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完成工程硕士毕业论文

(2011-04-26 16:50:00)
标签:

学位论文

滤板

杂谈

分类: 加固施工技术

                 申请同济大学工程硕士学位论文

 

高性能环保滤板密封料

研制及应用

 

 

 

 

 

 

 

 

培养单位:材料科学与工程学院

研究方向:材料工程

研 究 生:朱卫华

    号:0821060011

指导教师:杨正宏  教授

校外导师:张立华  教授级高工

 

 

 

 

 

 

 

 

 

二○一一年一月


 


        A dissertation submitted to

Tongji University in conformity with the requirements for

the degree of Master of Engineering

 

 

The Research and Application of BY Series High-powered Environmental Protection Filter Board Sealant Materials

 

School/Department: School of Materials Science and Engineering

Research Direction: Materials Engineering

Candidate        : Zhu Wei-hua

Student Number   : 0821060011

Supervisor        : Prof. Yang Zheng-hong

Prof. Engineering Zhang-Lihua

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Mar, 2011


学位论文版权使用授权书

 


本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定,同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。

 同济大学学位论文原创性声明

 

本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。

 

 


摘要

目前,在污水处理领域的曝气生物滤池技术的研究和应用中,采用曝气生物滤池、球型轻质多孔陶粒生物滤料是一种主流思路。高精度滤板(BAF滤板)是曝气生物滤池在污水处理过程中的关键装置,它的质量的优劣直接关系到水厂、污水厂的滤后水质、水量及运行的长期效益。在生产施工过程中,一种防水抗渗、早强高强、无收缩、黏结性能好、廉价高效的密封材料趋向于代替传统材料,立足于市场。

本文对BY系列环保滤板密封料研制情况进行了详细的介绍,列举了其在工程领域中的应用,并通过与传统材料的对比,说明了环保滤板密封料优良的应用效果。

本文主要研究的内容包括:国内新型聚合物外加剂新技术,考虑节能环保材料的添加,研制环保滤板密封料配方;柔性的环保滤板密封料提高可施工性能的技术研究;开发应用环保滤板密封料工厂化生产工艺,使之高效、操作简单、质量稳定。

试验证明,研制的环保滤板密封料取代传统材料,能对滤板密封的耐候性、耐久性、粘接性、气密性、防水性和耐老化性,并能缩短工期、稳定施工质量、降低成本和方便施工,同时对水厂净配水池不产生污染,无腐蚀。主要体现在:

抗渗能力强,抗渗等级≥P16;达到国际先进水平,且造价低、浇筑成型容易、便于施工,而且耐油、耐溶剂、抗腐蚀、无毒性、使用寿命长;加入适量水拌匀后即可使用,避免了施工现场人工配料带来的误差,保证了产品质量的均一性。

粘结性能优异,粘接强度≥4.0MPa;力学性能显著提高,3d的抗压强度≥50 MPa3d的抗折强度≥10 MPa24h的竖向自由膨胀率≥0.02%;流动度达到260mm,改善了施工性能;泌水率为零,保证了施工质量的稳定性。

施工方便,并能缩短工期、降低成本和方便施工。

从发展的眼光来看,随着科学技术的不断发展,污水处理工程、环保项目将越来越多,环保滤板密封料的需求市场将越来越大。因此,此项研究成果具有良好的应用前景。

 

 

 

关键词BY系列, 滤板密封料, 应用


ABSTRACT

At present, the biological aerated filters technology research and application in sewage disposal area, using biological aerated filters, and spherical lightweight porous taoli biological filter material has become a kind of mainstream thinking. High precision filter board (BAF filter board) is the key devices of biological aerated filters in wastewater treatment process, whose quality good or bad quality directly related to the filter water quality and quantity and operation of the long-term benefits for the water plant and the sewage plant. In the process of production construction, a kind of waterproof anti-permeability, one seal material which is early strong strength high strength, non-shrinkage, good bond performance and cheap efficient tend towards to replace the traditional materials, and have a foothold in the market.

In this article, the author has expatiated the performance of the BY series high-powered environment protection filter board sealant materials. It also has illustrated its application in engineering area, and has pointed out the environmental protection filter board sealant materials’ excellent effect.

This article mainly researched following contents: the domestic new polymer admixture technology, the adding for the energy conservation environmental protection material, the environmental protection filters board cements formula research; the flexible material could be enhanced the engineering performance’s research; this product has many strong points of the high effective, the simply operation, and the stable quality.

The experiment proved that this material could be instead of the traditional one, it has the weathering resistance, the durability, gas tightness, the waterproof character and bears the old chemical property, and is can also reduce the construction time, stabled the construction quality, reducing the cost and the construction convenience. Simultaneously it does not have the pollution to the water works distribution reservoir, does not have the corrosion.

The impervious rank P16; Achieves the international advanced level, and the construction cost is low, the construction formation easy, to be advantage for the construction, moreover it has other advantage for oil resistant, the corrosion resistance,  no toxicity, the long service life; Then after joining the right amount water, it can  avoid the error, and has guaranteed the product quality homogeneity. 

