余浆品质（精选3篇）
余浆品质 篇1
0前言
我国城市建设正处于高速发展时期,在大量的民用和工业建筑中预应力混凝土管桩以其施工速度快、预制成型质量好、造价相对较低而被大量采用,生产量逐年增加。但预应力管桩在离心成型过程中,会产生大量废弃液———管桩余浆。余浆中含有水泥和减水剂等碱性物质,随意排放会对水土造成严重污染。对于余浆的处理有硬化后作为垃圾掩埋、处理后循环利用于管桩、作为混凝土砌块的骨料或用作路基的填料等方式。其中将余浆作为胶凝材料用于混凝土砖制备是一种既经济又节能的方法,因此,得到了较好的推广。
管桩生产中采用不同品种的水泥、外加剂、配合比,离心成型时不同的离心力和规格等,都会影响余浆的品质,使不同批次的性能之间存在差异进而影响到混凝土砖的质量。目前,较多的研究都集中在余浆的预处理和制备技术方面[1～3],而余浆品质对混凝土砖的性能,尤其是收缩性能的影响研究很少,而收缩开裂往往是混凝土砖的主要问题之一。另一方面,工厂生产的混凝土砖质量除与管桩余浆有关外,还与人员操作、其他原材料、养护条件、生产过程控制等因素相关,使实际生产中余浆品质与混凝土性能难以线性相关并不易分析。为此,本文通过试验并运用灰色关联这一模糊数学模型研究余浆对混凝土性能的影响,找出主要影响参数,以期更好地指导混凝土砖制备工艺,提高产品质量。
1 试验
1.1 原材料
(1)管桩余浆:宁波某厂PHC桩排出的废浆。
(2)混凝土砖:某厂利用余浆制备的混凝土砖,规格为240mm×115mm×90mm,2排矩形孔,孔洞率≥30%。
(3)粉煤灰:技术指标见表1。
(4)人工砂:技术指标见表2。
(5)配合比:余浆13%、粉煤灰1.5%、人工砂85.5%。
1.2 试验方法
1.2.1 余浆物理性能试验
(1)余浆固含量:烘干法测定。
(2)余浆密度:量筒法测定。
(3)余浆流动度:按GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性测试方法》进行。
(4)余浆中Ca(OH)2含量:通过测定余浆中的Ca(OH)2含量来比较不同批次余浆的水化程度。取到废浆后立刻用酒精反复洗涤以中止水化,经烘干并过80μm的方孔筛得到干燥粉末,再按GB176-1996《水泥化学分析方法》中的甘油酒精法进行。
(5)余浆有效成分测定:余浆中的水泥和矿粉具有胶凝活性。取到余浆后马上用无水乙醇浸泡并反复洗涤以终止水化,然后烘干成粉末进行分析。管桩生产用砂不得通过0.08mm方孔筛,因此,余浆粉末0.08mm方孔筛筛下即为有效成分含量。
1.2.2 混凝土砖性能测试方法
根据JC943-2004《混凝土多孔砖》标准,混凝土砖的强度、干燥收缩率,相对含水率等均按GB/T4111规定进行。其中干燥收缩率试验的测定标距为150mm。
1.3 灰色关联分析
灰色关联分析可以定量地比较系统之间或系统中各因素之间相对变化的情况,即根据序列曲线几何形状,来衡量它们之间关联性大小。如果两组比较序列的变化态势基本一致或相似,其同步变化程度较高,即可以认为两者关联程度较大;反之,两者关联程度较小。基于此,可以用来判定系统的众多因素中,哪些是主要因素,哪些是次要因素;哪些因素对系统发展起推动作用需强化发展,哪些因素对系统发展起阻碍作用需加以抑制[4～5]。
系统中,设Xi为系统因素,其在序号k上的观测数据为xi(k),k=1,2,…,n,则称Xi=[xi(1),xi(2),…,xi(n)]为因素Xi的行为序列。进行分析时,首先要选准系统行为特征X0(k)(称母序列),其次要明确系统主行为的有效因素Xi(k)(称子序列)。关联度是度量系统之间或因素之间随时间变化的关联性大小的尺度。灰色关联度γ(X0,Xi)简记为γoi,k点关联系数γ[X0(k),Xi(k)],简记为γoi(k)。计算灰色关联度一般有以下6个步骤:
(1)数据原始处理,计算各序列的均值项得:
X0′=[xi′(1),xi′(2),…xi′(n)]
(2)计算每个时刻点上母序列与各子序列差的绝对值,即:
(3)表中取差值绝对值中最大值与最小值,记为:
(4)在各时刻点上母序列X0与Xi的关联系数,计算公式为:
其中,ξ称为分辨系数,一般取ξ=0.5。
