砂級配和含泥量對機噴抹灰砂漿性能的影響研究

陳友治，王云，陳洪濤，徐明

（1.武漢理工大學(xué) 硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢 430070；2.上海宇砼建筑科技股份有限公司，上海 201900；3.中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長沙 410116；4.青州中聯(lián)水泥有限公司，山東 濰坊 262500）

濕拌砂漿與商品混凝土類似，是由膠凝材料、集料、礦物摻合料、化學(xué)外加劑、水按照一定配合比在砂漿拌合站攪拌而成，然后運送至工地使用[1]。其優(yōu)點有：工業(yè)化的批量生產(chǎn)使砂漿的質(zhì)量得到有力保證；出貨效率高；無需現(xiàn)場拌制；可節(jié)省下干燥設(shè)備以及包裝設(shè)備等成本；避免造成粉塵污染等。

近十幾年來預(yù)拌砂漿的逐步發(fā)展以及我國工業(yè)化的騰飛，人工成本的上漲以及對施工效率需求的提高，使得砂漿機械化施工再次成為預(yù)拌砂漿當(dāng)前的推廣方向。特別是針對抹灰砂漿而言，采用機械化噴涂工藝能夠大幅度提高施工效率。機械化施工對砂漿提出了更高的技術(shù)要求：更好的可泵送性能、可噴涂性能、抗流掛性能，以及更長的開放時間等[2]。砂對機噴抹灰砂漿性能的影響較大，適宜的砂能夠較大程度地改善砂漿性能，更加適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用[3]。本實驗研究砂的級配和含泥量對機噴抹灰砂漿力學(xué)性能和可施工性能的影響。

1 實驗

1.1 原材料

（1）水泥：華新P·O42.5水泥，物理力學(xué)性能見表1。

表1 水泥的物理力學(xué)性能

（2）粉煤灰：Ⅱ級，主要技術(shù)性能見表2。

表2 粉煤灰的主要技術(shù)性能

（3）石灰石粉：密度2823 kg/m3，比表面積422 m2/kg，主要化學(xué)成分見表3。

表3 石灰石粉的主要化學(xué)成分 %

（4）砂：河砂A、河砂B，均水洗晾曬至飽和面干，排除含泥量的影響。河砂A、B的細(xì)度模數(shù)分別為2.79、1.37，篩分試驗結(jié)果見表4。

表4 河砂的篩分試驗結(jié)果

（5）水：自來水。

（6）機噴抹灰砂漿專用外加劑：上海宇砼建筑科技股份有限公司，由復(fù)合型保水增稠劑、減水劑、開放時間調(diào)節(jié)劑復(fù)配而成，主要技術(shù)性能見表5。

表5 機噴抹灰砂漿專用外加劑的主要技術(shù)性能

1.2 測試方法

機噴抹灰砂漿的稠度、分層度、保水性、凝結(jié)時間、抗壓強度等均參照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試；拉伸粘結(jié)強度參考文獻(xiàn)[4]中的8字模法進(jìn)行測試；抗流掛性能參照文獻(xiàn)[5]進(jìn)行測試。

1.3 試驗方法

（1）研究砂級配對機噴抹灰砂漿的影響，根據(jù)河砂A和河砂B的顆粒級配配制出不同細(xì)度模數(shù)的砂漿用砂，混合砂的細(xì)度模數(shù)見表6。

表6 混合砂的細(xì)度模數(shù)

設(shè)計配制強度等級M10的機噴抹灰砂漿，具體配合比為：固定膠集比為0.24，其中集料為15%石灰石粉+85%混合砂；膠凝材料為80%水泥+20%粉煤灰；機噴抹灰砂漿專用外加劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的2%。通過控制用水量來控制砂漿的稠度為（100±2）mm，測試在該稠度范圍內(nèi)機噴抹灰砂漿的性能。試驗配合比如表7所示。