The bonding properties are outstanding, cementation intensity 4.0MPa. The mechanical properties obviously enhance, 3d’s compressive strength 50 MPa, 3d’s anti-folds intensity 10 MPa, 24h vertical free expansion rate 0.02%. The mobility achieves 260mm; it has improved the construction performance. The weeping rate is zero, and it has guaranteed the construction quality stability. 

Constructs conveniently, and it can reduce the construction time; reduce the cost and the convenience construction. 

Looking from the development sight, along with the science and technology unceasing development, the sewage treatment project, the environmental protection project will be getting more and more, the environmental protection filter material’s market will be getting bigger and bigger. Therefore, this research results have the good application prospect. 

 

 

Key Words: BY series, Filter board sealant materials, Application


 

 

 

 

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第1章 引言. 1

1.1背景. 1

1.2 研制目的与应用价值. 2

1.3主要研究内容. 2

1.3.1主要研究内容. 2

1.3.2预期目标. 2

第2章 原材料的选择. 3

2.1减水剂. 3

2.2 水泥. 6

2.3骨料. 6

2.4硅粉. 7

2.5可再分散性乳胶粉. 8

2.6 砂浆纤维. 8

第3章 高性能环保密封料的制备和性能研究. 10

3.1技术路线. 10

3.2 高精度滤板的配制要求. 10

3.3环保滤板密封料的配比. 11

3.3.1 可再分散乳胶粉试配. 11

3.3.2减水剂的试配. 13

3.3.3钢渣代砂的研究. 14

3.3.4  其他外掺料的试配. 15

3.3.5  配制过程中的关键技术. 16

3.4高性能环保密封料的性能. 17

3.5 工厂化生产. 17

1、主要机具设备. 17

2、原材料质量要求. 18

3、生产工艺. 18

3.6  产品检验. 19

3.6.1抗压强度测试. 20

3.6.2流动度检验方法. 20

3.6.3 竖向膨胀率检验方法. 21

3.6.4 泌水率检验方法. 21

3.6.5钢筋握裹强度检验方法. 21

3.6.6钢筋锈蚀检验方法. 21

3.6.7冬期检验方法. 21

第4章 施工工艺与实践应用. 23

4.1施工工艺. 23

4.2 实践应用. 23

4.2.1 应用情况. 23

4.2.2  使用效果. 25

4.3 经济效益分析. 25

第5章 结论与展望. 27

5.1 结论. 27

5.2 展望. 28

参考文献. 29

致谢. 30

个人简历  在读期间发表的学术论文与研究成果. 31

 


1章 引言

1.1背景

目前国内在污水处理及中水回用技术及设备产品的研制、推广和应用较多,在曝气生物滤池技术的研究和应用中,采用曝气生物滤池、球型轻质多孔陶粒生物滤料是一种主流思路。高精度滤板(BAF滤板)是曝气生物滤池在污水处理过程中的关键装置,在滤池中起到承载滤料层过滤和反冲洗配水(气)的双重作用。高精度滤板质量的优劣直接关系到水厂、污水厂的滤后水质、水量及运行的长期效益。找到一种有效的材料进行高精度滤板的紧密粘接,且防水抗渗、早强高强、无收缩、黏结性能好,并能缩短工期、降低成本和方便施成了一个关键制约因素。

国内外用于水厂净配水池接缝、滤池滤板间密封、污水处理厂的污水池伸缩缝密封等各种贮液构筑物变形缝的防水密封粘结材料为聚合物水泥砂浆,主要有丙乳砂浆(即由丙烯酸酯共聚乳液加水泥砂浆配制而成,其中:丙乳:水泥=111.5)、双组份聚硫密封膏(即以液态聚硫橡胶为主要基料,添加多种化学助剂经特殊高分子材料合成工艺制作而成)及905聚合物水泥砂浆(即由水泥:砂:905=1:12:0.5的比例配制而成,其中903胶是以聚醋酸乙烯-乙烯共聚乳液添加粉料和辅助材料配制而成的一种膏状胶粘剂)。

上述防水密封粘结材料均存在成本高、施工复杂(需现场配制砂浆,且要求配制好后半小时内要用完)及施工质量不易控制(要求养护期不能有水)等缺陷,现场施工非常不便。

专用于滤板的密封材料研究在国内还比较少,通常都为建筑类密封材料。同济大学在2003年曾研制聚合物改性修补料,但侧重点为加固修补,且在材料的抗渗性方面未述及。杭州国电大坝工程有限公司在2008年曾公布了《905滤池滤板接缝专用密封胶》,但价格昂贵,且为有机材料。

我所在的单位上海宝冶工程技术有限公司,是隶属中冶集团的大型央企。新型建材是我司的主要产业之一,主要包括BY系列的滤板密封料、加固料、特种地坪等。在与客户沟通中,发现在污水处理领域客户急需一种廉价高效的密封材料代替传统材料,因此立项选题。