(5)求关联度,即计算关联系数的平均值:
(6)排关联序
为评价各子序列对母序列的关联程度,将关联度按大小顺序排成一列,成关联序。此外,若母序列与原始序列在ξ=0.5时的关联度≥0.6时,则认为X0和Xi满意关联。
2 结果分析和讨论
2.1 余浆和混凝土砖性能试验结果
余浆的物理性能和相对应制备混凝土砖的性能见表3和表4。
2.2 余浆性能对混凝土砖强度的影响
由表3和表4数据可知,利用灰色关联方法分析余浆性能对混凝土砖抗压强度的影响。其中用X1～X5分别表示余浆的密度、固含量、有效成分、45μm筛余和Ca(OH)2含量等指标。X01和X02分别代表混凝土砖的14d和28d平均抗压强度。两组序列的关联度计算结果见表5。
由表5可知,余浆品质的5个指标都与混凝土砖强度具有相关性,关联度值均大于0.6。其中余浆密度与砖14d和28d强度的关联度值最大,其次为固含量。从加和结果来看,关联度排序为:密度>固含量>Ca(OH)2含量>45μm筛余>有效含量,即密度和固含量是影响混凝土砖的主要因素;Ca(OH)2含量包含了余浆中胶凝材料的多少和水化程度等信息,同样对砖强度影响较大;而有效成分虽然是胶凝材料的含量,但在各综合因素作用下对砖强度的影响反而不明显。
由表5还可看出,余浆品质对混凝土砖14d强度影响要大于28d。随着时间的增长,关联性减弱,即余浆品质对砖强度早期影响更大些。
2.3 余浆对混凝土砖干燥收缩和吸水率的影响
混凝土砖的湿涨干缩性能是砌体建筑易裂的主要因素之一。表6列出了余浆各项指标与收缩率和吸水率之间的关联度值。其中用X1～X5分别代表余浆的密度、固含量、有效成分、45μm筛余和Ca(OH)2含量等指标,X03代表测定的混凝土砖的干燥收缩率,X04代表吸水率。
从结果来看,余浆中的Ca(OH)2含量和有效成分,即余浆中胶凝成分的水化程度和含量是影响砖干燥收缩的主要因素,其次是固含量,密度和颗粒细度与收缩值不具备关联性。
混凝土砖干缩开裂的实质是砖体内毛细孔水分蒸发引起的毛细孔收缩应力大于砖的抗拉强度所致,与余浆中水泥含量、水化程度,粉煤灰和砂质量,配合比和施工控制等多因素相关。例如11～13组就增大了成型机的成型压力,将原来的成型压力12～13MPa,提高为15MPa,使得混凝土砖密实度提高,自由水分减少,收缩率减小。
砖的吸水率与余的品质间无明显相关性,几项指标的关联度值都小于0.6。砖的吸水率与配合比中的水灰比、粉料级配、孔隙率和空隙结构的关系较为紧密。但砖实际的干燥收缩率与相对含水率是呈线性相关的[6],相对含水率越大,干燥收缩率越大,因此要同时控制砖的相对含水率和理论最大干燥收缩率,才能减少干缩开裂。这要求材料配比设计要合理,成型要密实,要控制成品上墙含水率。
3 结论
(1)余浆品质对混凝土砖14d和28d的抗压强度具有良好的相关性,影响程度随龄期的增长而减弱,各项指标关联度排序为:密度>固含量>Ca(OH)2含量>45μm筛余>有效含量,即密度和固含量是影响强度的主要因素。
(2)余浆性能中的有效成分,Ca(OH)2含量和固含量与混凝土的干燥收缩有相关性;关联度排序为:Ca(OH)2含量>有效成分>固含量。
(3)余浆品质与混凝土砖的吸水率无关联性。
根据以上结论,工厂生产条件下余浆的密度与强度性能紧密相关,可以将密度作为主要评价指标之一。通过确定余浆密度的合理范围和控制其稳定性来保证混凝土砖强度;而余浆中的Ca(OH)2含量与砖的干燥收缩值有所关联,可通过添加缓凝剂或加水均化等方式控制和延缓其水化程度,除此还需从改进施工工艺方面着手,保证机械成型压力≥15MPa,控制成品上墙含水率等。
参考文献
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[2]强卫.管桩余浆性能及在混凝土中的应用[J].广东建材,2004(1):21-23.
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[4]刘思峰.灰色系统理论及其应用.开封:河南大学出版社,1991:49-97.
[5]王学萌,张继忠,王荣,等.灰色系统分析及实用计算程序.武汉:华中科技大学出版社,2001:8-16.