表7 機噴抹灰砂漿的試驗配合比

（2）研究砂含泥量對機噴抹灰砂漿的影響，配制強度等級為M10的機噴抹灰砂漿，具體配合比為：固定膠集比為0.24，其中集料為15%石灰石粉+85%混合砂（細(xì)度模數(shù)為2.3）；膠凝材料為80%水泥+20%粉煤灰；機噴抹灰砂漿專用外加劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的2%；泥粉摻量（等質(zhì)量取代混合砂）分別為0、2%、4%、6%、8%，通過控制用水量調(diào)節(jié)砂漿稠度為（100±2）mm，測試在該稠度范圍內(nèi)機噴抹灰砂漿的性能。所用泥粉為河砂經(jīng)過水洗后殘余的泥漿經(jīng)過干燥后得到。試驗配合比如表8所示。

表8 含泥量對機噴抹灰砂漿性能影響的試驗配合比

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 砂細(xì)度模數(shù)對機噴抹灰砂漿工作性能的影響（見表9）

表9 砂細(xì)度模數(shù)對砂漿工作性能的影響

由表9可見，在稠度為（100±2）mm條件下，隨著砂細(xì)度模數(shù)的增大，砂漿的用水量減少，當(dāng)砂的細(xì)度模數(shù)由1.9增大至2.7時，用水量減少了7.8%。主要原因在于隨著砂細(xì)度模數(shù)的減小，砂的比表面積增大，用水量也相應(yīng)增多，導(dǎo)致保水率也隨之增大，而且砂細(xì)度對砂漿分層度也有較大的影響。當(dāng)砂細(xì)度模數(shù)為2.1時，砂漿分層度最小，為8 mm，利于儲存。砂細(xì)度模數(shù)過大或者過小都會使砂漿分層度增大，不利于砂漿在施工前穩(wěn)定儲存。

2.2 砂細(xì)度模數(shù)對機噴抹灰砂漿力學(xué)性能的影響（見表10）

表10 砂細(xì)度模數(shù)對砂漿力學(xué)性能的影響

由表10可見，砂的細(xì)度模數(shù)對機噴抹灰砂漿的抗壓、抗折強度均有較大的影響，但對壓折比影響并不明顯，對拉伸粘結(jié)強度的影響顯著。隨著砂細(xì)度模數(shù)的增大，砂漿的抗壓、抗折強度先提高后降低，細(xì)度模數(shù)為2.3時，抗壓、抗折強度均達(dá)到最高，其中28 d抗壓強度可達(dá)設(shè)計強度的157%。

主要原因在于：（1）細(xì)度模數(shù)的增大使得用水量增多，水灰比增大，強度降低；（2）細(xì)度模數(shù)越小的砂子越加符合緊密堆積原則，成型后的砂漿密實度更高，孔隙率更低，更有利于強度的提高；（3）細(xì)度模數(shù)越大，總表面積更大，則膠凝材料與砂子之間的粘結(jié)面積更大，粘結(jié)性能更好，宏觀表現(xiàn)出抗折強度更高。砂漿力學(xué)性能受這3個因素的綜合作用。

由于抗壓、抗折強度的變化波動范圍不大，因此其壓折比變化也很小。但是砂漿的拉伸粘結(jié)強度與細(xì)度模數(shù)有很大的關(guān)聯(lián)性。砂細(xì)度模數(shù)的增大使砂漿的14 d拉伸粘結(jié)強度逐漸降低，這是由于砂的細(xì)度模數(shù)越小，其比表面積越大，砂漿與基體的粘結(jié)界面的面積增大，則拉伸粘結(jié)強度更高。

