機制砂在普通砂漿中應(yīng)用試驗研究

周愛軍，周　紅

(魯東大學(xué)土木工程學(xué)院，煙臺　264025)

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機制砂在普通砂漿中應(yīng)用試驗研究

周愛軍，周紅

(魯東大學(xué)土木工程學(xué)院，煙臺264025)

本文研究了機制砂中石灰石粉含量、MB值對普通砂漿性能的影響。研究表明：一定的石灰石粉含量可提高砂漿的和易性和力學(xué)性能；MB值大小反映了機制砂中泥粉含量的高低，其對砂漿的抗壓強度影響較大；當(dāng)其MB值在1.4～2.0g/kg之間時，石灰石粉含量控制在12%以內(nèi)，機制砂可配制各種強度等級且性能合格的砂漿。

道路工程； 機制砂； 石灰石粉； MB值； 砂漿

1　引　言

我國的土木工程用砂一直以天然砂為主，但由于過度開采天然砂存在堵塞河道、危害防洪及水利設(shè)施、毀壞耕地等問題。所以，我國從20世紀60年代起，就開始了對機制砂的研究。到了20世紀90年代，京、津、滬、渝等地都有了機制砂的生產(chǎn)線[1-3]。目前，我省同樣面臨天然砂資源匱乏、質(zhì)量下降的局面[4，5]。而且有關(guān)機制砂的國標也已于2002年頒布執(zhí)行。

機制砂是經(jīng)機械破碎篩分而成，其顆粒尖銳粗糙且?guī)в欣饨牵瑫r在其中不可避免地要含有一定量的石灰石粉，這是機制砂與天然砂兩者最顯著的區(qū)別所在[6-8]。目前，對于機制砂在混凝土中的應(yīng)用已經(jīng)進行了比較充足的研究，而機制砂在普通砂漿中的應(yīng)用研究比較欠缺[9-11]。本文利用機制砂全部取代天然砂生產(chǎn)普通砂漿，針對機制砂中的石灰石粉含量(<75μm)和MB值對普通砂漿性能的影響進行了系統(tǒng)研究。

2　試　驗

2.1試驗原料

水泥：山水P·O42.5水泥，其性能指標見表1。粉煤灰：煙臺電廠產(chǎn)Ⅱ級粉煤灰，其性能指標見表2。機制砂：來自于煙臺一家制砂廠，取樣后通過篩分去除>4.75mm的顆粒，細度模數(shù)為2.80，石灰石粉含量11.8%。其機制砂的性能指標見表3和表4。砂漿外加劑：砂漿增稠劑，山東省濟南市常春藤化工材料有限公司產(chǎn)。水：飲用水。

表1　水泥的物理和力學(xué)性能

表2　粉煤灰的基本性能

表3　機制砂的篩分結(jié)果

表4　機制砂的其它物理性能

2.2試驗方法

本文中砂漿攪拌、稠度試驗、保水性試驗、濕表觀密度試驗、砂漿試件制作和強度試驗等試驗方法均參照行業(yè)標準《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》(JGJ/T70-2009)。

3　結(jié)果與討論

和天然砂相比，由于巖石的礦物組成以及破碎工藝的不同，導(dǎo)致生產(chǎn)出的機制砂中粗細顆粒含量存在一定的變化，大多數(shù)機制砂≤75μm的細顆粒含量均大于10%，小于75μm的石灰石粉含量較多，機制砂和天然砂的主要區(qū)別在于粒形和石灰石粉含量差別較大，粒形可以通過生產(chǎn)設(shè)備的改進和生產(chǎn)技術(shù)的進步加以控制和完善；而國標《建筑用砂》(GB/T14684-2001)[12]中則通過石灰石粉含量限值和MB值對機制砂石灰石粉含量進行控制。

3.1機制砂中石灰石粉含量對砂漿性能的影響

首先，研究機制砂中石灰石粉含量對砂漿性能的影響。其試驗方案：先將原機制砂通過75μm篩進行篩分，分為石灰石粉和純機制砂(無石灰石粉)兩部分，然后將純機制砂和石灰石粉按不同比例混合，配制出石灰石粉含量分別為0、4%、8%、12%、16%、20%的六組機制砂；砂漿配合比中，灰砂比為1∶3，粉煤灰摻量為25%(占膠凝材料)，砂漿增稠劑摻量為0.12‰(占膠凝材料)，砂漿稠度控制在70～80mm的范圍內(nèi)。