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使用管桩余浆生产发泡混凝土 篇2
随着我国经济的高速发展和大规模基础建设的加快, 管桩的需求量一直保持较大的增长。管桩生产主要通过模具高速离心成型, 在成型过程中会产生大量的余浆, 现在余浆没有较好的处理方法, 如果处理不当会对环境产生很大不利影响[1,2]。余浆的主要成分是水泥、磨细砂和减水剂, 具有很好的胶凝性、硬化速率快、强度高等特点[3], 在建筑材料中充分使用余浆可以很好地解决余浆对环境污染的问题, 符合节能减排、经济可持续发展的国策, 也可以带来一定的经济利益。
随着建筑材料技术的发展, 轻质保温材料在建筑中的应用逐渐增加。发泡混凝土作为一种新材料, 具有轻质、保温、隔音等优异性能, 在建筑中得到广泛应用。目前市场使用的泡沫混凝土主要是以水泥和粉煤灰作为胶凝材料, 通过掺加合适的稳泡剂和发泡剂, 制定好合适的生产工艺来制得[4,5,6]。
目前管桩余浆在部分建筑材料中得到一定应用, 但在以双氧水为发泡剂的发泡混凝土中应用较少[7]。本文主要研究如何在发泡混凝土中大量使用管桩余浆, 为管桩厂余浆的处理提供一条新思路。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
余浆:江苏某管桩有限公司生产管桩产生的余浆, 湿密度1400~1800kg/m3;稳泡剂:保塑强化粉;促凝剂:锂盐类促凝早强剂;双氧水:化学纯30%浓度;水泥:江南小野田P·Ⅱ52.5级水泥;水:自来水。
1.2 试验方法
将胶凝材料、稳泡剂、水泥促凝剂等混合均匀, 加水搅拌120s至料浆均匀。在料浆中加入双氧水, 继续快速搅拌20s后, 迅速将料浆倒入模具中, 待混凝土发泡终止后盖上塑料膜防止水分散失, 一天后将混凝土脱模并进行自然养护至所需龄期。
试样的绝干密度测试参照GB/T 11970-1997《加气混凝土体积密度、含水率和吸水率试验方法》进行;抗压强度测试参照JC/T 1062-2007《泡沫混凝土砌块》进行;净浆流动度测试参照GB/T 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。
2 试验结果与分析
2.1 用水量对发泡混凝土性能的影响
由于不同时间所取余浆的含固量有一定差异, 导致使用余浆制备发泡混凝土过程中不能很好地控制用水量。如果余浆含固量较低时, 加入相同的水会使料浆水胶比偏高, 加入发泡剂后, 会导致发泡混凝土强度降低;如果余浆含固量较高时, 加入相同的水会使料浆水胶比偏低, 发泡混凝土容易塌泡。
为了能较好的控制余浆中水的加入量, 考虑通过料浆的净浆流动度来控制水的加入量, 检测不同流动度下料浆制备发泡混凝土的性能, 表1为料浆不同流动度对发泡混凝土性能的影响。
从表1中可以看出: (1) 1号发泡混凝土由于水胶比较低, 料浆流动度过小, 在加入发泡剂后, 混凝土迅速失去流动性, 并且大量泡沫破裂致混凝土塌模; (2) 2号发泡混凝土由于流动度仍较小, 料浆在加入双氧水后稠度增加, 大量气体在料浆稠化后仍在产生气体, 会使失去塑性的混凝土胀裂, 产生憋气、开裂现象; (3) 3号和4号发泡混凝土由于流动度较大, 可以使双氧水分解产生的氧气稳定在料浆中, 使发泡混凝土内部气孔结构均匀、无裂纹; (4) 2号混凝土由于料浆流动度较小, 导致混凝土稳泡差, 混凝土密度高, 强度也高, 3号和4号发泡混凝土由于流动度较好, 稳泡效果较好, 但因水胶比较大, 导致混凝土强度较低。
2.2 水温对发泡混凝土性能的影响
由于余浆是液体, 不同的环境条件下温度会有较大的差异, 因而容易导致发泡混凝土水温难以控制, 因此, 考虑通过控制料浆的温度来解决上述问题。