1.2 研制目的与应用价值

通过研究,研制一种环保滤板密封料取代传统材料,能对滤板密封的耐候性、耐久性、粘接性、气密性、防水性和耐老化性,并能缩短工期、稳定施工质量、降低成本和方便施工,同时对水厂净配水池不产生污染,无腐蚀。

从发展的眼光来看,随着科学技术的不断发展,污水处理工程、环保项目将越来越多,对环保滤板密封料的要求也越来越多,环保滤板密封料的需求市场将越来越大。因此,此项研究成果具有良好的应用前景。

1.3主要研究内容

1.3.1主要研究内容

1、研究国内新型聚合物外加剂新技术,考虑节能环保材料的添加,研制环保滤板密封料配方;

2、柔性的环保滤板密封料提高可施工性能的技术研究;

3、开发应用环保滤板密封料工厂化生产工艺,使之高效、操作简单、质量稳定。

1.3.2预期目标

研制出性能优异BY环保滤板密封料。材料密封性能良好,抗渗能力强,抗渗等级≥P16;粘结性能优异,粘接强度≥4.0MPa3d的抗压强度≥50 MPa3d的抗折强度≥10 MPa24h的竖向自由膨胀率≥0.02%;流动度达到260mm,改善了施工性能;泌水率为零,保证了施工质量的稳定性;同时具有良好的耐候性、耐久性、粘接性、气密性、防水性和耐老化性,并能缩短工期、稳定施工质量、降低成本和方便施工,同时对水厂净配水池不产生污染,无腐蚀。

 


2章原材料的选择

2.1减水剂

20世纪九十年代起聚羧酸高效减水剂在日本、德国、美国、加拿大等发达国家得到广泛应用,逐渐取代传统的萘系高效减水剂和蜜胺类高效减水剂被成为“第三代高效减水剂”。

在我国目前还是以萘系高效减水剂为主,占有80%的市场。第三代高效减水剂主要靠引进国外的成熟的聚羧酸高效减水剂,如瑞士的西卡公司、日本花王公司、美国的格雷斯建材公司等等。目前国家重大、重点工程大都使用聚羧酸高效减水剂,如三峡工程、苏通大桥、东海大桥、磁悬浮工程、武广高速铁路客运专线等等。近几年聚羧酸高效减水剂的发展和应用也发生了较大的变化,从开始只在重大工程中应用逐渐发展到在市政工程及民用工程中也较广泛的应用。

聚羧酸高效减水剂按形态分为液体和粉剂,在干粉砂浆中应用的都是粉剂。

(1)减水剂的作用及减水机理

     减水剂在水泥基滤板密封料中主要起到吸附、分散、湿润和润滑的作用。减水剂在水泥基滤板密封料中虽然用量很小,但可以在不影响滤板密封料流动性的基础上减少用水量,降低水灰比,从而提高滤板密封料强度;在不减少水泥用水量的情况下,改善滤板密封料的工作性能;在保持工作性能不变的情况下节约胶凝材料用量,降低成本。

减水剂在滤板密封料减水作用机理理论有3种,即静电斥力理论、空间位阻效应理论和反应型高分子缓慢释放理论(或称为反应型高分子徐变理论)。

静电斥力理论:在滤板密封料拌和物中,由于水泥电解出Ca2+具有较强的正电能,而高效减水剂大都属于阴离子型表面活性剂,溶解在拌和物中,由于两种电荷相反,减水剂吸附在水泥絮凝结构周围状物形成双电层即ξ电位,从而使水泥颗粒互相排斥,解放出被水泥絮凝结构包围的游离水,使体系处于良好而稳定的分散状态,从而有效的降低水灰比,增加流动性,(因为水泥实际发生水化反应需要的水灰比只有0.22左右)在这种情况下ξ电位越高,减水作用越明显。一般萘系减水剂及蜜胺类减水剂减水机理均适应于静电斥力理论。

空间位阻效应理论:有一类减水剂属高分子型接枝共聚物,减水剂分子结构呈“梳”状,其主链上有多个活性基团同时侧链上也有活性基团,这类减水剂由于有较多的支链,这些支链吸附在水泥颗粒表层后,可以在水泥表面形成较厚的立体包层,从而达到分散水泥絮凝结构的效果,值得注意的是这类减水剂的ξ电位并没有萘系减水剂及蜜胺类减水剂高,但其减水效果优于萘系减水剂及蜜胺类减水剂,在这一体系中分子间的力范得华力起决定作用,这类减水剂是聚羧酸高效减水剂。

反应型高分子缓慢释放理论:这类减水剂的减水作用通常分以下几步进性:水泥发生水化产生OH-OH-离子攻击反应性高分子表面的憎水部分;憎水部分加水分解为羧酸型分散剂而溶于水;被水泥粒子表面吸附,使之带负电荷,从而因同性电荷相斥,而起到分散作用。一般具有减水功能的引气剂的减水机理适用于反应型高分子缓慢释放理论

(2) 聚羧酸高效减水剂的优势

减水率高且能提高强度。因为聚羧酸高效减水剂的空间位阻效应,将被水泥絮凝结构包围的游离水释放出来,由于聚羧酸的高分子链,使这种作用高于ξ电位的减水作用。

良好的工作性能。聚羧酸高效减水剂提高流动性,增加黏聚性及保水性从而改善拌和物的和易性,满足施工要求.

