水泥基耐酸砂浆研制成果技术经济效益分析

　　近年来，火电烟囱工程施工，内衬砌筑耐酸砖和外粉刷，设计上多采用钾水玻璃耐酸砂浆。耐酸砂浆施工工艺一般为耐酸粉料和钾水玻璃按一定比例现场拌合后使用。工程实践证明，这种材料性质存在以下几种缺陷：

　　1、由于钾水玻璃比较粘稠，在搅拌过程中易和耐酸粉料形成微型球状，从而大大影响了砂浆的和易性。

　　2、对施工环境温度要求过于局限，当施工环境温度低于20℃时，凝结时间长而强度低，当施工环境温度高于30℃时，凝结时间短而难以施工。

　　3、抗压强度、耐热性能总体质量水平不是十分理想，勉强达到相关标准技术指标，甚至低于标准指标。

　　4、材料成本太高，砂浆湿容重为2200kg/m³，耐酸粉料和钾水玻璃均为2.4元/kg，砂浆材料成本为5200元/m³左右。

　　由于钾水玻璃耐酸砂浆存在上述种种缺陷，能否以适量高品质矿渣水泥，（主要成份为优质矿渣和二水石膏），复合其它几种耐酸材料，并选用与其相适应的外加剂，最终形成水硬性耐酸砂浆。从理论分析，水泥基耐酸粉料的组成材料与钾水玻璃的耐酸粉料组成材料，并无太大区别，只不过增加了矿渣水泥的比例。而矿渣水泥的主要成份则为二氧化硅和三氧化二铝，两者都具备了良好的耐酸、耐热性能。其次，用水代替钾水玻璃，从水泥凝结原理上应是可行的。水泥在完成28天水化后，体内残余水份几乎消耗殆尽，新生成的强度晶体几乎全部为耐酸、耐热材料所组成。况且，由于外加剂的掺入，用水量减少，水泥用量相对增加，强度效应会同步提高，耐酸、耐火性能亦应得到改善。当然，这仅仅是从材料性能上的逻辑推理，要证明这种技术设想是否可行，还需要系统的试验数据和工程检验。

　　试验方案确定以优质矿渣水泥（主要成份为优质矿渣和二水石膏），耐酸粉料（主要成份为辉绿岩粉和石英砂），拌合水及外加剂四组份进行配制。试验方法采用三水平四因素正交试验进行筛分优选。筛分优选评定指标分别为沉入度、抗压强度、耐热极限和浸酸安定性四项。每单项评定满分为25分，四项综合评定满分为100分。综合评定最高分为优选配方，优选配方中四项评定指标不允许任何单项不合格。

　　水泥采用祁连山牌32.5矿渣水泥，检测结果符合GB1344-1999各项技术指标要求。检测结果见表一。耐酸粉料和外加剂均为本公司生产（经星牌）。检验结果耐酸粉料符合GB50212-2002技术要求，外加剂符合GB8076-1997早强剂技术要求。检测结果见表二、表三。

检测项目		技术指标	实测
细度80□m筛余不超过%		10	3.4
安定性		合格	合格
凝结时间	初凝不早于min	45	185
	终凝不迟于h	10	365min
强度≥	3天抗折MPa	2.5	3.1
	3天抗压MPa	10	11.4
	28天抗折MPa	5.5	5.7
	28天抗压MPa	32.5	36.9
执行标准	GB1344-1999

检测项目	技术指标	实测
粉料的耐酸度≥%	95	97
含水率≤%	0.5	0.2
细度0.15筛余≤%	5	3.6
细度0.088筛余%	10～30	19
执行标准	GB50212-2002

检测项目	技术指标	实测
含水量≤%	5.25	3.1
氯离子含量≤%	1.05	0.51
总碱量≤%	1.05	0.74
水泥砂浆流动度（mm）	220±10	230
执行标准	GB8076-1997

　　① 沉入度以50mm为满分（25分），每误差±5mm扣除6.25分，误差大于10mm以上为不合格。

　　② 14天抗压强度以25MPa为合格分（20分），每提高1MPa增加0.5分，超过10MPa不再加分，低于25MPa为不合格。

　　③ 耐热极限300℃合格为满分（25分），低于300℃为不合格。

　　④ 浸酸安定性经浸酸试验合格为满分，不合格即为不合格，浸酸条件按40%工业硫酸，试件浸泡28d，浸泡温度为20～25℃。

因素水平	A	B	C	D
1	580	1540	310	1.0
2	520	1440	230	1.2
3	460	1340	270	0.8

　　经过缜密的方案设计和充分的试前准备工作，试验从2005年3月20日开始，于2005年6月30日结束。经综合性测试，5号配合比各种性能，完全满足GB50212-2002耐酸砂浆所规定的技术指标要求，详细情况见表五和试验结果分析。

　　从表五所罗列的测试数据我们可以看出，5号配合比得分最高（97.0分），且分项评定无不合格项，应优选为最佳配合比。进一步按极差趋势图分析，影响配合比质量水平的主要因素是C，其次是D，再其次的B，最后是A。趋势图所指示的最佳配合比和5号配合比相比较：C、D因素完全吻合。A因素多用水泥60kg/m3，B因素多用耐酸粉料100kg/m3。尽管其强度效应较好，然其沉入度指标不能尽如人意：这是根据水平交换试验结果与水料比关系直接演正的结论。与其相佐证的是：C因素代表用水量，是影响耐酸砂浆质量水平的主要因素，在最佳用水量的约束下，水料比愈小，其沉入度愈小，强度及耐酸、耐热性能有所提高。相反，水料比愈大，其沉入度愈大，强度及耐酸、耐热性能有所下降。当水料比大于0.15时，所有技术指标经检测均为不合格。故若要在矛盾中求得统一，使各项技术指标均达到预期效果。最佳水料比将是至关重要的。综合以上分析，5号配合比确定为本次试验最佳配合比。