在保持料浆流动度为310~330mm情况下, 将余浆料浆控制在不同的温度, 观察料浆不同温度对发泡混凝土性能的影响, 试验结果见表2。
从表2中可以看出: (1) 当余浆料浆为40℃时, 温度较低, 双氧水发泡速率较低, 在混凝土失去流动性后, 仍有一定未分解的双氧水继续分解产生氧气, 导致混凝土密度偏高, 并且出现憋气、开裂的现象; (2) 当余浆温度为50℃和60℃时, 能使双氧水在料浆中充分分解产生氧气, 并且能很好地稳定在料浆中, 制备的发泡混凝土具有良好的性能; (3) 当余浆料浆温度为70℃时, 双氧水分解速率过快, 容易导致混凝土在搅拌的时候就已失去流动性, 料浆倒入模具中容易产生塌模现象。
2.3 余浆-水泥发泡混凝土
使用纯余浆制备的发泡混凝土存在密度高、强度低等缺点, 需要通过在余浆中添加一定量的水泥来改善发泡混凝土的性能。在以上试验基础上, 通过改变水泥与余浆的比例, 将发泡混凝土的干密度控制在270~300kg/m3, 来观察水泥掺量对发泡混凝土强度的影响, 试验结果见表3。
从表3中可以看出: (1) 当使用纯余浆来制备密度较低的发泡混凝土时, 由于余浆中大量的磨细砂没有胶凝性, 导致制备的发泡混凝土强度偏低, 1d后混凝土基本没有强度, 7d后混凝土强度才为0.2MPa; (2) 随着混凝土中水泥掺量的增加, 混凝土强度都有一定程度的增加, 当混凝土中余浆与水泥比为5∶5时, 制备的混凝土1d强度即可以达到0.5MPa, 7d后强度达到0.8MPa; (3) 当余浆与水泥比达到3.5∶6时, 混凝土强度没有较大程度的增长, 主要是余浆中磨细砂具有较小的粒径, 可以改善混凝土胶凝材料的级配, 适当余浆中的磨细砂可以改善混凝土的强度, 同时由于混凝土中使用了促凝剂, 对水泥的早期强度发展也会产生不利影响, 所以尽管水泥掺量增加, 但混凝土强度增加不是太明显, 可见在余浆中添加水泥来提高发泡混凝土的强度存在一个合适的比例。
图1、图2分别为纯余浆和余浆-水泥制备的发泡混凝土照片。从图1中可以看出, 使用纯余浆制备的发泡混凝土, 泡沫孔均匀、气孔结构较好、孔壁较厚、气孔多为闭合孔, 但是由于余浆中含有一定量的磨细砂, 导致制备出的发泡混凝土颜色发黄。从图2中可以看出, 在余浆中掺加水泥后, 制备出的发泡混凝土与市场上使用水泥、粉煤灰制备的发泡混凝土颜色和形态基本一致。
2.4 余浆发泡混凝土的应用
图3~图5分别为余浆发泡混凝土的实际应用图片。其中, 图3为使用纯余浆发泡混凝土制备一种复合墙板使用的夹芯板, 制备的发泡混凝土密度为430kg/m3、强度为0.8MPa。图4是使用余浆发泡混凝土夹芯板与轻质陶粒混凝土制备的复合墙板, 采用这种方法制备的墙板相比传统工艺制备的墙板, 具有更好的轻质、保温、隔音效果。图5是将制备的余浆-水泥发泡混凝土板作为外墙保温板应用于实际工程中。
3 结论
(1) 使用余浆作为胶凝材料时, 可以通过料浆的流动度来控制水的用量, 当料浆的流动度为320mm左右时, 制备出的混凝土性能最好。
(2) 在加入双氧水发泡之前, 将料浆温度控制在50~60℃时, 制备出的混凝土性能最好。
(3) 在余浆中掺加一定量的水泥可以提高发泡混凝土的强度, 但存在一个合适的掺量, 当水泥掺量过高时, 对发泡混凝土强度的提高不是很明显;当余浆与水泥质量比为5∶5时, 制备的余浆-水泥发泡混凝土性能最好。
参考文献
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[6]牛云辉, 卢忠远, 严云, 等.外加剂对泡沫混凝土性能的影响[J].混凝土与水泥制品, 2011, 179 (3) :9-13.