对水泥适应性能好。萘系高效减水剂和氨基磺酸盐减水剂具有明显的饱和点,当减水剂的掺量超过饱和点即临界掺量时,会出现泌水、离析、浮浆等现象。而聚羧酸高效减水剂没有明显的饱和点,当其掺量较大时会出现延缓凝结时间的性能,不会明显出现泌水、离析、浮浆等现象。

耐久性好。聚羧酸高效减水剂具有引气性能,能在拌和物中引如大量封闭、均匀、微小的气泡,从而阻断自由水蒸发留下的毛细空,减少由于水结冰膨胀对结构产生膨胀应力,避免对结构产生破坏。

对环境及人体无危害,环保性能好。聚羧酸高效减水剂无色、无味具有生产绿色化,产品绿色化的特点。而工业萘旧有致癌物质,萘系减水剂具有刺激性气味。

具有低掺量,有较高的经济效应。在水泥基滤板密封料中萘系减水剂一般参量为水泥用量的(外掺法)0.6-1.0%,而聚羧酸高效减水剂般参量为水泥用量的(外掺法)0.2-0.4%

3聚羧酸同萘系高效减水剂对比。对掺萘系高效减水剂与掺聚羧酸高效减水剂的滤板密封料进行技术性能对比试验,试验原材料如下:

水泥:硅酸盐水P52.5R        安徽海螺水泥有限公司

: Ⅱ区,中砂,含泥量不大于1.0%  湖北

减水剂:PC1030                 苏州市兴帮化学建材有限公司

膨胀剂:UEA                   上海白水泥有限公司

硅粉: SiO292        贵州海天铁合金磨料有限责任公司

2.1 掺萘系与掺聚羧酸高效减水剂的砂浆技术性能对比

注:上表中,聚羧酸高效减水剂掺量为萘系高效减水剂掺量0.2-0.4倍。

3) 聚羧酸高效减水剂应用注意事项

严禁聚羧酸高效减水剂和萘系高效减水剂复合使用。经过大量的试验,发现当聚羧酸高效减水剂和萘系高效减水剂复合使用时, 水泥基滤板密封料拌和物会出现“闪凝”现象,即流动度损失大,试验证明当萘系高效减水剂占聚羧酸高效减水剂质量的3%以下时,基本上不影响水泥基滤板密封料拌和物的流动度,但当掺量超过3%回明显降低拌和物的流动度,掺量越大,流动度损失越大,这可能是由与萘系高效减水剂的苯分子结构对聚羧酸高效减水剂的大分子梳状结构产生吸附,从而影响聚羧酸高效减水剂空间位阻效应。

聚羧酸高效减水剂掺量不易过大。聚羧酸高效减水剂虽然没有明显的饱和点,但超量使用时,会出现凝结时间过长,延缓水化反应,从而影响水泥基滤板密封料的早期强度。

聚羧酸高效减水剂和水泥适应性问题。虽然聚羧酸高效减水剂与水泥的适应性比其它减水剂更好,但在实际应用时,由于水泥品种和成分的复杂性,当聚羧酸高效减水剂在水泥中应用时,由于水泥中的C3A对聚羧酸高效减水剂的吸附,也可能出现闪凝,快硬及流动度损失大的问题。这也是未来要解决的问题。不能与松香皂类引气剂同时使用,且对原材料中含泥量敏感,在干粉砂浆中骨料的含泥量不能大,试验发现当骨料中含泥量大于3%时,会明显降低聚羧酸高效减水剂的减水效果。

 

2.2 水泥

为了保证产品的质量,特对BY系列滤板密封料所用的主要原材料作出规定,宜采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,且符合GB175的规定。若采用其他水泥时应符合相应的标准要求。为提高早期强度,采用了42.5R早强水泥。海螺。

在使用中发现,该产品质量稳定,质量波动小,富裕强度高;水泥配制出的混凝土拌和物和易性能及与外加剂适应性能好;水泥本身色泽长期稳定,可广泛使用素色外表面建筑物; 配制的混凝土泌水率低;抗冻及耐磨性能好。

 

2.3骨料

砂的质量应符合JGJ 52的规定,且含水率不大于0.5%。砂宜为Ⅱ区中砂。为节省生产成本,采用的是筛分后的来自湖北巴河的中砂。

河砂一般分为人工河砂和天然河砂两类。人工河砂即机制砂,是指经除土处理,由破碎机破碎,筛分制成的粒径小于 4.75mm 的岩石颗粒。但不包含软质岩石,风化岩石的颗粒。由自然条件作用(主要是岩石风化)而形成的,粒径在5mm以下的岩石颗粒,称为天然河砂。

