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砂浆混合均匀度的影响因素及表征方法研究

   编辑:文武  邮箱:info@mortar.cn
2018-11-08 10:44:51 保护色:默认白 牵牛紫 苹果绿 沙漠黄 玫瑰红 字体:小字 中字 大字 点击数:0

摘要:前言

前言

  干混砂浆是将水泥、干燥骨料或粉料、外加剂以及根据性能确定的其他组分,按照一定比例,在专业生产厂经计量、混合而成的混合物。干混砂浆内部各组分的物理性能差异较大,水泥、掺和物及外加剂的粒径相对较小,密度较低,而机制砂的粒径相对较大,密度较高,因此不同组分之间的相容性较差[[i]],需要通过混合设备以特定的工艺参数对混合物进行处理以达到较高的混合均匀度。混合均匀度较高的干混砂浆可以保证砂浆在应用过程中,其保水性能、力学性能、收缩性能等物理力学性能趋于一致,最终达到与被作用材料完美结合的目的,在生产过程中通过工艺参数的控制来获得混合均匀度较高的干混砂浆就成为关键点。其其格吉日嘎拉、王春光等人就转子转速、混合时间和充满系数对小型卧式混合机的混合均匀度进行了实验,得到了最佳的工艺参数[[ii]]。李利桥、王德福、江志国等示踪物法和筛分法对自制的转筒式全混合日粮混合机的混合均匀度进行了对比分析,结论表明:两种方法并无统计学差异,均可检测混合机的混合均匀度[[iii]]。因此有必要就搅拌工艺及其参数对干混砂浆混合均匀度的影响规律进行深入的研究。
本文旨在探索干混砂浆生产过程中搅拌工艺参数对砂浆混合均匀度的影响规律,研究不同工艺参数对砂浆混合均匀度的影响效果,分别采用筛分均匀度法、性能均匀度法及甲基紫法表征砂浆混合均匀度,根据不同表征方法的特征选定适宜的混合均匀度表征方法用于生产质量控制。

1 试验原料及方法
水泥:中国长城铝业公司水泥厂水泥生产的42.5等级的普通硅酸盐水泥,其物理力学性质见表1所示:

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机制砂:洛阳安驰建材有限公司生产的中砂,其各项性能检测结果如表2所示,颗粒分布曲线如图1所示:

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图 1 机制砂累计筛余曲线
粉煤灰:国电荥阳煤电一体化有限公司所排放的II级粉煤灰,参照GB/T 1596-2005 用于水泥和混凝土中的粉煤灰进行性能检测,检测结果如下:45 μm方孔筛筛余为23%,需水量比为87.2%,烧失量为5.8%,含水量为0.2%。
可再分散乳胶粉和纤维素醚选用北京天维宝辰化学有限公司生产的HPMC-100000及6012E。
本试验所用搅拌设备为单轴犁刀式搅拌机,工艺参数包括:低速频率、高速频率、搅拌时间等。低速频率代表备料阶段的搅拌主轴转速,高速频率代表搅拌阶段的搅拌主轴转速,搅拌时间代表搅拌阶段的时长。本试验选取低速频率、高速频率、搅拌时间设计正交试验,通过测试砂浆的混合均匀度研究工艺参数对砂浆混合均匀度的影响规律。分别采用筛分均匀度法、性能均匀度法及甲基紫法对同一个样品进行混合均匀度测试,对比三种表征方法的准确度及测试周期,确定最佳的表征方法。

2 试验结果
2.1 搅拌工艺参数对砂浆混合均匀性的影响规律
按照表3中设定的搅拌工艺参数进行砂浆生产,按照生产批次取样,检测砂浆的细度均匀性及强度均匀性,检测方法参照DBJ41/T 078-2015预拌砂浆生产与应用技术规程附录A(以下简称规程)中相关要求进行,检测结果如表3所示:
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表 3 干混砂浆搅拌工艺参数试验

  对表3中编号为T1~T9的正交试验进行极差计算,探索不同搅拌工艺参数对砂浆细度均匀性和强度均匀性的影响规律,计算结果如表4所示:

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  由表4可知,砂浆细度均匀性的影响强弱排序为:最强为高速频率,其次为搅拌时间,最弱为低速频率,细度均匀性随高速频率的增加而增加,且在高速频率增至45 Hz时,增速趋于稳定,根据规程中对细度均匀性的要求(T细度≥90%),三个因素的三种水平均可以满足要求。
砂浆强度均匀性的影响规律与细度均匀性的影响规律相同,最强为高速频率,其次为搅拌时间,最弱为低速频率,强度均匀性随高速频率的增加而增加,增速放缓,在高速频率增至45 Hz时即可达到强度均匀性合格水平,根据规程中对强度均匀性的要求(T强度≥85%),低速频率应选取20 Hz,高速频率可选取45 Hz或50 Hz,搅拌时间可选取120 s或180 s。在满足混合均匀性要求的前提下,综合考虑生产能耗,确定干混砂浆生产工艺参数设定为:高速频率为45 Hz,低速频率为20 Hz。
砂浆混合均匀性的影响因素主要为高速频率及搅拌时间,混合均匀度一般随高速频率的增长而增加,但是与搅拌时间的影响规律并不明确。
2.2 搅拌时间对砂浆混合均匀性的影响规律
参考2.1中的相关结果,设定高速频率为45 Hz,低速频率为20 Hz,搅拌时间范围为30~240 s,每间隔30 s设置一组试验,具体试验方案如表3中编号为T10~T16及T8所示:
由表3中编号为T10~T16及T8的试验数据可以得到搅拌时间与混合均匀度间的相互关系,如图2所示:

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根据图2中混合均匀度的变化趋势可知,砂浆的混合均匀度的变化过程可以分为两个阶段,第一阶段混合均匀度随搅拌时间的延长而快速增加;第二阶段当搅拌时间达到极限后,混合均匀度不会继续增加,而是随着搅拌时间的延长而上下波动。根据表5中的试验数据可知,在高速频率为45 Hz,低速频率为20 Hz的生产工艺参数下,120 s为极限搅拌时间,即延长搅拌时间不会明确得到砂浆混合均匀度的提高。
因此从保证砂浆混合均匀度的角度考虑确定干混砂浆生产工艺参数设定为:高速频率为45 Hz,低速频率为20 Hz,搅拌时间为120 s。
2.3 干混砂浆混合均匀度表征方法
选定工艺参数如下:高速频率为45 Hz,低速频率为20 Hz,搅拌时间为120 s,在砂浆搅拌机完成搅拌后,打开搅拌机,在筒仓内部取样,取样点如图3所示。

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样品分别采用筛分均匀度法、性能均匀度法及甲基紫法测试砂浆产品的混合均匀度,性能均匀度的检测方法参考JGJ-T 70-2009 《建筑砂浆基本性能试验方法标准》中对保水率、强度、收缩等的相关规定,性能均匀度的计算方法参考规程A.0.5中的计算方法。甲基紫法测试方法参考JB-T 11185-2011《建筑施工机械与设备干混砂浆搅拌机》中的相关规定。不同测试方法对砂浆混合均匀性的表征效果如表6所示:

  由表6中数据可知,采用筛分法得到的细度均匀度为98.8%。采用物理法得到的性能均匀度为90.4%,采用甲基紫法得到的均匀度为91.3%。
根据测试原理分析,筛分法通过检测不同粒径组分的质量比来粗略判断砂浆中不同粒径组分的质量比。劣势在于仅仅能够判定砂浆中粉料与集料的混合均匀程度,无法判断外加剂在粉料中的混合均匀度,优势在于检测速度快,可以为判断砂浆均匀性提供参考性指标。
物理性能法通过检测砂浆样品的各项物理性能来表征砂浆的实际混合均匀度。优势在于准确度高,劣势在于测试周期较长,无法迅速为砂浆均匀性提供参考。
甲基紫法通过测定砂浆样品中的甲基紫含量表征外加剂在粉体以及粉体在集料中的分散均匀程度,通过分光光度计测量甲基紫溶液的透光度进而计算出甲基紫的含量,具有测试精度高,测试速度快的特点[[1]],优势在于可以获得较为准确的结果,且测试周期较短,劣势在于需要配备分光光度计,对实验设备要求较高。
综上所述:对比表6中的各项检测结果,采用甲基紫法测试的结果与性能法测试结果极为接近,故准确度较高,且测试周期较短,因此甲基紫法是最佳的混合均匀度表征方法。

3 结论
(1) 砂浆混合均匀性的影响因素主要为高速频率及搅拌时间,混合均匀度一般随高速频率的增长而增加。
(2) 干混砂浆混合均匀度的搅拌时间存在最佳的时间区间,针对本试验而言,在达到120s之前,混合均匀度随搅拌时间的延长而快速增加,超过120s,混合均匀度在已有均匀度之上上下波动。
(3) 针对本试验中选定的搅拌机,其最佳搅拌工艺参数为:高速频率为45 Hz,低速频率为20Hz,搅拌时间为120 s。
(4) 甲基紫法是一种相对较准确,且测试周期较短的混合均匀度测试方法,适宜于干混砂浆均匀性表征。

 

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来源:新型砂浆网
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