值也小于1.5Mpa。

综合来看，本发明的碱激发矿渣砂浆的强度性能与没有掺加橡胶 成分的碱激发矿渣砂浆的强度性能相当。当橡胶颗粒掺量为矿粉重量 分数为15％时，碱激发矿渣砂浆的强度出现明显下降。

实施例2

进行砂浆的干燥收缩性能试验：对试验样品1至试验样品6制备 的碱激发矿渣砂浆，按照《建筑砂浆基本性能试验方法》标准JGJ/T 70-2009进行砂浆的干燥收缩性能测试。试验结果见表3。

表3碱激发矿渣砂浆干燥收缩试验结果/10-6

由表3可知，对于试验样品1和试样样品2，试验样品1比试验 样品2干燥收缩减少了，以90天干燥收缩值为例，试验样品1的干 燥收缩比试验试验样品2减少了24％；对于试验样品3和试样样品4， 试验样品3比试验样品4干燥收缩减少了，以90天干燥收缩值为例， 试验样品3的干燥收缩比试验试验样品4减少了34％；对于试验样品 5和试样样品6，试验样品5比试验样品6干燥收缩减少了，以90天 干燥收缩值为例，试验样品5的干燥收缩比试验试验样品6减少了 8％。

综合来看，本发明的碱激发矿渣砂浆的抗干燥收缩性能明显优于 没有掺加橡胶颗粒成分的碱激发矿渣砂浆的干燥收缩性能。

实施例3

进行砂浆的塑性开裂性能试验：对试验样品1至试验样品6制备 的碱激发矿渣砂浆，按照《水泥砂浆抗裂性能试验方法》标准JC/T 951-2005进行砂浆的塑性开裂性能测试。试验结果见表4。

表4砂浆抗塑性开裂试验结果

由表4可知，试样样品1的开裂指数为260mm，最大裂缝宽度为 0.9mm。试验样品2的开裂指数为729mm，最大裂缝宽度为1.7mm。无 论是开裂指数，还是最大裂缝宽度，试样样品1都明显小于试验样品 2。也就是还说，试验样品1抗塑性开裂性能优于试验样品2。试样 样品3的开裂指数为832mm，最大裂缝宽度为1.5mm。试验样品4的 开裂指数为1247mm，最大裂缝宽度为2.3mm。试验样品3抗塑性开裂 性能优于试验样品4。试样样品5未出现开裂。试验样品6的开裂指 数为49mm，最大裂缝宽度为0.2mm。试验样品5抗塑性开裂性能优于 试验样品6。结果表明，掺加橡胶颗粒或橡胶粉能够减少碱激发矿渣 砂浆塑性开裂。