    砂的规格按细度模数(表征天然砂粒径的粗细程度及类别的指标)分为粗、中、细三种。

    粗砂:细度模数为37—31,平均粒径为o5mm以上。

    中砂:细度模数为30—23,平均粒径为o5—035mm

    细砂:细度模板为22—16,平均粒径为035—025mm

    特细砂:细度模数为15o7,平均粒径为o25mm以下。

    细度模数越大,表示砂越粗。普通混凝土用砂的细度模数范围在3.7-1.6,以中砂为宜,或者用粗砂加少量的细砂,其比例为41。砂的颗粒级配是指砂子大小颗粒的搭配比例。如果是同样粗细的砂,空隙最大,两种粒径的砂搭配起来,空隙有所减小,三种粒径的砂搭配,空隙更小。由此可见,砂子的空隙率取决于砂料各级粒径的搭配程度。级配好的砂子,不仅可以节省水泥,还提高了混凝土和砂浆的密实度及强度。

人工河砂是天然石在自然状态下,经水的作用力长时间反复冲撞、摩擦产生的,其成份较为复杂、表面有一定光滑性,杂质含量多,而石英砂采自石英矿床,经机械破碎、磨细,在机械力的作用下,成不规则的多菱角形状,与水泥浆料形成较强的粘接力,增强浆料的抗折、抗压强度,有利于聚苯颗粒保温浆料整体强度的提高。

 

2.4硅粉

微硅粉(学名“硅灰”, MicrosilicaSilica Fume ),系在冶炼硅铁合金或工业硅时,通过烟道排出的硅蒸汽氧化后,经特别设计的收尘器收集得到的无定形、粉末状的二氧化硅( SiO2 )。微硅粉平均粒径在 0.15~0.20 μ m ,比表面积为 15000~20000m 2 /kg ,具有极强的表面活性。近 20 年来,微硅粉在国内外建筑、化工、冶金等领域获得了广泛的应用。其中大量的微硅粉主要用于水泥或混凝土掺合料,以改善水泥或混凝土的性能,配制具有超高强(C70 以上)、耐磨、耐冲刷、耐腐蚀、抗渗透、抗冻、早强的特种混凝土,用于大坝、大型水库、水电、海港码头、铁路桥梁、高速公路、飞机场跑道、隧道及超高层建筑等工程。同时,微硅粉还可以用于耐火材料和陶瓷制品的生产,提高产品的强度和耐久性;用于油漆、涂料、树脂、橡胶及其它高分子材料填充物,能起到改善材料综合性能的目的。

微硅粉用于砂浆材料将具有下列特点:(1)提高材料的流动性、减少用水量,使其易于成型,生产效率大为提高;(2)由于其超微结构的填隙作用,耐火材料的致密性和强度获得大幅度提高; (3)微硅粉具有高活性,在 Al2O3 成份存在的前提下,更易生成莫来石相,使材料的的高温强度、热震性明显提高。
   
经综合比对,选用了上海天恺硅粉材料有限公司的硅粉。SiO2含量88~97%,平均粒径0.15~0.20μm,比表面积15000~20000m2/kg

 

2.5可再分散性乳胶粉

     选用了德国瓦克化学品公司生产的VINNAPAS®乳胶粉,它是高分子聚合物乳液经喷雾干燥的粉体。

在干粉料中添加VINNAPAS®乳胶粉,可以提高材料的粘结性能和内聚力;降低成型的弹性模量;增强材料的弹性和抗弯曲强度;提高材料的耐冲击性和耐候性;降低材料的吸水性和提高使用过程的保水性。

 

2.6 砂浆纤维

砂浆纤维(见图2.1)包括聚丙烯纤维、抗渗纤维,防裂纤维,防裂抗渗纤维,聚丙烯工程纤维,混凝土纤维,混凝土防裂抗渗纤维,聚酯纤维,强力纤维,聚丙烯短纤维等。干粉砂浆作为主要的建筑工程材料,在施工过程中常表现出一定的性能缺陷:脆性大、抗拉强度低、干收缩大、抗冲击性能差等缺点,使砂浆制品易产生裂缝,降低建筑物的耐久性。从20世纪90年代我国推出的新型材料(砂浆/混凝土抗裂增强材料)――聚丙烯(PP)短纤维有效地解决了上述问题。在干混砂浆、混泥土中掺加该纤维可以提高砂浆制品的抗裂性、抗渗性,从而使砂浆的整体性、柔韧性、连续性、耐久性得到改善。

     纤维能有效提高砂浆的抗裂能力,抗渗能力,增强抗冲击能力。其作用机理:1.纤维起到加强筋作用,纤维乱向分布,相互搭接对混合料形成网络缠绕,能有效克服骨料的滑移,阻碍裂缝的产生; 2.起到吸附作用,由于纤维比表面积大,可增加其粘附力;3.起到稳定作用,由于纤维高温稳定性强;4.增粘作用,提高粘结力提高集料之间的粘结力;5.起到增韧阻裂作用,因为纤维模量值高,延伸力强,具有有效的应力分布及阻裂功能,能有效防止低温脆裂:

应用领域:①.混凝土刚性自防水结构、地下室底板、侧墙、顶板及屋面楼板、水池等; ②.水泥砂浆、干粉砂浆、保温砂浆、抗裂砂浆、内外墙抹灰砂浆等;③.抗裂、抗冲击、抗磨损、抗震等要求的场合;④.桥面、桥墩、港口码头、水利工程等。

纤维对搅拌设备及施工工艺没有特别要求,施工时,可根据配合比直接将抗裂王聚丙烯纤维投入搅拌机中,只要适当延长搅拌时间,使抗裂王聚丙烯纤维在混凝土、砂浆中充分分散均匀即可(掺量根据设计图纸要求和施工要求可具体增加)。


3章 高性能环保密封料的制备和性能研究

 

3.1技术路线

优选高强早强硅酸盐水泥;粒径≤2.5mm、细度模数为1.62.2的细砂;聚羧酸类高效减水剂;醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉或醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚乳胶粉;聚丙烯纤维等通过试配而成。

 

3.1 安装好的高精度滤板

主要技术思路为:通过采用精制骨料、特种水泥提高整体强度;通过采用高效减水剂提高早期强度和可施工性能;通过采用硅微粉和矿渣微粉改善密封性能和后期强度;通过采用可再分散

 

性乳胶粉提高粘结性、韧性和具有高拒水性,同时改善施工性能,使便于施涂和抹平和具有保水性。

环保滤板密封料通过加入可再分散乳胶粉,使水泥或石膏为基材的砂浆的性能能满足各种施工建筑的需要。

 

3.2 高精度滤板的配制要求

 

3.2  高精度滤板

高精度滤板采用立体钢模浇制,水灰比,细石、石英砂级配方科学,严格执行有关标准,按设计要求计算开孔比配双层双向优质螺纹钢筋。采用高标号水泥,标准细石和石英砂,经机械搅拌,捣实浇制而成。每平方米滤板双面平整误差±1mm,滤池中安装可达到整池误差±5mm的高精度且四边整齐、无翘缺,滤板的安装水平精度要求很高。而保证滤板安装高精度的水平取决于三方面因素,滤板本身的表面平整度、滤池滤梁的整池平整度、预埋固定螺栓的定位准确性。因此滤梁浇筑时应配制高标准金属模,并具备熟练的制作技术,才能确保整池滤梁的平整度及螺栓预埋的准确性,滤梁养护到规定强度,拆模后必需进行二次高精度找平而后才能安装滤板。滤板安装整池平面误差±5mm。滤头安装完善后也应满水校正滤头整池水平,才能装填滤料,进水调试。

 

因此,环保滤板

3.3环保滤板密封料的配比

3.3.1 可再分散乳胶粉试配

环保滤板密封料添加可再分散乳胶粉有双重作用。首先是提高砂浆的保水性,形成一层膜减少水分的蒸发;其次它的黏结作用提高了砂浆强度。加有可再分散乳胶粉的水泥砂浆,聚合物使刚而脆的水泥灰砂浆变得有一定的柔韧性,弹性模数降低,因此在负荷下有较高的塑性。

研制的环保滤板密封料主要应用了德国瓦克VINNAPAS可再分散乳胶粉。它的物理特性如表3.23.2  VINNAPAS可再分散乳胶粉的性能

 

在实际运用中,即便有界面处理剂的辅助作用,为保证环保滤板密封料能长期牢固地附着在基层上,添加一定量的5010N可再分散乳胶粉能确保有长期可靠的粘结力。无论在吸收性基面(如混凝土等) 、有机类基面(如木材) 或非吸收基面(如金属,例如船甲板) 上,环保滤板密封料的粘结强度均随5010N可再分散乳胶粉掺量的增加而有显著提高,见表3.3

以破坏形式为例,掺入5010N可再分散乳胶粉的粘结强度试验的破坏均发生在材料内或基面内,而并不在界面处,表明其粘结性良好,见表3.3.

 

3.3.2减水剂的试配

如图3.4所示,使用聚羧酸减水剂可以使滤板密封料的流动性大大提高。试验将各种减水剂的掺量从占胶凝材料质量掺量下限逐步增加到上限,无论是掺加聚羧酸系、三聚氰胺系还是萘系减水剂,其试样流动性都经历了一个大幅提高再稳定不变甚至略有下降的过程。在提高流动性方面,聚羧酸系减水剂的最佳掺量为0.2%,三聚氰胺系减水剂为0.5%,萘系减水剂为0.8%。两种聚羧酸减水剂之间比较,265F减水剂较ADV的减水率更高,对提高滤板密封料流动性效果更明显。

 

 

 

在水胶比相同的情况下,掺加聚羧酸系减水剂的滤板密封料试样的28d强度要明显高于掺加三聚氰胺和萘系减水剂。萘系减水剂随着掺量增加,强度发展变差,0.8%1.2%掺量的试样各龄期强度反而低于0.6%掺量;掺加三聚氰胺减水剂的试样也有类似现象。聚羧酸减水剂相对于强度而言的最佳掺量在0.2%,多掺或少掺均于强度不利。两种聚羧酸减水剂比较而言,265F减水剂的效果明显好于ADV减水剂。见图3.5