预应力混凝土管桩余浆的回收利用 篇3
我公司经过一系列的试验研究, 总结出一套使用余浆回收生产管桩混凝土的方法, 并在实际生产中不断进行改善。
1 余浆利用的依据
⑴余浆成分的分析:管桩生产所产生的余浆中除了水份外, 主要成份为水泥、磨细砂、少量细砂和极少的减水剂。由于减水剂的量极少, 可以忽略不计, 但它对余浆所起凝结作用是不可低估的, 用0.08mm的筛做余浆的筛余当成余浆中的含砂量, 据统计含砂量小于2%, 在利用过程中也忽略不计, 所以在加余浆生产混凝土设计时只考虑余浆中的水、水泥和磨细砂。由于用一般的方法很难测定余浆中水泥和磨细砂的比例, 所以在使用时假定水泥与磨细砂的比例与管桩下料时的比例相同, 我公司配方为余浆中水泥和磨细砂的比例为7:3。
⑵余浆排放量的测定:为了对余浆进行回收利用, 我们必须对余浆产生量进行测定, 测量结果统计如表1。
⑶余浆的原始浓度及比重的测定, 经过大量的试验结果显示:余浆原始的浓度在65%左右, 比重在1680kg/m3左右。
⑷在试验室加余浆试配混凝土时的难点是如何快速而准确地将余浆稀释到规定使用的浓度。因为用烘干法测定余浆的含固量需要较长时间, 不适宜在余浆利用中使用, 而测量比重相对而言会快很多, 经大量试验证明, 余浆的含固量与比重之间在一定的范围内有一个成正比的关系, 含固量为55%时其比重约在1480kg/m3左右。设余浆原始比重为P1, 稀释后余浆比重为P2, 每m3余浆加水量为Xkg, 即可得出下列等式:P2= (P1+X) / (1+X/1000) , 即X= (P1-P2) / (P2-1000) , 单位为m3, 生产时控制P2约为1500, 即X=P1/500-3。表2为试验过程中稀释前后的余浆比重、烘干后浓度及加水量等, 表2数据说明以上的稀释方法及加水量计算公式是合理的。
⑸加余浆混凝土试配试验:余浆固体部分考虑水泥和磨细砂按配方中的比例分配 (即7:3) , 利用时将余浆稀释到浓度为55%左右, 然后按每m3混凝土掺加100kg、110kg、120kg余浆, 但调整配方时为保证起见, 只考虑50%的含固量, 这样调整后的混凝土配方相比基准配方, 其蒸养强度和压蒸强度平均值如表3。
试验结果表明, 余浆掺入量从100~120kg/m3时, 混凝土的坍落度、和易性和强度均较稳定, 从而说明了余浆成分的稳定性较好。
⑹根据以上试验数据, 掺加余浆试生产, 试生产中主要观察混凝土的强度、可操作性和离心效果, 表4是掺入100~120kg/m3余浆试产的情况。
从以上试产情况可以看出, 余浆掺入量为120kg/m3时, 混凝土压蒸强度有所下降, 桩离心效果相对较差, 同时从余浆利用的连续性考虑, 每m3混凝土最多只考虑掺入110kg余浆生产。
2 余浆在回收利用过程中的控制
⑴由于原始的余浆在含固量方面波动较大, 而且随着时间的推移, 余浆会渐渐失去流动性, 所以利用余浆必须解决两个难题:一是对使用前的余浆进行比重测定和加水稀释调配, 使稀释好的余浆比重控制在1480±50kg/m3之间 (即含固量在55%左右) 以满足使用要求;二是保证使用前余浆有一定的流动度。
为达到以上两点要求, 我公司利用余浆的工艺流程如下:余浆收集→初步加水稀释调整比重→储存搅拌→第二次加水并调整至比重范围→计量→加入搅拌。
⑵余浆的计量搅拌
在保证余浆比重1480±50kg/m3, 即含固量在55%左右, 我公司为保险起见按余浆的含胶量为50%等量替代混凝土配比中的水泥和磨细砂, 并设计新的混凝土配合比投入生产。考虑砂石含水率过大或余浆量不足的情况, 可采用不同的余浆掺入量的配合比生产, 以免坍落度过大影响混凝土的强度和和易性。所以整个掺余浆的过程是一个动态管理过程, 根据不同的情况进行调整以适应生产的需要。表5是我公司不同余浆掺入量时的混凝土配合比:
⑶利用余浆应注意事项:
第一、设专人负责余浆的比重测量, 严格控制余浆使用前的含固量, 并负责余浆设备的清洁工作, 保证及时清洁。余浆利用设备的清洁是非常重要的, 也是很难做好的一项工作, 所以余浆利用的设备设计时必须充分考虑好清洁问题。
第二、砂、石上料的控制, 一定要做到今天筛洗明天使用, 减少砂石中的含水量, 如果砂石中的含水量过多, 使基准配方中用水量低于50kg/m3时, 运用余浆就成为一句空话。所以在雨季时为保证余浆的正常使用, 砂石堆场最好能加盖。
3 利用余浆的经济效益
采用每m3混凝土不掺余浆和掺余浆100kg时的成本进行比较, 每m3混凝土可节约成本17.75元。比较表如表6:
即Ф400×95的桩可节省成本1.7元/m, Ф500×100的桩可节省成本2.4元/m, Ф500×125的桩可节省成本2.7元/m, 这笔费用是相当可观的。