　　根据正交试验结果分析，我们认为水泥基耐酸砂浆的硬化机理，毕竟和钾水玻璃耐酸砂浆有所不同。故应参照GB50212-2002，并结合水泥基耐酸砂浆的实际应用水平，制定出更能符合产品特征的企业标准。Q/XBDJS 001-2005的制定，是在GB50212-2002的基础上，增加了耐热性能检测。同时修改了抗压强度龄期为14d。企业标准见附件。

　　尽管5号配合比各项技术指标均达到预期效果，但其匀质性和稳定性如何？和钾水玻璃耐酸砂浆使用性能相比较是否优越？还需要进一步多水平对比试验求证。需要说明的是：本次试验钾水玻璃耐酸砂浆抗压强度龄期是按GB5021-2002来评定的（28d）。水泥基耐酸砂浆抗压强度龄期是按Q/XBDJS 001-2005来评定的（14d）。同时有必要说明，沉入度指标是按GB50212-2002抹压立面耐酸砂浆要求来评定的。沉入度要求指标相对要大于铺砌耐酸砂浆和抹压耐酸砂浆。沉入度评定指标按最大指标确定，对整体试验水平的评价是十分有利的。因为在较大沉入度状况下，得以满足的强度、耐热、耐酸指标，在较小沉入度状况下，肯定会更加满足。表六是多水平对比试验结果。

表六水泥基耐酸砂浆和钾水玻璃耐酸砂浆质量对比检测表

检测指标材料类别	沉入度（mm）六组检测结果		抗压强度（MPA）六组检测结果		浸酸安定性（40%H₂SO₄）六组检测结果		耐热极限（100-300℃）六组检测结果
	平均值	最小值	平均值	最小值	合格	不合格	合格	不合格
水泥基耐酸砂浆（14d）	52	49	29.4	27.8	6组	0	6组	0
钾水玻璃耐酸砂浆（28d）	45	41	25.9	22.5	6组	0	4组	2组
检测依据	钾水玻璃耐酸砂浆GB50212-2002 水泥基耐酸砂浆Q/XBDJS 001-2005
备注	1、水泥基耐酸砂浆采用红星牌耐酸粉料成品。耐酸粉料的技术指标实测为：耐酸度97%；含水率0.2%；细度0.15mm筛余3.6%；0.088mm筛余19%。水料比为0.138。 2、钾水玻璃耐酸砂浆采用中电节能牌耐酸粉料成品。耐酸粉料的技术指标实测为：耐酸度98%；含水率0.2%；细度0.15mm筛余3.8%；0.88mm筛余18%。钾水玻璃为厂家提供。模数2.85，拌合比例按厂家推荐值为耐酸粉料的36%。

　　从表六的多水平试验结果对比分析我们可以看出，水泥基耐酸砂浆无论从沉入度，抗压强度和耐热性能方面，均优于钾水玻璃耐酸砂浆。其匀质性和稳定性方面，也优于钾水玻璃耐酸砂浆。尤其是抗压强度和耐热极限两项指标，钾水玻璃耐酸砂浆的稳定性远不如水泥基耐酸砂浆。

　　钾水玻璃耐酸砂浆粉料和钾水玻璃现行市场价均为2400元/t，水料比一般为1:0.36。钾水玻璃耐酸砂浆湿容重为2200kg/m³，单方材料成本为：

　　水泥基耐酸砂浆粉料现行材料成本为1400元（含税利），拌合水为8元/t，水料比为0.138。水泥基耐酸砂浆湿容重亦为2200kg/m³，单方材料成本为：

　　3、水泥基耐酸砂浆与钾水玻璃耐酸砂浆材料成本差价（m³）

　　钾水玻璃耐酸砂浆材料成本（元/m3）减去水泥基耐酸砂浆材料成本（元/m³）等于：

　　本公司每年至少完成大型烟囱工程2座，每座烟囱需耐酸砂浆330（m³）左右，总体需求量为660（m³）左右，至少可节约资金1730000（元）[2623×660]（元），这仅仅是直接经济效益，还没有计算因和易性改善和施工环境温度相对宽松所带来的潜在经济效益。

　　全国电力系统每年至少新建大型烟囱工程50座，按每座节约资金80万计算，最少可节约资金4亿元，加上其它行业类似工程，其社会效益是十分惊人的。

　　我公司承建的大唐户县发电厂2×30万千瓦机组240m烟囱工程，内衬耐酸砖外抹面共使用水泥基耐酸砂浆120m³。工程实践证明，水泥基耐酸砂浆不但施工方便，和易性好，可保证新拌砂浆在2小时内仍能保持正常使用。且不受施工环境温度限制，高温、低温季节均可施工。同时提高了工程质量水平，强度、耐热性明显改善，而材料成本仅是钾水玻璃耐酸砂浆的一半。该工程共使用水泥基耐酸砂浆120m³，实际节约资金32万元人民币[2623（元）×120]，工程质量及效益证明附后。

注：该篇论文荣获公司《第九届施工技术交流会》优秀论文二等奖