 

 

 

3.3.3钢渣代砂的研究

钢渣的化学组成及矿物组成与硅酸盐水泥熟料接近,但其所含活性矿物的量远远低于水泥熟料中相应矿物的含量,决定了钢渣是一种具有胶凝性能但胶凝性能远低于硅酸盐水泥熟料的工业废渣。另外,钢渣由于铁锰含量高,而铁锰离子具有较强的极化能力,对氧的亲和力较大。从而使氧离子脱离正硅酸钙(锰)四面体,破坏正硅酸盐结构,使四面体互相连接起来,生成较大而复杂的硅氧团。因此,钢渣弹性模量大,耐磨性好。钢渣的以上特点引起后期水化膨胀难以控制,粉磨能耗高,设备损失大,加之钢渣的成分不稳定,游离CaOMgO含量高,这些问题已经为现有的钢渣利用技术带来了瓶颈。

由于钢渣与水泥浆体之间弹性模量差异较砂与水泥浆体之间差异大,导致钢渣作为细骨料与水泥浆体之间的粘结界面出现微裂缝的可能性增大。所以在塑性收缩阶段,通过实验设置的应力集中,钢渣代砂砂浆在应力集中区产生的塑性收缩裂缝呈分段交叉,边缘粗糙,周围多叉缝,而砂浆产生的裂缝细长。

经过塑性阶段,砂浆的收缩进一步发展。其原因仍然是钢渣弹性模量较砂大,给钢渣和水泥之间的粘结带来不利影响,界面易出现微裂纹,导致钢渣代砂砂浆表面出现大量细微裂缝。其中F组成为裂缝最多的组。这是因为F组钢渣中f-CaO含量最高,一般在其所在胶凝系统已硬化后才开始水化膨胀。钢渣中f-CaO水化反应:f-CaOH20=Ca(OH)2Q。反应产物Ca(OH)2晶体体积比f-CaO晶体体积达1.5~2倍,从而造成钢渣代砂试件因膨胀开裂。本实验对宝钢滚筒钢渣抽取多个样品,以确定钢渣代砂是否具有普遍实用价值。实验证明,如能排除f-CaO过量的影响,相同预处理方法得到的钢渣各样品之间其他主要成分的差异不会对钢渣代砂的收缩性能产生明显影响。

    通过试验研究,得出如下结论:

1)在硬化早期,与普通砂浆比较,钢渣代砂砂浆往往不出现单一贯通裂缝,而是出现较多条长度有限的细微裂缝。这种收缩开裂特性,可以增强砂浆的韧性,使之不易出现巨大致命的裂缝,利于修补。

2)相同预处理方法得到的钢渣各样品之间主要成分的差异不会对钢渣代砂的收缩性能产生明显影响。但钢渣中f-CaO含量对收缩性能有影响,f-CaO含量过高会造成造成钢渣代砂试件因膨胀开裂,因此,f-CaO含量过高的钢渣不适宜作砂浆细骨料。

3)钢渣代砂砂浆与普通砂浆在长龄期内的干燥收缩性能无明显差别为钢渣取代普通砂作砂浆细骨料提供了干燥收缩性能方面的准备工作。

3.3.4    其他外掺料的试配

综合考量了各影响因素的种类和掺量,以及滤板密封料各种性能的内在联系,有结论如下:

1)掺加掺合料矿粉和粉煤灰可以降低滤板密封料成本,并且一定程度上改善流动性。掺加掺合料对滤板密封料凝结时间影响不大,而掺加硫铝酸盐水泥大幅缩短了凝结时间。强度方面,掺加掺合料降低了滤板密封料早期强度,掺加粉煤灰对滤板密封料后期强度影响不大,矿粉掺量在10%时左右还会提高后期强度。在胶凝材料中掺加一定量硫铝酸盐水泥,不利于滤板密封料强度发展。

2)使用人工级配砂可以保证高流动性滤板密封料的生产质量。在中粗砂级配区里,砂的细度模数增大,滤板密封料的流动性和强度都随之增大,但滤板密封料的保水性和粘聚性都下降,使用粗砂的滤板密封料有明显的分层离析现象。根据实验,砂的最大级配不宜大于1.25mm。滤板密封料用砂的细度模数以在2.42.8之间为宜。

3)适量UEA膨胀剂不但可以提供滤板密封料一定的后期膨胀,而且还有益于滤板密封料的强度发展,掺量以10%15%为佳。石膏的膨胀效果与UEA膨胀剂相似,但掺量过大对强度产生负面影响。

3.3.5  配制过程中的关键技术

1、在不断的试验优化过程中,过滤隔板由于温度改变以及膨胀系数的差异,容易在结合面之间产生应力,为了抵销这种应力砂浆层决不能发脆,而应该有柔性以减少剪切应力。在加入适合的可再分散乳胶粉,减少水泥用量就可以配成具有柔性的环保滤板密封料。