2.3 砂含泥量對機噴抹灰砂漿工作性能的影響（見表11）

表11 砂含泥量對機噴抹灰砂漿工作性能的影響

由表11可見，含泥量的增加使砂漿在達(dá)到相同稠度時的用水量增加，但密度略微減小，對砂漿的保水率和分層度無明顯影響。相關(guān)研究表明[6]，泥中的蒙脫土成分對聚羧酸減水劑具有很強的優(yōu)先吸附作用，因此在上述試驗中，含泥量越大，能夠發(fā)揮減水效應(yīng)的機噴抹灰砂漿專用外加劑的量越小，因此達(dá)到相同稠度砂漿的需水量更大。

2.4 砂含泥量對機噴抹灰砂漿力學(xué)性能的影響（見表12）

表12 砂含泥量對機噴抹灰砂漿力學(xué)性能的影響

由表12可見，砂漿的7 d、28 d抗壓強度在含泥量從0增加到2%時稍有提高；當(dāng)摻量大于2%時，抗壓強度明顯下降；含泥量為8%時，砂漿的28 d抗壓強度較含泥量為0時降低了14.2%。隨砂含泥量的增大，拉伸粘結(jié)強度逐漸降低。含泥量從0到2%時，砂漿的7 d抗折強度從3.3 MPa提高到3.6 MPa，除此之外，砂漿的早期、后期抗折強度均隨著含泥量的增加而有不同程度的降低。特別是含泥量在超過4%時變化比較明顯。

砂含泥量的變化對砂漿28 d壓折比影響不大，但7 d壓折比則有下降的趨勢。主要是因為隨著含泥量的增大，相應(yīng)的砂漿用水量增多，水灰比增大，致使強度降低，且水灰比增大也使砂漿黏度減小，相應(yīng)的抗折強度有著影響。微量的泥粉在砂漿中能夠與石灰石粉共同起著微集料的作用對砂漿進(jìn)行填充潤滑[7]，因此砂子含泥量在摻量小于2%時砂漿的壓折比變化不明顯。含泥量對砂漿的拉伸粘結(jié)強度影響比較大，且隨著含泥量的增加，14 d拉伸粘結(jié)強度下降速率增大，含泥量為0時的拉伸粘結(jié)強度為0.53 MPa，含泥量為8%時拉伸粘結(jié)強度降至0.37 MPa，下降幅度達(dá)到30.2%。一方面，用水量的增大使膠集料間的粘結(jié)強度降低；另一方面，泥土也降低了纖維素醚等保水增稠劑的效應(yīng)，因而含泥量對砂漿的粘結(jié)強度影響較大[8]。

3結(jié)論

（1）砂細(xì)度模數(shù)的增大會使砂漿達(dá)到相同稠度的用水量減少。當(dāng)砂細(xì)度模數(shù)為2.1時，砂漿分層度最小，為8 mm，利于儲存。砂細(xì)度模數(shù)過大或者過小都會使砂漿分層度增大，不利于砂漿在施工前穩(wěn)定儲存。

（2）在砂漿中砂占據(jù)了絕大部分的比重，起到了骨架填充作用，適宜的細(xì)度模數(shù)有助于機噴抹灰砂漿工作性能和力學(xué)性能的提高。隨著砂細(xì)度模數(shù)的增大，抗壓、抗折強度先提高后降低，當(dāng)砂細(xì)度模數(shù)為2.3時，28 d抗壓強度可達(dá)設(shè)計強度的157%。

（3）砂細(xì)度模數(shù)對砂漿的壓折比影響不明顯，但對砂漿的拉伸粘結(jié)強度影響較大，，隨細(xì)度模數(shù)的增大，砂漿的拉伸粘結(jié)強度逐漸降低。砂的細(xì)度模數(shù)應(yīng)控制在2.1~2.5。

（4）泥中蒙脫土成分對機噴抹灰砂漿專用外加劑中減水組分的吸附較大，含泥量過大對砂漿的工作性能和力學(xué)性能均具有較大的負(fù)面影響，當(dāng)含泥量為8%時，砂漿拉伸粘結(jié)強度較含泥量為0時降低了30.2%，建議機噴抹灰砂漿制備時宜控制砂含泥量不高于4%。