3.1.1石灰石粉含量對砂漿性能的影響

石灰石粉含量對砂漿性能影響的試驗結(jié)果見表5、圖1～4所示。

從表5可以看出：隨著石灰石粉含量的增加，其砂漿用水量逐漸增加，當(dāng)石灰石粉含量增加到20%時，用水量增加了2.4%，砂漿在成型和施工時出現(xiàn)黏刀現(xiàn)象，即砂漿施工性較差。這主要是由于石灰石粉可以作為礦物摻合料，屬于膠凝材料體系，隨石灰石粉含量的增加，膠凝材料的總量將逐漸增多，其砂漿需水量將隨著增加；當(dāng)膠凝材料總量過多時，砂漿體系開始變稠，新拌砂漿粘結(jié)力增大，塑性和流動性變差，從而影響砂漿的粘聚性和施工性。

表5　石灰石粉含量對砂漿性能影響的試驗結(jié)果

圖1　石灰石粉含量對砂漿保水性的影響Fig.1　Influence of limestone powder content on water retention of mortar

圖2　石灰石粉含量對砂漿濕表觀密度的影響Fig.2　Influence of limestone powder content on wet apparent density of mortar

從圖1可以看出：隨著石灰石粉含量的增加，其砂漿保水性逐漸降低，且石灰石粉含量越高越明顯，當(dāng)石灰石粉含量增加到20%時，其砂漿保水性僅88.4%，下降了5.4%，砂漿在成型和施工時易出現(xiàn)泌水、分層等現(xiàn)象，即石灰石粉含量較多的情況下，砂漿保水性非常差。主要是由于隨石灰石粉含量的增加，膠凝材料的總量將逐漸增多，砂漿單方用水量增多，但石灰石粉是惰性膠凝材料，與水泥或粉煤灰相比，其石灰石粉的活性較低、與水結(jié)合力小、分子間力低，新拌砂漿拌合物的粘度下降，保水性能較差，導(dǎo)致砂漿保水性降低。

從圖2可以看出：隨著石灰石粉含量的增加，其砂漿濕表觀密度先增大后減小，當(dāng)石灰石粉含量為12%時，其砂漿濕表觀密度達到最大值。這是因為機制砂中含有一定量的石灰石粉時，其石灰石粉可以作為礦物摻合料，能很好地填充到漿體的空隙中，使砂漿漿體體系更為密實，漿體體積降低，濕表觀密度增大；但當(dāng)石灰石粉含量過多，就會占據(jù)砂漿體系中骨料的位置，并有富余膠凝材料存在，降低砂漿漿體的密實度，使?jié){體中各成分分布不均勻，導(dǎo)致砂漿濕表觀密度降低。

圖3　石灰石粉含量對砂漿抗折強度的影響Fig.3　Influence of limestone powder content on flexural strength of mortar

圖4　石灰石粉含量對砂漿抗壓強度的影響Fig.4　Influence of limestone powder content on compression strength of mortar

從圖3、圖4可以看出：與空白樣(無石灰石粉砂漿)相比，當(dāng)石灰石粉含量在0～12%之間時，隨著石灰石粉摻量增加，其砂漿抗壓和抗折強度稍有增加的趨勢；當(dāng)石灰石粉含量達12%時，其砂漿抗折和抗壓強度都達到最大；當(dāng)石灰石粉含量超過12%后，隨著石灰石粉含量的增加，其砂漿抗折和抗壓強度逐漸下降，且石灰石粉含量越高越明顯。主要原因是石灰石粉中含有的游離CaO與水發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生膨脹和硬化，同時，石灰石粉中還含有一些活性較高的無定形氧化物Al2O3、SiO2，這些Al2O3和SiO2容易與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)生產(chǎn)穩(wěn)定的硅酸鈣水化物凝膠及水化鋁酸鈣，促進了水泥的水化反應(yīng)進行；而且，Ca(OH)2與石灰石粉中的活性SiO2反應(yīng)，使Ca(OH)2的晶體粒細化，有利于砂漿界面性能的提高；此外，石灰石粉中微細顆粒還具有充填作用，使水泥漿體及界面結(jié)構(gòu)更為密實，一定程度上改善了骨料與水泥漿體的界面結(jié)構(gòu)。但石灰石粉含量增大到一定程度時，石灰石粉的存在會導(dǎo)致砂漿中粉料過多，使砂漿最佳的密實堆積狀態(tài)喪失，漿體中空隙增多、顆粒分布受到影響，使砂漿漿體的密實度降低，漿體硬化后力學(xué)性能不能得到充分發(fā)揮[13]。