2、新研制的环保滤板密封料,其抗渗能力强,抗渗等级≥P16;达到国际先进水平,且造价低、浇筑成型容易、便于施工,而且耐油、耐溶剂、抗腐蚀、无毒性、使用寿命长;加入适量水拌匀后即可使用,避免了施工现场人工配料带来的误差,保证了产品质量的均一性。

2、新研制的环保滤板密封料具有优异的粘结性能,粘接强度≥4.0MPa;力学性能显著提高,3d的抗压强度≥50 MPa3d的抗折强度≥10 MPa24h的竖向自由膨胀率≥0.02%;流动度达到260mm,改善了施工性能;泌水率为零,保证了施工质量的稳定性。

4、在配制环保滤板密封料时,通过精制骨料、特种水泥提高整体强度;通过高效减水剂提高早期强度和可施工性能;通过硅粉矿粉等矿物外掺料改善密封性能和后期强度;通过可再分散性乳胶粉提高密封防水砂浆的粘结性和韧性,亦使密封防水砂浆具有高拒水性,而且能改善施工性能,便于施涂和抹平,使材料具有保水性和便于施工。

 

3.4高性能环保密封料的性能

环保滤板密封料的主要性能见表3.4所示。

3.5 工厂化生产

1、主要机具设备

生产厂房见图3.6.主要设备包括LHY卧式螺带混合机、螺带上料机、包装机等。

 

 

 

2、原材料质量要求

2.1生产BY系列产品用的胶凝材料必须满足《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175-1999)要求;

2.2生产BY系列产品用的集料,必须满足《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ52-1992)要求,且干砂含水率不大于0.5%

2.3生产BY系列产品用的外加剂,必须满足《混凝土外加剂》(GB8076-1997)要求;

2.4主要材料必须有产品合格证或有检验资质的单位的复检报告。

2.5确认所生产的产品品种、原材料是否相符合,确认符合后才能进行配料。

3、生产工艺

3.1 称取原材料

根据搅拌量及原料配合比表,在自动计量设备中准确设定用量,确保水泥、添加剂及砂等原材料用量在误差之内。

砂称量误差±3%

水泥称量误差±2%

外掺剂Ⅰ称量误差±0.5%

外掺剂Ⅱ称量误差±0.5%

3.2 投料

投料按 水泥——添加剂——砂 顺序进行

3.3 搅拌

每罐料从投料开始搅拌时间不少于10分钟。具体生产情况见图3.7

 

3.7  车间生产

3.4产品检验

确认搅拌均匀后,按产品每200t为一出厂检验批,经由有检验资质的单位按Q/SUWD01-2003检验,合格后方准出厂,并出具出厂检验报告。

3.5出料

出料时按生产产品的品种装袋,每袋25±0.5 kg。并印上当日的生产日期章。

3.6 堆放

按生产的各种产品分类、分品种整齐码放,码放高度不超过10层。

3.7运输和贮存

    BY系列产品在运输与贮存时不得受潮和混入杂物。不同品种和强度登记的BY系列产品应分别贮运,不得混杂。

 

 

参考文献

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[23] 王新民,新型建筑干拌砂浆指南,中国建筑工业出版社,2005


致谢

本论文是在我的导师杨正宏教授指导下完成的,论文于20097月开始酝酿、构想,并在导师杨正宏教授指导下进一步明确了论文的主题和框架,初稿形成后,导师又数次提出了修改意见,其认真负责的态度令我收益匪浅。在此,特别感谢导师在百忙之中拨冗对我进行悉心的指导,使我能够如期完成论文。值此学位论文完成之际,谨向恩师致以衷心的感谢与美好的祝愿!

在论文撰写过程中,我还得到了校外导师、上海宝冶工程技术有限公司总工程师、副总经理张立华教授级高级工程师的指导和关心。张总既是我工作上的领导,又是学习中的师长。在求学过程中,张总大力支持,让我从冗繁的行政事务中解放出来,确保了学习的稳步推进。在此,也向在此期间给予我帮助的所有领导以及我部门的同事们表示衷心的感谢!

论文的试验主要在上海宝冶工程技术有限公司检测站进行,得到了各位同事的大力支持,在此表示感谢。

感谢马鞍山华琪环保集团程蓉经理、沈钢工程师的大力支持。项目的实施得到了该公司的全力配合,并在多个项目上得到了实践应用。

最后还要感谢参与本论文审阅和答辩会的各位专家,感谢他们在百忙中抽空出来,认真负责地对本论文提出宝贵意见和建议!

真诚祝愿母校同济大学的材料学院在恩师杨正宏老师的带领下,如日中天,收获满园桃李;真诚祝愿我曾经战斗了三年多的上海宝冶建材厂蓬勃发展,让BY系列产品遍及神州,以一流质量赢得更广阔天地。

由于理论及认识的局限,论文中仍然存在一些不足之处,恳请得到各位的指教!

 

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