3.1.2相同石灰石粉含量，灰砂比對砂漿性能的影響

石灰石粉含量固定為12%，研究灰砂比對砂漿性能的影響，灰砂比分別為1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6，共6組。其試驗方案和試驗結(jié)果見表6、圖5～7所示。

表6　灰砂比對砂漿性能影響的試驗結(jié)果(石灰石粉12%)

圖5　灰砂比對砂漿保水性的影響Fig.5　Influence of cement-sand ratio on water retention of mortar

圖6　灰砂比對砂漿抗折強度的影響Fig.6　Influence of cement-sand ratio on flexural strength of mortar

圖7　灰砂比對砂漿抗壓強度的影響Fig.7　Influence of cement-sand ratio on compression strength of mortar

從表6、圖5～7可以看出：當(dāng)石灰石粉含量固定為12%時，其砂漿保水性能變化不大(>91%)，都能滿足要求，新拌砂漿拌合物無泌水、分層等現(xiàn)象出現(xiàn)；隨著灰砂比的減小，砂漿單方用水量逐漸下降，砂漿抗折和抗壓強度逐漸下降，符合用水量與膠凝材料之間、水灰比與強度之間的變化規(guī)律。通過分析可知：當(dāng)固定石灰石粉含量，在灰砂比不同下，其砂漿膠凝材料體系中水泥、粉煤灰和石灰石粉三者之間的比例不變，砂漿膠凝材料總量、砂用量在變化，所以砂漿的單方用水量、保水性、抗折和抗壓強度等性能主要隨著灰砂比的變化而變化，而受石灰石粉、粉煤灰或膠凝材料等其它因素的影響較小。

3.2MB值大小對砂漿性能的影響

MB值大小反映了機制砂或混合砂中石灰石粉中石灰石粉和泥粉(黏土質(zhì))各自所占比例，泥粉混入到砂中必定對砂漿性能產(chǎn)生影響，《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》(JGJ52-2006)中要求檢測機制砂和混合砂的MB值，并對MB值進行了規(guī)定。

本節(jié)研究機制砂的MB值大小對砂漿性能的影響，不同MB值的機制砂是通過多次從機制砂石料廠取樣進行篩選所得，其細度模數(shù)變化不大，都在2.30～2.70之間，并控制石灰石粉含量(包含泥粉)都保持在12%左右。其機制砂的性能指標見表7，其試驗結(jié)果見表8、圖8～11所示。

從表8、圖8～11可以看出：隨著MB值的增大，其砂漿單方用水量逐漸增多；其砂漿保水性逐漸下降，且MB值越大保水性越??；其砂漿濕表觀密度逐漸下降，且MB值越大越明顯；當(dāng)MB值≤1.6時，隨著MB值的增大，其砂漿抗折和抗壓強度稍微降低，且變化不大，但當(dāng)MB值>1.6時，隨著MB值的增大，其砂漿抗折和抗壓強度逐漸降低，變化比較明顯。

表7　機制砂的性能指標(不同MB值)

表8　MB值對砂漿性能影響試驗結(jié)果(膠砂比為1∶2)

圖8　MB值對砂漿保水性的影響Fig.8　Influence of MB value on water retention of mortar

圖9　MB值對砂漿濕表觀密度的影響Fig.9　Influence of MB value on wet apparent density of mortar

主要是因為：機制砂MB值的大小反應(yīng)石灰石粉中泥粉含量的高低，MB值越大，說明石灰石粉中泥粉含量越高。對砂漿用水量而言，與石灰石粉相比，泥粉的結(jié)構(gòu)疏松、比表面積較大，泥粉的存在會吸附大量的自由水，導(dǎo)致需水量增大，泥粉含量越高越明顯，即砂漿需水量隨著泥粉含量的增加而增大；對砂漿保水性而言：泥粉含量增加時，其砂漿單方需水量增大，加上泥粉的粘聚力低，與水基本無反應(yīng)，水在泥粉顆粒之間的自由活動度較大，導(dǎo)致砂漿保水性大大下降，即砂漿保水性隨著泥粉含量的增加而降低；對砂漿濕表觀密度而言，當(dāng)泥粉含量增加時，膠凝材料(水泥、粉煤灰、石灰石粉和泥粉)總量不變，但泥粉和石灰石粉的用量改變，由于泥粉過多，砂漿需水量增加，泥粉的結(jié)構(gòu)疏松，泥粉與水結(jié)合力低，導(dǎo)致砂漿漿體中游離水分過多、顆粒間隙較大、結(jié)構(gòu)致密性變差，從而導(dǎo)致漿體濕表觀密度下降，即砂漿濕表觀密度隨著泥粉的增加而下降；對砂漿抗折和抗壓強度而言：膠凝材料中水泥、粉煤灰、石灰石粉和泥粉四者的水化活性不同，水泥最高，其次是粉煤灰，石灰石粉第三，其中泥粉最低，基本無活性，泥粉的存在，在砂漿漿體硬化初期吸水膨脹，會影響水泥水化，在硬化后期失水形成很多毛細孔，降低了砂漿的密實度，降低漿體與骨料之間的粘結(jié)強度，進而降低了砂漿的抗折和抗壓強度，泥粉含量越高越明顯，即砂漿抗折和抗壓強度隨著泥粉含量的增加而下降[14,15]。

圖10　MB值對砂漿抗折強度的影響Fig.10　Influence of MB value on flexural strength of mortar

圖11　MB值對砂漿抗壓強度的影響Fig.11　Influence of MB value on compression strength of mortar

4　結(jié)　論

(1)機制砂的顆粒級配可以通過篩分后，重新搭配來控制，顆粒級配良好的機制砂配制的砂漿和易性和保水性更好，強度更高；機制砂中含有一定比例的石灰石粉能明顯改善砂漿的和易性，提高硬化漿體力學(xué)性能，但其含量不易過高，否則會降低砂漿強度；

(2)隨著機制砂MB值的增大，砂漿用水量增加、保水性下降、濕表觀密度降低、抗折和抗壓強度下降；主要是因為：泥粉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松、比表面積較大、吸水性高，降低砂漿的密實度；MB值在1.4～2.0g/kg之間時，石灰石粉含量控制在12%以內(nèi)，可配制各種強度等級且性能合格的砂漿。

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ExperimentalStudyonApplicationofPlasteringSandinMortar

ZHOU Ai-jun，ZHOU Hong

(SchoolofCivilEngineering,LudongUniversity,Yantai264025,China)

TheinfluenceofstonepowdercontentandtheMBvalueofmanufacturedsandonordinarydry-mixedmasonrymortarisstudied.Thestudyindicatedthatpowdercontentcanimprovetheworkabilityandmechanicalpropertiesofmasonrymortar,theMBvalueofmanufacturedsandreflectsthelevelofmudpowdercontent,thecompressionstrengthofmasonrymortargreatlyinfluencedbyit,whentheMBvalueofmanufacturedsandiscontrolledbetween1.4g/kgto2.0g/kg,thepowdercontentiscontrolledat12%orless,manufacturedsandcanbeusedforthepreparationofmasonrymortarwithavarietyofstrengthandstandardperformance.

roadengineering;plasteringsand;stonepowder;MBvalue;mortar

魯東大學(xué)學(xué)科建設(shè)經(jīng)費資助

周愛軍(1966-)，女，碩士，副教授.主要從事土木工程材料方面的研究.

TQ172

A

1001-1625(2016)01-0310-06